Energie electrică - Electric power

Puterea electrică este transmisă de linii aeriene ca acestea și, de asemenea, prin cabluri subterane de înaltă tensiune .

Puterea electrică este rata, pe unitate de timp, la care energia electrică este transferată de un circuit electric . SI Unitatea de putere este watt , un joule pe secundă .

Energia electrică este de obicei produsă de generatoare electrice , dar poate fi furnizată și din surse precum bateriile electrice . De obicei, este furnizat întreprinderilor și locuințelor (ca rețea electrică menajeră ) de către industria energiei electrice printr-o rețea electrică .

Energia electrică poate fi livrată pe distanțe mari de către liniile de transmisie și utilizată pentru aplicații precum mișcarea , lumina sau căldura cu randament ridicat .

Definiție

Energie electrică, cum ar fi puterea mecanică , este rata de a face de lucru , măsurată în wați , și reprezentată de litera P . Termenul de putere este folosit în mod colocvial pentru a însemna „energie electrică în wați”. Puterea electrică în wați produsă de un curent electric I constând dintr-o încărcare de Q coulombi la fiecare t secunde care trece printr-o diferență de potențial electric ( tensiune ) de V este

Unde

Q este încărcarea electrică în coulombi
t este timpul în secunde
I este curent electric în amperi
V este potențial electric sau tensiune în volți

Explicaţie

Animație care arată sursa de alimentare

Puterea electrică este transformată în alte forme de energie atunci când sarcinile electrice se mișcă printr-o diferență de potențial electric ( tensiune ), care apare în componentele electrice din circuitele electrice. Din punct de vedere al energiei electrice, componentele dintr-un circuit electric pot fi împărțite în două categorii:

Animație care arată sarcina electrică

Dispozitive active (surse de alimentare)

În cazul în care taxele sunt deplasate de o „forță exterioară“ prin dispozitiv în direcția de potențialul electric inferior la superior, (taxa se deplasează atât de pozitiv de la negativ la borna pozitivă), munca se va face pe taxele și energia se transformă în energie electrică potențială de la un alt tip de energie, cum ar fi energia mecanică sau energia chimică . Dispozitivele în care se întâmplă acest lucru se numesc dispozitive active sau surse de alimentare ; precum generatoarele electrice și bateriile . Unele dispozitive pot fi fie o sursă, fie o sarcină, în funcție de tensiunea și curentul prin ele. De exemplu, o baterie reîncărcabilă acționează ca o sursă atunci când furnizează energie unui circuit, dar ca o sarcină atunci când este conectată la un încărcător de baterii și este reîncărcată.

Dispozitive pasive (încărcări)

Când sarcinile electrice se deplasează printr-o diferență de potențial de la o tensiune mai mare la una mai mică, atunci când curentul convențional (sarcină pozitivă) se deplasează de la borna pozitivă (+) la borna negativă (-), se lucrează prin sarcinile de pe dispozitiv . Energia potențială a încărcăturilor datorată tensiunii dintre terminale este convertită în energie cinetică în dispozitiv. Aceste dispozitive se numesc componente sau sarcini pasive ; „consumă” energie electrică din circuit, transformându-l în alte forme de energie, cum ar fi lucrul mecanic , căldura, lumina etc. Exemplele sunt aparatele electrice , cum ar fi becurile , motoarele electrice și încălzitoarele electrice . În circuitele de curent alternativ (AC), direcția tensiunii se inversează periodic, dar curentul curge întotdeauna de la potențialul superior la partea de potențial inferior.

Transmiterea puterii printr-un circuit electric

Convenția semnelor pasive

Deoarece energia electrică poate curge fie în interiorul sau în afara unei componente, este necesară o convenție pentru care direcția reprezintă fluxul de putere pozitiv. Puterea electrică care curge dintr- un circuit într- o componentă este definită în mod arbitrar pentru a avea un semn pozitiv, în timp ce puterea care curge într- un circuit dintr-o componentă este definită ca având un semn negativ. Astfel, componentele pasive au un consum de energie pozitiv, în timp ce sursele de energie au un consum negativ de energie. Aceasta se numește convenția semnului pasiv .

Circuite rezistive

În cazul încărcărilor rezistive (ohmice sau liniare), legea lui Joule poate fi combinată cu legea lui Ohm ( V = I · R ) pentru a produce expresii alternative pentru cantitatea de putere disipată:

unde R este rezistența electrică .

Curent alternativ fără armonici

În circuitele de curent alternativ , elementele de stocare a energiei, cum ar fi inductanța și capacitatea, pot duce la inversări periodice ale direcției fluxului de energie. Porțiunea de flux de energie (putere) care, calculată în medie pe un ciclu complet al formei de undă AC, are ca rezultat transferul net de energie într-o direcție, este cunoscută sub numele de putere reală (denumită și putere activă). Amplitudinea acelei porțiuni de flux de energie (putere) care nu are ca rezultat un transfer net de energie, dar în schimb oscilează între sursă și sarcină în fiecare ciclu datorită energiei stocate, este cunoscută ca valoarea absolută a puterii reactive . Produsul valorii RMS a undei de tensiune și a valorii RMS a undei de curent este cunoscut sub numele de putere aparentă . Puterea reală P în wați consumată de un dispozitiv este dată de

Unde

V p este tensiunea de vârf în volți
I p este curentul de vârf în amperi
V rms estetensiunea rădăcină-medie-pătrat în volți
I rms estecurentul rădăcină-medie-pătrat în amperi
θ = θ v - θ i este unghiul de fază prin care unda sinusoidală de tensiune conduce unda sinusoidală curentă sau, în mod echivalent, unghiul de fază prin care unda sinusoidală de curent rămâne cu unda sinusală de tensiune
Triunghi de putere: componentele puterii de curent alternativ

