Из этих источников возобновляемой энергии гидроэнергетика является крупным донором, обеспечивая около 10 процентов общего объема электроэнергии.

15% обеспечивают атомные электростанции.

При этом доля атомных электростанций в мире различна от 77 % во Франции до 2,5 % в Китае.

В России доля атомной энергетики порядка 18%.

5 % приходит на смесь источников, включая ветер, биоэнергию и солнечные батареи на крыше.

Конечно большинство людей хотели бы видеть экологическое сочетание превращающееся в электрические ресурсы, но в настоящее время источники ископаемого топлива являются основой электроэнергии в мире. Сочетание и доля источников электрической силы с течением времени видоизменяются и появляются необычные источники энергии.

Гидро

Электричество из воды накапливается в огромных плотинах. Сила, созданная водой из этих плотин превращается в электричество гидро электрическими турбинами и генераторами. Самые известные источники гидроэлектрической энергии находятся на крупных реках. Это дешевле, чем добыча ископаемого топлива и не способствует парниковому эффекту.

Солнце

При генерации электроэнергии с помощью солнца предотвращает выброс в атмосферу парниковых газов.

Ветер

Перемещение воздуха, который создается, когда солнце нагревает и охлаждение воздуха движет его. Это вызывает ветер. Через века люди научились использовать силу ветра. Как солнце она может также использоваться для создания электроэнергии. Ветер генерирует менее 1% электроэнергии в мире, но больше ветровых электростанций строятся каждый год.

Биомасса

Энергия, которая поступает из свалки – или мусорные свалки. Она включает в себя образование горючего газа и тепла от материи животных и растений. Свалочный газ создается, когда выбрасываются отходы и начинается загнивание (или разложение) в земле. Этот газ, как правило, просто будет просачиваться через землю в атмосферу, способствуя экологическим проблемам, как парниковый эффект. Однако может быть захвачен и обрабатываться для создания электроэнергии. Газ собирается, сушится (чтобы избавиться от воды) а затем фильтруется (чтобы избавиться от любых отходов и частиц). Затем подается через трубы к газовому генератору, который сжигает газ для создания электроэнергии.

Геотермальная энергия

Ресурсы от тепла земли. Она была использована тысяч лет в некоторых странах для горячей воды, отопления и приготовления пищи. Она также может генерировать электричество с помощью пара производимого из тепла, найденного под поверхностью земли. Это не распространено во многих странах, но хотя экспериментально геотермальная электроэнергия изучается в малонаселенных районах и используется в некоторых частях Новой Зеландии, Европе, Камчатке (Россия), а Исландия получает более 50 % своих энергетических ресурсов из геотемальных видов.

Источники электрической энергии в настоящее время являются неотъемлемой частью нашей жизни. Многие вещи работают только с помощью электричества и значение которой мы резко не изменим. Эти изменения не будут восприниматься как положительные большинством людей. Для поддержки технологии, лежащей в производстве электричества с использованием возобновляемых и невозобновляемых ресурсов работают ученые из многих областей исследования, в том числе химии, геологии, физики и биологии.

Аргументы в пользу более возобновляемых источников электрической энергии включают в себя:

• Необходимость сохранения энергетических ресурсов для будущего

• Угроза повышения парникового газа индуцированного изменением климата.

Противоположные аргументы для использования невозобновляемых ресурсов включают:

• Для использования этих ресурсов уже существует хорошо развитая технология

• Неспособность альтернатив для обеспечения базовой нагрузки мощности для бытового и промышленного использования

• Стоимость является относительно низкой для выработки электричества с невозобновляемых ресурсов.

ПРИВЫЧНЫЕ И НЕОБЫЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО: ПРИВЫЧНЫЕ И НЕОБЫЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ.

1МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №13» г. Калуги

1МБОУ «СОШ №13» г. Калуги

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с таким понятием, как «электричество». Что же такое электричество, всегда ли люди знали о нём?

