Izvori električne energije: opis, vrste i značajke

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Izvori električne energije na svakom lokalitetu razlikuju se po načinu na koji se prima. Dakle, u stepama je svrsishodnije koristiti snagu vjetra ili pretvarati toplinu nakon sagorijevanja goriva, plina. U planinama, gdje postoje rijeke, grade se brane, a voda pokreće divovske turbine. Elektromotorna sila dobiva se gotovo posvuda na račun drugih prirodnih energija.

Odakle potječe potrošačka hrana

Izvori električne energije dobivaju napon nakon transformacije sile vjetra, kinetičkog kretanja, protoka vode, rezultat nuklearne reakcije, topline izgaranjem plina, goriva ili ugljena. Rasprostranjene su termoelektrane i hidroelektrane. Broj nuklearnih elektrana postupno se smanjuje jer nisu potpuno sigurne za ljude koji žive u blizini.

Može se koristiti kemijska reakcija, te pojave vidimo u automobilskim akumulatorima i kućanskim aparatima. Baterije za telefone rade na istom principu. Deflektori vjetra se koriste na mjestima sa stalnim vjetrom, gdje izvori električne energije u dizajnu sadrže konvencionalni generator velike snage.

Ponekad jedna stanica nije dovoljna za napajanje cijelog grada,a izvori električne energije se kombiniraju. Dakle, solarni paneli se postavljaju na krovove kuća u toplim zemljama, koji hrane pojedine prostorije. Postupno će ekološki prihvatljivi izvori zamijeniti stanice koje zagađuju atmosferu.

U automobilima

Baterija u transportu nije jedini izvor električne energije. Krugovi automobila su dizajnirani na način da tijekom vožnje počinje proces pretvaranja kinetičke energije u električnu. To je zbog generatora, u kojem rotacija zavojnica unutar magnetskog polja stvara pojavu elektromotorne sile (EMF).

U mreži počinje teći struja, puneći bateriju, čije trajanje ovisi o njenom kapacitetu. Punjenje počinje odmah nakon pokretanja motora. Odnosno, energija nastaje izgaranjem goriva. Nedavni razvoji u automobilskoj industriji omogućili su korištenje EMF-a kao izvora električne energije za promet.

U električnim vozilima snažne kemijske baterije stvaraju struju u zatvorenom krugu i služe kao izvor energije. Ovdje se opaža obrnuti proces: EMF se stvara u zavojnicama pogonskog sustava, što uzrokuje okretanje kotača. Struje u sekundarnom krugu su ogromne, proporcionalne brzini ubrzanja i težini automobila.

Princip zavojnice s magnetom

Struja koja teče kroz zavojnicu uzrokuje izmjenični magnetski tok. On, zauzvrat, vrši silu uzgona na magnete, što tjera okvir s dvarotirati magnetima suprotnog polariteta. Dakle, izvori električne energije služe kao čvorište za kretanje automobila.

Obrnuti proces, kada se okvir s magnetom rotira unutar namota, zbog kinetičke energije, omogućuje pretvaranje izmjeničnog magnetskog toka u EMF zavojnica. Nadalje, u krug su ugrađeni stabilizatori napona, koji osiguravaju potrebne performanse opskrbne mreže. Po ovom principu električna energija se proizvodi u hidroelektranama, termoelektranama.

EMF u krugu također se pojavljuje u običnom zatvorenom krugu. Postoji sve dok se na vodič primjenjuje razlika potencijala. Za opisivanje karakteristika izvora energije potrebna je elektromotorna sila. Fizička definicija pojma zvuči ovako: EMF u zatvorenom krugu proporcionalan je radu vanjskih sila koje pomiču jedan pozitivan naboj kroz cijelo tijelo vodiča.

Formula E=IR - ukupni otpor se uzima u obzir, a sastoji se od unutarnjeg otpora izvora napajanja i rezultata zbrajanja otpora napajanog dijela kruga.

Ograničenja ugradnje trafostanica

Svaki vodič kroz koji teče struja stvara električno polje. Izvor energije je emiter elektromagnetskih valova. Oko moćnih instalacija, u trafostanicama ili blizu agregata, ljudsko zdravlje je ugroženo. Stoga su poduzete mjere za ograničavanje građevinskih projekata u blizini stambenih zgrada.