Relația dintre puterea reală, puterea reactivă și puterea aparentă poate fi exprimată prin reprezentarea mărimilor ca vectori. Puterea reală este reprezentată ca un vector orizontal, iar puterea reactivă este reprezentată ca un vector vertical. Vectorul de putere aparentă este hipotenuza unui triunghi dreptunghiular format prin conectarea vectorilor de putere reală și reactivă. Această reprezentare este adesea numită triunghi de putere . Folosind teorema lui Pitagora , relația dintre puterea reală, reactivă și aparentă este:

Puterile reale și reactive pot fi, de asemenea, calculate direct din puterea aparentă, atunci când curentul și tensiunea sunt ambele sinusoide cu un unghi de fază cunoscut θ între ele:

Raportul dintre puterea reală și puterea aparentă se numește factor de putere și este întotdeauna un număr între -1 și 1. În cazul în care curenții și tensiunile au forme ne-sinusoidale, factorul de putere este generalizat pentru a include efectele distorsiunii.

Câmpuri electromagnetice

Energia electrică curge oriunde există câmpuri electrice și magnetice împreună și fluctuează în același loc. Cel mai simplu exemplu în acest sens este în circuitele electrice, așa cum a arătat secțiunea precedentă. Cu toate acestea, în cazul general, ecuația simplă P = IV poate fi înlocuită cu un calcul mai complex. Integrala suprafeței închise a produsului încrucișat al intensității câmpului electric și a vectorilor de intensitate a câmpului magnetic conferă puterea instantanee totală (în wați) din volum:

Rezultatul este un scalar, deoarece este integralul de suprafață al vectorului Poynting .

Producție

Generaţie

Producția mondială de electricitate pe surse în 2018. Producția totală a fost de 26,7 PWh .

  Cărbune (38%)
  Gaz natural (23%)
  Hidro (16%)
  Nucleare (10%)
  Vânt (5%)
  Ulei (3%)
  Solar (2%)
  Biocombustibili (2%)
  Altele (1%)

Principiile fundamentale ale multor producții de energie electrică au fost descoperite în anii 1820 și începutul anilor 1830 de către omul de știință britanic Michael Faraday . Metoda sa de bază este folosită și astăzi: curentul electric este generat de mișcarea unei bucle de sârmă sau a unui disc de cupru între polii unui magnet .

Pentru utilitățile electrice , este primul proces de livrare a energiei electrice către consumatori. Celelalte procese, transportul , distribuția electricității și stocarea și recuperarea energiei electrice folosind metode de stocare pompată sunt efectuate în mod normal de industria energiei electrice .

Electricitatea este generată mai ales la o centrală electrică de generatoare electromecanice , acționate de motoare termice încălzite prin ardere , energie geotermală sau fisiune nucleară . Alți generatori sunt acționați de energia cinetică a apei curgătoare și a vântului. Există multe alte tehnologii care sunt utilizate pentru a genera electricitate, cum ar fi panourile solare fotovoltaice .

O baterie este un dispozitiv format din una sau mai multe celule electrochimice care convertesc energia chimică stocată în energie electrică. De la inventarea primei baterii (sau „ grămadă voltaică ”) în 1800 de către Alessandro Volta și mai ales de la celula Daniell îmbunătățită tehnic în 1836, bateriile au devenit o sursă de energie comună pentru multe aplicații de uz casnic și industrial. Conform unei estimări 2005, industria de baterie la nivel mondial generează US $ 48 de miliarde de vânzări în fiecare an, cu o creștere anuală de 6%. Există două tipuri de baterii: bateriile primare ( baterii de unică folosință), care sunt proiectate pentru a fi utilizate o dată și aruncate și bateriile secundare (baterii reîncărcabile), care sunt proiectate pentru a fi reîncărcate și utilizate de mai multe ori. Bateriile sunt disponibile în mai multe dimensiuni; de la butoane miniaturale utilizate pentru alimentarea aparatelor auditive și a ceasurilor de mână până la bateriile de dimensiuni ale camerelor care asigură energie de așteptare pentru centrele telefonice și centrele de date pentru computer .

Industria energiei electrice

Industria energiei electrice asigură producția și livrarea de energie, în cantități suficiente, zonelor care au nevoie de energie electrică , printr-o conexiune la rețea . Rețeaua distribuie energie electrică clienților. Energia electrică este generată de centrale electrice centrale sau de generație distribuită . Industria energiei electrice a evoluat treptat spre dereglementare - jucătorii emergenți oferind consumatorilor concurență companiilor de utilități publice tradiționale.

Utilizare

Energia electrică, produsă din centrale electrice centrale și distribuită pe o rețea de transport electric, este utilizată pe scară largă în aplicații industriale, comerciale și de consum. Consumul de energie electrică pe cap de locuitor al unei țări se corelează cu dezvoltarea sa industrială. Motoarele electrice produc mașini și propulsează metrou și trenuri. Iluminatul electric este cea mai importantă formă de lumină artificială. Energia electrică este utilizată direct în procese precum extracția aluminiului din minereurile sale și în producția de oțel în cuptoare cu arc electric . Energia electrică fiabilă este esențială pentru telecomunicații și radiodifuziune. Energia electrică este utilizată pentru a furniza aer condiționat în climă caldă, iar în unele locuri energia electrică este o sursă de energie economică competitivă pentru încălzirea spațiilor. Utilizarea energiei electrice pentru pomparea apei variază de la fântâni individuale gospodărești la proiecte de irigații și proiecte de stocare a energiei.

Vezi si

Referințe

Bibliografie

linkuri externe