Elektrisk strøm - Electric power

Elektrisk strøm overføres af luftledninger som disse og også gennem underjordiske højspændingskabler .

Elektrisk strøm er den hastighed pr. Tidsenhed, hvormed elektrisk energi overføres af et elektrisk kredsløb . The SI enhed af magt er den watt , en joule per sekund .

Elektrisk strøm produceres normalt af elektriske generatorer , men kan også leveres af kilder som elektriske batterier . Det er normalt leveres til virksomheder og boliger (som indenlandske elnettet ) ved el-industrien gennem en elektrisk elnet .

Elektrisk strøm kan leveres over lange afstande via transmissionsledninger og bruges til applikationer som f.eks. Bevægelse , lys eller varme med høj effektivitet .

Definition

Elektrisk strøm, ligesom mekanisk kraft , er satsen for at gøre arbejdet , målt i watt , og er repræsenteret ved bogstavet P . Udtrykket watt bruges i daglig tale til at betyde "elektrisk effekt i watt." Den elektriske effekt i watt produceret af en elektrisk strøm I bestående af en ladningQ coulombs hvert t sekund, der passerer gennem en elektrisk potential ( spænding ) forskel på V er

hvor

Q er elektrisk ladning i coulombs
t er tiden i sekunder
Jeg er elektrisk strøm i ampere
V er elektrisk potentiale eller spænding i volt

Forklaring

Animation, der viser strømkilde

Elektrisk strøm omdannes til andre former for energi, når elektriske ladninger bevæger sig gennem en elektrisk potentialeforskel ( spænding ), som forekommer i elektriske komponenter i elektriske kredsløb. Set fra elektrisk kraft kan komponenter i et elektrisk kredsløb opdeles i to kategorier:

Animation, der viser elektrisk belastning

Aktive enheder (strømkilder)

Hvis afgifterne bevæges af en 'ydre kraft' gennem indretningen i retningen fra den nedre elektriske potentiale til de højere, (så positive charge bevæger sig fra den negative til den positive terminal), arbejde vil ske de afgifter, og energi konverteres til elektrisk potentiel energi fra en anden energitype, såsom mekanisk energi eller kemisk energi . Enheder, hvor dette sker, kaldes aktive enheder eller strømkilder ; såsom elektriske generatorer og batterier . Nogle enheder kan enten være en kilde eller en belastning, afhængigt af spændingen og strømmen igennem dem. For eksempel fungerer et genopladeligt batteri som en kilde, når det forsyner et kredsløb med strøm, men som en belastning, når det er tilsluttet en batterioplader og genoplades.

Passive enheder (belastninger)

Når elektriske ladninger bevæger sig gennem en spændingsforskel fra et højere til en lavere spænding, der er, når konventionel strøm (positiv ladning) bevæger sig fra den positive (+) terminal til den negative (-) terminal, arbejde er udført af ladningerne på enheden . Ladernes potentielle energi på grund af spændingen mellem terminalerne omdannes til kinetisk energi i enheden. Disse enheder kaldes passive komponenter eller belastninger ; de 'forbruger' elektrisk strøm fra kredsløbet og konverterer det til andre energiformer såsom mekanisk arbejde , varme, lys osv. Eksempler er elektriske apparater , såsom pærer , elektriske motorer og elektriske varmeapparater . I vekselstrøm (AC) kredsløb vender spændingsretningen periodisk, men strømmen flyder altid fra det højere potentiale til den lavere potentiale.

Overførsel af strøm gennem et elektrisk kredsløb

Passiv skilte konvention

Da elektrisk strøm enten kan strømme ind i eller ud af en komponent, er det nødvendigt med en konvention, for hvilken retning der repræsenterer positiv effektstrøm. Elektrisk strøm, der strømmer ud af et kredsløb til en komponent, er vilkårligt defineret til at have et positivt tegn, mens strøm, der strømmer ind i et kredsløb fra en komponent, er defineret til at have et negativt tegn. Passive komponenter har således et positivt strømforbrug, mens strømkilder har et negativt strømforbrug. Dette kaldes den passive tegnkonvention .

Modstandsdygtige kredsløb

I tilfælde af resistive (Ohmiske eller lineære) belastninger kan Joules lov kombineres med Ohms lov ( V = I · R ) for at producere alternative udtryk for den mængde strøm, der spredes:

hvor R er den elektriske modstand .

Vekselstrøm uden harmoniske

I vekselstrømskredsløb kan energilagringselementer såsom induktans og kapacitans resultere i periodiske omvendelser af energistrømningens retning. Den del af energistrømmen (effekt), der, i gennemsnit over en komplet cyklus af vekselstrømbølgeformen, resulterer i nettooverførsel af energi i en retning er kendt som reel effekt (også omtalt som aktiv effekt). Amplituden af ​​den del af energistrømmen (effekt), der ikke resulterer i nogen nettooverførsel af energi, men i stedet svinger mellem kilden og belastningen i hver cyklus på grund af lagret energi, er kendt som den absolutte værdi af reaktiv effekt . Produktet af spændingsbølgeens RMS -værdi og RMS -værdien for den aktuelle bølge er kendt som tilsyneladende effekt . Den reelle effekt P i watt, der forbruges af en enhed, er givet ved

hvor

V p er spidsen i volt
I p er spidsstrømmen i ampere
V rms er rod-middel-kvadratets spænding i volt
I rms er rod-middel-kvadratstrømmen i ampere
θ = θ v - θ i er fasevinklen, hvormed spændingssinusbølgen leder den aktuelle sinusbølge, eller tilsvarende den fasevinkel, hvormed den aktuelle sinusbølge halter spændingen sinusbølge
Power triangel: Komponenterne i vekselstrøm