Без электричества представить нашу современную жизнь, практически, невозможно. Скажите, как можно обойтись без освещения и тепла, без электродвигателя и телефона, без компьютера и телевизора? Электричество настолько глубоко проникло в нашу жизнь, что мы порой и не задумываемся, что это за волшебник помогает нам в работе.

Цель моей исследовательской работы: изучить историю открытия электричества, особенности этого явления и его применение в повседневной жизни.

Задачи, которые необходимо решить, для достижения поставленной в работе цели:

• изучить материалы об истории открытия электричества;

• рассмотреть практическое применение данного явления в жизни человека;

• изучить строение батарейки, аккумулятора и выяснить, какие существуют альтернативные источники электричества;

• в домашних условиях попробовать собрать аналог первой в истории батарейки, а также фруктовую и овощную батарейки.

Методы исследования:

1. подбор и анализ литературы по теме проекта;

2. систематизация собранных материалов;

3. опрос одноклассников;

4. проведение опытов и анализ результатов.

Объектом исследования в моей работе выступает электричество.

Предмет исследования: применение привычных и альтернативных источников питания электроприборов малой мощности дома.

Гипотеза: я думаю, что можно зажечь светодиодную лампочку, обычную маленькую лампочку и подзарядить мобильный телефон без подключения к домашней розетке.

Глава I. Понятие электричество

1.  

   1. История открытия электричества

Когда я стал выяснять, когда же люди узнали, что такое электричество, то установил, что явления, связанные с электричеством, были замечены еще в древнем Китае, Индии и древней Греции за несколько столетий до начала нашей эры. Около 600 года до н.э. древнегреческому философу Фалесу Милетскому было известно свойство янтаря, натертого о шерсть, притягивать легкие тела, например, пылинки. Древние греки даже научились использовать это явление – для удаления пыли с дорогих одежд. Ещё они заметили, что если сухие волосы расчесать янтарным гребнем, они встают, отталкиваясь друг от друга.

Кстати, янтарь древние греки называли словом «электрон». От него же пошло и слово «электричество». Но греки всего лишь наблюдали явления электричества, но не могли его объяснить.

Важным событием в истории изучения электричества, которое имеет значение для моей научной работы, стало обнаружение электричества при соприкосновении двух разных металлов с живым организмом. Это явление обнаружил в 1791 году итальянский врач Луиджи Гальвани. Когда он присоединил к лягушачьей лапке две полоски разных металлов, то обнаружил протекание тока между ними. Оно проявилось подергиванием лапки лягушки. Он назвал это явление «животным электричеством».

Этот опыт послужил основой для исследований другого итальянского ученого, Алессандро Вольта. Около 1800 г. он выявил, что причиной возникновения тока является реакция между двумя различными металлами в определенной среде. Вольта поместил в емкость с кислотой две пластинки: цинковую и медную. Это устройство и стало первой в мире батарейкой и получило название «Вольтов столб».

Я на практике попробую собрать такой столб и проверить, будет ли он давать электрический ток.

Современные батарейки мы называем гальваническими элементами – в честь первооткрывателя этого явления, а единица измерения электрического напряжения – Вольт – в честь Алессанро Вольта.

А в 1859 году французский ученый Гастон Плантэ создал элемент питания, в котором использовались свинцовые пластины, погруженные в слабый раствор кислоты. Эта батарея подвергалась заряду источником тока, а потом начинала сама вырабатывать электричество, выдавая почти всю потраченную на заряд электроэнергию. Причем это можно было проделывать много раз. Так появился первый аккумулятор.

Другие интересные факты из истории электричества представлены в Приложении 1.

1.  

   1. Виды электричества

Как я говорил раньше в работе, люди уже в древности заметили явления, которые они не могли объяснить, а некоторые из них вообще их пугали, а сегодня мы знаем, что это проявления электричества. Электрические явления мы можем наблюдать повсюду. Есть электричество, которое существует вообще без участия человека – это явления электричества в живой и неживой природе.

Есть электричество, которое мы используем в домах – получаем его из электрической розетки. А есть электричество, которое мы носим с собой в кармане – это электричество от батарейки или аккумулятора.