UključenoNa zakonodavnoj razini utvrđuju se fiksne udaljenosti do električnih objekata, izvan kojih je živi organizam siguran. Zabranjena je gradnja moćnih trafostanica u blizini kuća i na putu ljudi. Snažne instalacije moraju imati ograde i zatvorene ulaze.

Visokonaponski vodovi se postavljaju visoko iznad zgrada i izvode iz naselja. Kako bi se uklonio utjecaj elektromagnetskih valova u stambenom prostoru, izvori energije se zatvaraju uzemljenim metalnim zaslonima. U najjednostavnijem slučaju koristi se žičana mreža.

Jedinice mjere

Svaka vrijednost izvora energije i kruga opisana je kvantitativnim vrijednostima. To olakšava zadatak projektiranja i izračuna opterećenja za određeno napajanje. Mjerne jedinice međusobno su povezane fizičkim zakonima.

Jedinice za napajanje su sljedeće:

• Otpor: R - Ohm.
• EMF: E - Volt.
• Reaktivnost i impedancija: X i Z - Ohm.
• Trenutno: I - Amp.
• Napon: U - Volt.
• Snaga: P - Watt.

Izgradnja serijskih i paralelnih strujnih krugova

Proračun lanca postaje kompliciraniji ako je spojeno nekoliko vrsta izvora električne energije. Uzima se u obzir unutarnji otpor svake grane i smjer struje kroz vodiče. Da biste izmjerili EMF svakog izvora zasebno, morat ćete otvoriti strujni krug i izmjeriti potencijal izravno na terminalima napojne baterije uređajem - voltmetrom.

Kada je krug zatvoren, uređaj će pokazati pad napona, koji ima manju vrijednost. Za dobivanje potrebne prehrane često je potrebno više izvora. Ovisno o zadatku, može se koristiti nekoliko vrsta veza:

• Uzastopno. EMF kruga svakog izvora se dodaje. Dakle, kada se koriste dvije baterije nominalne vrijednosti od 2 volta, dobivaju 4 V kao rezultat spajanja.
• Paralelno. Ova vrsta se koristi za povećanje kapaciteta izvora, odnosno, postoji duži vijek trajanja baterije. EMF kruga s ovom vezom ne mijenja se s jednakim ocjenama baterije. Važno je paziti na polaritet veze.
• Kombinirane veze rijetko se koriste, ali se događaju u praksi. Izračun rezultirajućeg EMF-a vrši se za svaki pojedini zatvoreni dio. Polaritet i smjer struje grana se uzimaju u obzir.

Ohms napajanja

Unutarnji otpor izvora električne energije uzima se u obzir da bi se odredio rezultirajući EMF. Općenito, elektromotorna sila se izračunava po formuli E=IR + Ir. Ovdje je R otpor potrošača, a r unutarnji otpor. Pad napona izračunava se prema sljedećem odnosu: U=E - Ir.

Struja koja teče u krugu izračunava se prema Ohmovom zakonu kompletnog kruga: I=E/(R + r). Unutarnji otpor može utjecati na jačinu struje. Kako se to ne bi dogodilo, izvor se odabire za opterećenje premasljedeće pravilo: unutarnji otpor izvora mora biti mnogo manji od ukupnog ukupnog otpora potrošača. Tada nije potrebno uzeti u obzir njegovu vrijednost zbog male pogreške.

Kako izmjeriti ohme napajanja?

Budući da se izvori i prijamnici električne energije moraju uskladiti, odmah se postavlja pitanje: kako izmjeriti unutarnji otpor izvora? Uostalom, ne možete se povezati s ohmmetrom na kontakte s potencijalima dostupnim na njima. Da bi se riješio problem, koristi se neizravna metoda uzimanja indikatora - potrebne su vrijednosti dodatnih količina: struja i napon. Proračun se vrši prema formuli r=U/I, gdje je U pad napona na unutarnjem otporu, a I je struja u strujnom krugu pod opterećenjem.

Pad napona se mjeri izravno na terminalima napajanja. U krug je spojen otpornik poznate vrijednosti R. Prije mjerenja potrebno je voltmetrom fiksirati EMF izvora s otvorenim krugom - E. Zatim spojiti opterećenje i zabilježiti očitanja - U opterećenje. i trenutni I.

Željeni pad napona na unutarnjem otporu U=E − U opterećenje. Kao rezultat, izračunavamo potrebnu vrijednost r=(E − U opterećenje)/I.