Интернет

Как человечество производит электроэнергию?

Сама мысль о мире без электричества кажется невозможной. Это один из величайших даров, которые наука дала человечеству. Почти все в нашем мире сегодня зависит от электроэнергии. А электрическая зависимость, как ожидается, будет только расти со временем. Исследования показывают, что в 2018 году мировой спрос на электроэнергию вырос до 23 000 ТВт-ч, и это число, вероятно, будет увеличиваться с каждым годом. Эти статистические данные ясно показывают, что электричество является генератором будущего. Каким образом мы можем генерировать такое внушительное количество электроэнергии для удовлетворения постоянно растущих потребностей?

Электричество можно определить, как форму энергии, которая вырабатывается в результате потока электронов внутри проводника. Можно рассматривать электричество как вторичный источник энергии. Все дело в том, что оно не является готовым продуктом, его необходимо генерировать из первичных источников, таких как ветер, солнечный свет, уголь, природный газ, реакции ядерного деления и гидроэнергетика.

Вот несколько основных способов, с помощью которых мы можем генерировать электричество и как это можно сделать!

  1. Трибоэлектрический эффект.

Это появление электрического заряда материала в результате трения. Первые наблюдения об электрических явлениях были сделаны в древней Греции. Это произошло, когда философ Фалес Милетский (640-546 гг. До н.э.) обнаружил, что, когда янтарные слитки натирают шерстю, они приобретают новые свойства, которыми раньше не обладали. Вы можете повторить этот эксперимент, потерев пластиковую палочку тканью. Поднося её ближе к маленьким кусочкам бумаги, она притягивает их, как это характерно для наэлектризованных тел. Мы все знакомы с эффектами статического электричества. Некоторые люди более подвержены влиянию статического электричества, чем другие. Некоторые пользователи автомобиля чувствуют его влияние при использовании ключа или прикосновении к табличке автомобиля.  Понимание заряда и мобильности необходимы при изучении электричества, и без них электрический ток не мог бы существовать.

  1. Химическое электричество.

Все батареи состоят из электролита (который может быть жидким, твердым или полутвердым), и двух электродов: положительного и отрицательного. Электролит является ионным проводником. Один из электродов производит электроны, а другой принимает их. Когда электроды подключены к питаемой цепи, они производят электрический ток. Батареи, в которых химическое вещество не может вернуться к своей первоначальной форме после преобразования химической энергии в электрическую, называются первичными или гальваническими батареями.

Вторичные батареи или аккумуляторы являются обратимыми. В батареях такого типа химическое вещество, которое реагирует в электродах с образованием электрической энергии, может быть восстановлено путем пропускания через него электрического тока в направлении, противоположном нормальной работе батареи.

  1. Электричество под действием света.

По мере того, как солнечный свет становится более интенсивным, напряжение, генерируемое между двумя слоями фотоэлектрического элемента, увеличивается. Но как работает фотоэлектрическая батарея? При отсутствии света система не генерирует энергию. Когда солнечный свет попадает на поверхность, батарея начинает функционировать. Фотоны солнечного света взаимодействуют с доступными электронами и увеличивают их энергетические уровни. Таким образом, электричество генерируется с помощью солнечной энергии. 

  1. Тепловое электричество под действием тепла.

Тепловая электростанция - это тип установки, в которой турбина, приводимая в движение паром под давлением, используется для вращения ротора электрических генераторов. Обычные теплоэлектростанции и атомные теплоэлектростанции используют энергию, содержащуюся в паре высокого давления. Простейший пример - подключить чайник с кипящей водой к лопастному колесу, которое, в свою очередь, связано с генератором. Струя пара из чайника приведет в движение ротор генератора.

Мы можем получать пар разными способами, например, сжигая уголь, нефть, газ, бытовые отходы или используя большое количество тепла, выделяемого в результате реакций ядерного деления. Пар можно производить, концентрируя солнечную энергию. Было бы неправильно сказать, что тепловая энергия является одним из наиболее распространенных способов производства электроэнергии.

  1. Электричество из магнитного поля.

В 1819 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед сделал необычное открытие, заметив отклонение намагниченной иглы электрическим током. Это открытие, которое показало связь между электричеством и магнетизмом, было описано в работах французского ученого Андре Мари Ампера. Ампер изучал силы между проводами, по которым циркулируют электрические токи.  Примерно в это же время французский физик  Доминик Франсуа Араго проводил опыты с намагничиванием железа, помещенного рядом с проводом, находящимся под напряжением.  После этого, в 1831 году, британский ученый Майкл Фарадей обнаружил, что движение магнита вблизи проводника вызывает в нем электрический ток. Этот эффект был противоположен найденному Эрстедом.

С одной стороны, Эрстед показал, что электрический ток может создавать магнитное поле. С другой стороны, Фарадей продемонстрировал, что мы можем использовать магнитное поле для создания электрического тока. Оба открытия являются новаторскими.

В этом контексте, полное сочетание теорий магнетизма и электричества произошло благодаря британскому физику Джеймсу Клерку Максвеллу. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн и определил свет как электромагнитное явление. Очевидно, что многим ученым и исследователям удалось сделать вывод, что электричество также можно генерировать с помощью магнетизма.

  1. Гидроэнергетика.

Давление, создаваемое подземными водными потоками, - это процесс, используемый на больших реках в качестве альтернативы энергии для основной системы. В плотинах электричество генерируется путем выпуска контролируемого потока воды под высоким давлением по трубопроводу внутри тела плотины. Вода приводит в движение турбины, которые приводят в движение генераторы и, таким образом, вырабатывают электрический ток. Этот высокий ток низкого напряжения затем проходит через трансформаторы, который поднимает его потенциал для отправки на дальние расстояния.

         Из всех способов генерации энергии, перечисленных выше, магнитная энергия чаще всего используется для производства электроэнергии в больших количествах. Его производство основано на том факте, что при перемещении проводника в магнитном поле, в проводнике происходит упорядоченное движение электронов. Это происходит как следствие магнитных сил притяжения и отталкивания. Работа генераторов переменного тока, двигателей и динамо-машин основана на этой форме производства электроэнергии. Производство электроэнергии имеет богатую историю и еще более светлое будущее. Согласно прогнозам, сделанным Институтом энергетических исследований, ископаемое топливо будет продолжать сохранять свой статус основного источника производства электроэнергии в ближайшие 20-30 лет.

 

 

 Мой канал на YouTube Смотреть!