Конечно, самый распространенный способ применения электроэнергии, о котором знаем даже мы, дети – это освещение. Потом – работа всех приборов в доме – это утюги, стиральные и посудомоечные машины, электроплиты, принтеры, сканеры, телевизоры и многое другое. Не смогут работать без электроэнергии и компьютеры и планшеты. Ведь приходя домой вечером, мы обязательно ставим свой телефон или планшет на зарядку, которая происходит от электрической розетки.

Все мы знаем виды транспорта, работающие на электроэнергии – это трамваи, троллейбусы, поезда, в том числе, и в метро. Люди стали больше заботиться об окружающей среде, поэтому распространение получает и частный электротранспорт – электромобили.

С помощью рисунка-схемы в Приложении 2 я изобразил все эти виды электричества.

Глава II. Электричество сегодня – батарейки, аккумуляторы

2.1. Источники электрической энергии

Очень важным вопросом сегодня является «добыча» электроэнергии и ее сохранение. Для этого создаются электростанции. Благодаря существованию линий электропередач (ЛЭП), электроэнергию возможно передавать на очень большие расстояния. Это позволяет доставить электричество даже в самые отдаленные уголки Земли.

Рис. 1 Альтернативные источники энергии в домах

Сегодня же часто можно услышать по телевизору или прочесть в журналах, в интернете про «альтернативные источники энергии». В домах такими источниками можно назвать любые природные явления, которые можно превратить в энергию: свет солнца, ветер, движение воды, тепло земли, деятельность живых микроорганизмов.

2.2. Устройство батарейки и аккумулятора

Всем маленьким устройствам, которые окружают нас в повседневной жизни, нужен элемент питания – батарейка. Интересно, как же она устроена и работает?

Первая батарейка – «вольтов столб». Вольта сконструировал столбик из пластинок двух металлов: цинка (серые) и меди (розовые), и войлока, смоченного раствором кислоты. Цинк, медь и войлок он накладывал друг на друга в таком порядке: внизу находилась медная пластинка, на ней войлок, затем цинк, опять медь, войлок, цинк, медь, войлок и т. д.

На нижнем кружочке меди будет плюс такой самодельной батарейки, а на верхнем цинковом – минус. Причем, чем больше пластинок, тем выше напряжение, а чем больше размер кружочков, тем больше выдаваемый ток, то есть мощность источника тока определяется его размерами.

Рис. 2 «Вольтов столб»

Если теперь соединить крайние цинковую и медную пластинки проводком, то по нему потечет ток – от отрицательно заряженной пластинки цинка к положительно заряженной пластинке меди.

Электрическая энергия в таком источнике тока не берется из пустоты: она появляется за счет реакции между металлами и кислотой. В конце концов, это устройство, как и любая батарейка, разряжается, так как расходуются безвозвратно элементы, из которых оно собрано.

Сейчас батарейкой или гальваническим элементом мы называем источник электричества, который основан на взаимодействии некоторых веществ между собой.

Когда я стал изучать, из чего состоят современные батарейки, то выяснил, что кроме формы и размера, они еще отличаются и по материалам, из которых они состоят.

Современные батарейки работают так же, как и «вольтов столб», но по их составу я бы их разделил на группы:

1. Солевые батарейки, будь они в форме цилиндра, или квадрата, или плоские, – все работают одинаково: за цинковую пластинку выступает цинковый стакан, за медную пластинку – угольный стерженек и смесь графита с металлом, например, марганцем (который мы можем встретить дома в аптечке, его раствор в воде имеет розово-фиолетовый цвет), вместо ткани, смоченной кислотой, берут сухую смесь цинка и кислоты, которую называют электролит.

Рис. 3 Устройство солевой батарейки

Угольный стерженек (тот, что торчит из элемента) – это положительный полюс анод (+). На другой стороне – отрицательный полюс – катод (–).

1. Алкалиновые (щелочные) батарейки – в качестве электролита у них щелочной элемент. Эти батарейки дольше хранятся и сохраняют постоянство напряжения до самого окончания срока службы.