Forholdet mellem reel effekt, reaktiv effekt og tilsyneladende effekt kan udtrykkes ved at repræsentere mængderne som vektorer. Virkelig effekt er repræsenteret som en vandret vektor, og reaktiv effekt er repræsenteret som en lodret vektor. Den tilsyneladende effektvektor er hypotenusen i en højre trekant dannet ved at forbinde de virkelige og reaktive effektvektorer. Denne repræsentation kaldes ofte magt -trekanten . Ved hjælp af Pythagoras sætning er forholdet mellem reel, reaktiv og tilsyneladende magt:

Reelle og reaktive kræfter kan også beregnes direkte ud fra den tilsyneladende effekt, når strømmen og spændingen begge er sinusoider med en kendt fasevinkel θ mellem dem:

Forholdet mellem reel effekt og tilsyneladende effekt kaldes effektfaktor og er altid et tal mellem -1 og 1. Hvor strømme og spændinger har ikke-sinusformede former, generaliseres effektfaktoren til at omfatte virkninger af forvrængning.

Elektromagnetiske felter

Elektrisk energi flyder overalt, hvor elektriske og magnetiske felter eksisterer sammen og svinger samme sted. Det enkleste eksempel på dette er i elektriske kredsløb, som det foregående afsnit viste. I det generelle tilfælde kan den enkle ligning P = IV imidlertid erstattes af en mere kompleks beregning. Den lukkede fladeintegral af cross-produkt af det elektriske felt intensitet og magnetiske felt intensitet vektorer giver den totale øjeblikkelige effekt (i watt) ud af lydstyrken:

Resultatet er en skalar, da det er overfladeintegralet af Poynting -vektoren .

Produktion

Generation

Verdens elproduktion efter kilde i 2018. Den samlede produktion var 26,7 PWh .

  Kul (38%)
  Naturgas (23%)
  Hydro (16%)
  Nuclear (10%)
  Vind (5%)
  Olie (3%)
  Solceller (2%)
  Biobrændstoffer (2%)
  Andet (1%)

De grundlæggende principper for megen elproduktion blev opdaget i løbet af 1820'erne og begyndelsen af ​​1830'erne af den britiske videnskabsmand Michael Faraday . Hans grundlæggende metode bruges stadig i dag: elektrisk strøm genereres ved bevægelse af en trådsløjfe eller kobberskive mellem polerne på en magnet .

For elværker er det den første proces i levering af elektricitet til forbrugerne. De andre processer, el transmission , distributions- og elektrisk energilagring og nyttiggørelse anvendelse pumpes-storage metoder normalt udføres af el-industrien .

Elektricitet genereres for det meste på et kraftværk af elektromekaniske generatorer , drevet af varmemotorer opvarmet ved forbrænding , geotermisk kraft eller nuklear fission . Andre generatorer drives af kinetisk energi fra strømmende vand og vind. Der er mange andre teknologier, der bruges til at generere elektricitet, f.eks. Fotovoltaiske solpaneler.

Et batteri er en enhed, der består af en eller flere elektrokemiske celler, der omdanner lagret kemisk energi til elektrisk energi. Siden opfindelsen af ​​det første batteri (eller " voltaisk bunke ") i 1800 af Alessandro Volta og især siden den teknisk forbedrede Daniell -celle i 1836, er batterier blevet en fælles strømkilde til mange husholdnings- og industrielle applikationer. Ifølge en 2005 skøn, verdensomspændende batteri industrien den genererer US $ 48 milliarder i salg hvert år, med 6% årlig vækst. Der er to typer batterier: primære batterier (engangsbatterier), der er designet til at blive brugt en gang og kasseres, og sekundære batterier (genopladelige batterier), som er designet til at blive genopladet og brugt flere gange. Batterier fås i mange størrelser; fra miniature knapceller bruges til magten høreapparater og armbåndsure til batteri banker størrelsen af værelser, der giver standby strøm til telefoncentraler og computer datacentre .

Elektrisk industri

Elektrisk industri leverer produktion og levering af strøm i tilstrækkelige mængder til områder, der har brug for elektricitet , gennem en netforbindelse . Nettet distribuerer elektrisk energi til kunderne. Elektrisk strøm genereres af centrale kraftværker eller af distribueret produktion . Elektrisk industri har gradvist været på vej mod deregulering - med nye aktører, der tilbyder forbrugerne konkurrence til de traditionelle offentlige forsyningsselskaber.

Brug

Elektrisk strøm, der produceres fra centrale produktionsstationer og distribueres over et elektrisk transmissionsnet, bruges meget i industrielle, kommercielle og forbrugerrelaterede applikationer. Det elektriske strømforbrug pr. Indbygger i et land korrelerer med dets industrielle udvikling. Elektriske motorer driver fremstillingsmaskiner og driver metroer og jernbanetog. Elektrisk belysning er den vigtigste form for kunstigt lys. Elektrisk energi bruges direkte i processer som ekstraktion af aluminium fra dets malme og til produktion af stål i lysbueovne . Pålidelig elektrisk strøm er afgørende for telekommunikation og radio- og tv -spredning. Elektrisk strøm bruges til at levere aircondition i varme klimaer, og nogle steder er elektrisk strøm en økonomisk konkurrencedygtig energikilde til bygning af rumopvarmning. Brug af elektrisk strøm til pumpning af vand spænder fra individuelle husholdningsboringer til kunstvandingsprojekter og energilagringsprojekter.

Se også

Referencer

Bibliografi

eksterne links