2. Литиевые батарейки – это самые современные батарейки, именно их используют в мобильных телефонах. У этих батареек в состав входит литий, который имеет наивысший отрицательный потенциал из металлов.

А чем же отличается аккумулятор от батареи? Ответ на этот вопрос простой – первый можно заряжать от розетки, в то время как вторая такой возможности не имеет. Как мы рассмотрели раньше, в батарейке проходит реакция между веществами, помещенными в электролит, при которой эти вещества расходуются безвозвратно. В аккумуляторе же наоборот. Когда аккумулятор разрядится, и его подсоединяют к устройству зарядки, ток в его пластинах течет не от минуса к плюсу, а в обратном направлении, а именно – от плюса к минусу. Реакция в электролите тоже начинает двигаться наоборот и происходит зарядка аккумулятора.

Глава III. Практические опыты

3.1. Опрос одноклассников

Теперь, когда я знаю некоторые интересные факты об электричестве и батарейках, я решил выяснить, что о нем знают мои одноклассники. Своим друзьям я задал такие вопросы, представленные на рисунке 4.

Результаты, которые я получил, приведены в Приложении 3.

После проведения опроса, я сделал для себя несколько выводов:

• Половина моих одноклассников понимают, что такое электричество и знают, когда они им пользуются и предполагает, что существует много видов электричества.

• Все могут привести пример пользования электричеством дома.

• Следует рассказать моим одноклассникам больше о видах электричества и о том, откуда его можно получить.

Рис. 4 Форма опросного листа одноклассников

Я думаю, что мало кто знает, как устроена батарейка и что электричество можно получить не только из розетки, но и из овощей и фруктов.

После того, как я выяснил, как работала первая батарейка, как устроены современные батарейки и что существуют альтернативные источники энергии, я приступил к проведению своих опытов. Фотоотчет о проведенных опытах представлен в Приложении 4.

Опыт №1: Собрать «вольтов столб»

Цель опыта: убедиться, что такая батарейка дает электричество.

Для опыта понадобилось:

1. медные пластинки;

2. цинковые шайбы;

3. кружочки из ткани, политые уксусом;

4. удерживающее устройство;

5. медный проводок и обычный провод;

6. измерительный прибор – мультиметр.

Ход опыта. Сначала я при помощи папы собрал свой «вольтов столб». Я брал медную пластину, клал на нее ткань, сверху клал цинковую шайбу, потом опять ткань. И так до конца. Важно, чтобы столб начинался и заканчивался разными по виду металлами. Высота моего столба составила около 12 см.

Я поставил мой столб на блюдце и полил уксусом, потом подсоединил при помощи папы прибор. Напряжение, которое он показал, составило 1,89 Вольт. Это конечно мало, примерно такое напряжение дает обычная батарейка — 1,5 Вольта.

Вывод: целью этого опыта было убедиться, что «вольтов столб» действительно работает. Так что мое предположение подтвердилось.

Опыт №2: Собрать батарейки из лимонов,картофеля и соленых огурцов

Цель опыта: определить, можно ли зажечь диод, лампочку и зарядить телефон от таких батареек.

Для опыта понадобилось:

1. медные провода;

2. оцинкованные гвозди;

3. картофель мытый, лимон, соленый огурец.

4. измерительный прибор – мультиметр;

5. светодиод и лампочка на 2,5 V.

Ход опыта. Первой я собирал батарейку из картофеля. Одна картофелина дает достаточное высокое напряжение в 0,96 Вольта. Это оказался лучший результат из всех. Лимон дал 0,94 Вольта, соленый огурец – 0,81 Вольта. Поэтому дальше я решил делать эксперимент с картофелем. К тому же – он стоит дешевле, чем лимоны.

Я собрал цепь из шести картофелин, замерил напряжение прибором. Получилось 5,37 (Пять целых, тридцать семь сотых) Вольта. Этого должно было быть достаточно, чтобы загорелась маленькая лампочка. Я присоединил лампочку вместо прибора. Но она не загорелась. Тогда я присоединил вместо нее диод, он загорелся.

Зажечь маленькую лампочку не удалось, даже от цепи, которую я собрал из 10 картофелин.

Результаты моего опыта я записал в таблице:

Вывод 1: От цепи из шести картофелин загорается светодиод,

Вывод 2: Маленькая лампочка не загорается даже от 10 картофелин. В интернете я нашел, что это, скорее всего, из-за потери напряжения при подсоединении лампочки.

Вывод 3: Зарядить мобильный телефон от овощной или фруктовой батарейки не получится, потому что напряжение слишком маленькое, и оно может еще уменьшиться, когда подключаешь прибор.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении могу сказать, что показали опыты. Моя гипотеза: «Можно зажечь светодиодную лампочку, обычную маленькую лампочку и подзарядить мобильный телефон без подключения к домашней розетке» верна только наполовину. Диод зажечь довольно просто, лампочку – сложнее, а подзарядить телефон – невозможно.

Также скажу, что сборка батарейки из картофеля, лимона или огурца заняла у меня, даже при помощи папы, довольно много времени. Так что, использовать овощи и фрукты, как источники электричества в домашних условиях совсем неудобно.

Список литературы

1. Малов В. Куда идёт электричество? – М.: АСТ, 2016 г.

2. Проневский А. Удивительные опыты с электричеством и магнитами. – М.: Эксмо, 2015 г.

3. Большая книга научных опытов, игр и экспериментов с электричеством. Перевод с англ. В.Н. Булгакова. – М.: АСТ, 2009 г.

4. Перельман Я.И. Занимательная физика. – М.: АСТ, 2014 г.

5. Германович В., Турилин А. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, земли, воды, биомассы. – С-Пб.: Наука и Техника, 2011 г.

Интернет-источники:

1. Альтернативная энергия для частного дома. http://stroychik.ru/raznoe/alternativnaya-energiya

2. Батарейка – принцип работы, виды батареек, история.http://yznavai.ru/batarejka-i-vsyo-o-nej/

3. История изобретений. Батарейки. http://2fixika.livejournal.com/2207.html

4. История изучения и развития электричества. http://scsiexplorer.com.ua/index.php/istoria-otkritiy/136-istoria-elektrichestva.html

5. Как устроена и работает батарейка. http://atz-box.ru/stati/aznaete-li-vy/1456-kak-ystroena-i-rabotaet-batareika.html

6. Сколько вольт в Вольтовом столбе? http://virtuallab.by/news/skolko_volt_v_voltovom_stolbe/2014-04-07-45

Приложения

Приложение 1

Из истории открытия электричества

В 1600 году придворный врач английской королевы Елизаветы, Уильям Гилберт, с помощью своего электроскопа доказал, что способность притягивать легкие тела имеет не только натертый янтарь, но и другие минералы: алмаз, сапфир, опал, аметист и др. В этом же году он издает труд «О магните и магнитных телах», где изложил целый свод знаний о магнетизме и электричестве.

В 1650 году немецкий ученый и по совместительству бургомистр Магдебурга Отто фон Герике создает первую «электрическую машину». Она представляла собой шар, отлитый из серы, при вращении и натирании которой, притягивались и отталкивались легкие тела. В последствии его машину усовершенствовали немецкие и французские ученые.

В 1729 году англичанин Стивен Грей обнаружил способность некоторых веществ, проводить электричество. Он, по сути, впервые ввел понятие проводников и непроводников электричества.

В 1733 году французский физик Шарль Франсуа Дюфе обнаружил два вида электричества: «смоляное» и «стеклянное». Одно возникает в янтаре, шелке, бумаге; второе – в стекле, драгоценных камнях, шерсти.

В 1745 году голландский физик и математик Лейденского университета Питер ван Мушенбрук обнаружил, что стеклянная банка оклеенная оловянной фольгой, способна накапливать электричество. Мушенбрук назвал ее лейденская банка. Это по сути был первый электрический конденсатор.

В 1747 году член Парижской Академии наук физик Жан Антуан Нолле изобрел электроскоп – первый прибор для оценки электрического потенциала. Также он сформулировал теорию действия электричества на живые организмы и выявил свойство электричества «стекать» быстрее с более острых тел.

В 1747-1753 гг. американский ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин провел ряд исследований и сопутствующих им открытий. Ввел используемое до сих пор понятие двух заряженных состояний: «+» и «-». Объяснил действие лейденской банки, установив определяющую роль диэлектрика между проводящими обкладками. Установил электрическую природу молнии. Предложил идею молниеотвода, установив, что металлические острия соединенные с землей снимают электрические заряды с заряженных тел. Выдвинул идею электрического двигателя. Впервые применил для зажигания пороха электрическую искру.

В 1785-1789 гг. французский физик Шарль Огюстен Кулон публикует ряд работ о взаимодействии электрических зарядов и магнитных полюсов. Проводит доказательство расположения электрических зарядов на поверхности проводника. Вводит понятия магнитного момента и поляризации зарядов.

В 1791 году итальянским врачом и анатомом Луиджи Гальвани было обнаружено возникновения электричества при соприкосновении двух разнородных металлов с живым организмом. Обнаруженный им эффект лежит в основе современных электрокардиографов.

В 1795 году другой итальянский ученый Алессандро Вольта, исследуя обнаруженный предшественником эффект, доказал, что электрический ток возникает между парой разнородных металлов разделенных специальной проводящей жидкостью.

В 1801 году русский ученый Василий Владимирович Петров установил возможность практического использования электрического тока для нагрева проводников, наблюдал явление электрической дуги в вакууме и различных газах. Выдвинул идею использования тока для освещения и плавки металлов.

В 1820 году датский физик Ханс Христиан Эрстэд установил связь между электричеством и магнетизмом, что заложило основы формирования современной электротехники. В этом же году французский физик Андре Мари Ампер сформулировал правило определения направления действия электрического тока на магнитное поле. Он впервые объединил электричество и магнетизм и сформулировал законы взаимодействия электрических и магнитных полей.

В 1827 году немецкий ученый Георг Симон Ом открыл свой закон (закон Ома) – один из фундаментальных законов электричества, устанавливающий зависимость между силой тока и напряжением.

В 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, что приводит к формированию новой отрасли промышленности – электротехники.

В 1847 году немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф сформулировал законы для токов и напряжений в электрических цепях.

Конец XIX-начало XX веков был полон открытий связанных с электричеством. Одно открытие порождало целую цепь открытий в течении нескольких десятилетий. Электричество из предмета исследования начало превращаться в предмет потребления. Началось его широкое внедрение в различные области производства. Были изобретены и созданы электрические двигатели, генераторы, телефон, телеграф, радио. Начинается внедрение электричества в медицину.

В 1878 году улицы Парижа осветили дуговые лампы Павла Николаевича Яблочкова. Появляются первые электростанции. Не так давно кажущееся чем-то невероятным и фантастическим, электричество становиться привычным и незаменимым помощником человечества.

В 1879 американский изобретатель Томас Эдисон усовершенствует лампу накаливания и получает патент на лампу с платиновой нитью. Уже через год он патентует лампу с угольной нитью и сроком службы 40 часов. Также Эдисон изобретает цоколь, патрон и выключатель.

В 1890-х годах Александр Николаевич Лодыгин экспериментирует с нитями накала из различных тугоплавких металлов и первым предлагает использовать нити из вольфрама. Также он предложил не только откачивать воздух из ламп, но и наполнять их инертным газом.

В 1936 году были изобретены газоразрядные лампы, а в 1972 – галогенные.

в 1907 году английским ученым Генри Джозефом Раундом было замечено необычайное свечение вокруг точечного контакта в работающем детекторе. Но открыл электролюминесценцию полупроводников, на которой и основана работа светодиодов, русский ученый Олег Владимирович Лосев в 1923 году. В ходе некоторых радиотехнических исследований он наблюдал голубоватое свечение, испускаемое кристаллами карбида кремния. Однако в то время столь необычайное и интересное явление не заинтересовало научную общественность, и оно было забыто на долгие сорок лет. Однако имя ученого и важность его открытия не были забыты. В последствии, открытое им явление было названо «эффект Лосева».

В 1951 году в США создается научный центр, занимающийся полномасштабными исследованиями электролюминесценции полупроводников и разработкой ламп на основе этого эффекта.

Первые светодиоды для промышленности были созданы в 1960-е годы американцем Ником Холоньяком. Первые образцы имели жёлто-зелёное свечение. Потом появились и красные светодиоды.

Долгое время не удавалось получить светодиод синего свечения. Первый образец был создан в 1971 году Жаком Панковым. Однако технология его производства оказалась настолько дорогой, что не получила дальнейшего использования.

Лишь в 1991 году японский изобретатель Шуджи Накамура разработал дешевую технологию создания синего светодиода, основанную на принципе удвоения частоты резонанса полупроводников.

В 1994 Накамура создает первый промышленный синий светодиод. В последствии разрабатываются светодиоды со все большей и большей яркостью свечения. Размеры их постепенно уменьшаются для объединения их в группы – матрицы. Создаются информационные табло и графические дисплеи.

Приложение 2

Виды электричества

Приложение 3

Результаты опроса одноклассников

Приложение 4

Фото опытов

Опыт №1 Собрать «Вольтов столб»

Опыт №2 Собрать овощную и фруктовую батарейки

Светодиод Светодиод загорелся слабым светом

Просмотров работы: 876

Откуда берется электричество? Источники электроэнергии

Жизнь современного человека организована таким образом, что ее инфраструктурное обеспечение задействует множество компонентов с разными технико-функциональными свойствами. К таким относится и электроэнергия. Рядовой потребитель не видит и не ощущает, как именно она выполняет свои задачи, но конечный результат вполне заметен в работе бытовой техники, да и не только. При этом вопросы, касающиеся того, откуда берется электричество, в представлении многих пользователей тех же домашних приборов остаются нераскрытыми. Для расширения знаний в этой области стоит начать с понятия об электроэнергии как таковой.

Что такое электричество?

Сложность данного понятия вполне объяснима, так как энергию невозможно обозначить как обычный предмет или явление, доступное визуальному восприятию. При этом существуют два подхода к ответу на вопрос о том, что такое электричество. Определение ученых гласит, что электричество является потоком заряженных частиц, который характеризуется направленным движением. Как правило, под частицами понимаются электроны.

В самой же отрасли энергетики чаще рассматривают электроэнергию как продукт, вырабатываемый подстанциями. С этой точки зрения имеют значение и элементы, которые непосредственно участвуют в процессе формирования и передачи тока. То есть в данном случае рассматривается энергетическое поле, создаваемое вокруг проводника или другого заряженного тела. Чтобы приблизить такое понимание энергии к реальному наблюдению, следует разобраться с таким вопросом: откуда берется электричество? Существуют разные технические средства для производства тока, и все они подчинены одной задаче — снабжению конечных потребителей. Впрочем, до момента, когда пользователи смогут обеспечить свои приборы энергией, она должна пройти несколько этапов.

Выработка электричества

На сегодняшний день в сфере энергетики применяется порядка 10 видов станций, которые обеспечивают генерацию электричества. Это процесс, в результате которого происходит преобразование определенного вида энергии в токовый заряд. Иными словами, электричество формируется в ходе переработки другой энергии. В частности, на специализированных подстанциях используют в качестве основного рабочего ресурса тепловую, ветреную, приливную, геотермальную и другие виды энергии. Отвечая на вопрос относительно того, откуда приходит электричество, стоит отметить инфраструктуру, которой обеспечена каждая подстанция. Любой электрогенератор обеспечен сложной системой функциональных узлов и сетей, которые позволяют аккумулировать вырабатываемую энергию и готовить ее для дальнейшей передачи на узлы распределения.

Традиционные электростанции

Хотя за последние годы тенденции в энергетике меняются быстрыми темпами, можно выделить основные виды электростанций, работающих по классическим принципам. В первую очередь это объекты тепловой генерации. Выработка ресурса производится в результате сгорания органического топлива и последующего преобразования выделяемой тепловой энергии. При этом существуют разные виды таких станций, в числе которых теплофикационные и конденсационные. Главным отличием между ними является возможность объектов второго типа также генерировать и тепловые потоки. То есть при ответе на вопрос о том, откуда берется электричество, можно отметить и станции, которые параллельно производят и другие виды энергии. Кроме тепловых объектов выработки, достаточно распространены гидро- и атомные станции. В первом случае предполагается преобразование энергии от движения воды, а во втором — в результате деления атомов в специальных реакторах.

Альтернативные источники энергии

К данной категории источников энергии принято относить солнечные лучи, ветер, земельные недра и т. д. Особенно распространены различные генераторы, ориентированные на аккумуляцию и преобразование в электричество солнечной энергии. Подобные установки привлекательны тем, что их может использовать любой потребитель в объемах, требуемых для снабжения его дома. Впрочем, широкому распространению подобных генераторов мешает высокая стоимость оборудования, а также нюансы в эксплуатации, обусловленные зависимостью рабочих фотоэлементов от интенсивности света.

На уровне крупных энергетических компаний активно развиваются ветряные альтернативные источники электричества. Уже сегодня целый ряд стран использует программы постепенного перехода на этот вид энергообеспечения. Впрочем, и в данном направлении есть свои препятствия, обусловленные маломощностью генераторов при высокой стоимости. Относительно новым альтернативным источником энергии является естественное тепло Земли. В данном случае станции преобразуют тепловую энергию, полученную из глубин подземных каналов.

Распределение электроэнергии

После выработки электроэнергии начинается этап ее передачи и распределения, который обеспечивается энергосбытовыми компаниями. Поставщики ресурса организуют соответствующую инфраструктуру, основу которой составляют электрические сети. Существует два вида каналов, по которым реализуется передача электричества, — воздушные и подземные кабельные линии. Данные сети являются конечным источником и главным ответом на вопрос о том, откуда берется электричество для разных нужд пользователей. Организации-поставщики прокладывают специальные трассы для организации сетевого распределения электроэнергии, используя при этом разные виды кабелей.

Потребители электричества

Электроэнергия требуется для самых разных задач как в бытовом хозяйстве, так и в промышленном секторе. Классическим примером использования данного носителя энергии является освещение. Однако в наши дни электричество в доме служит для обеспечения работы более широкого спектра приборов и оборудования. И это лишь небольшая часть потребностей общества в энергоснабжении.

Данный ресурс также требуется для поддержания работы транспортной инфраструктуры: для обслуживания линий троллейбусов, трамваев и метро и т. д. Отдельно стоит отметить промышленные предприятия. Заводы, комбинаты и перерабатывающие комплексы зачастую требуют подключения огромных мощностей. Можно сказать, это самые крупные потребители электроэнергии, использующие данный ресурс для обеспечения работы технологического оборудования и местной инфраструктуры.

Управление объектами электроэнергетики

Помимо организации электросетевого хозяйства, которое технически обеспечивает возможность передачи и распределения энергии для конечных потребителей, работа данного комплекса невозможна без систем управления. Для реализации этих задач поставщики используют оперативно-диспетчерские пункты, сотрудники которых реализуют централизованный контроль и управление работой вверенных им объектов электроэнергетики. В частности, подобные службы контролируют параметры сетей, к которым подключаются потребители электроэнергии на разных уровнях. Отдельно стоит отметить и отделы диспетчерских пунктов, которые выполняют техобслуживание сетей, предотвращая износы и восстанавливая повреждения на отдельных участках линий.

Заключение

За все время существования энергетическая отрасль претерпела несколько этапов своего развития. В последнее время наблюдаются новые перемены, обусловленные активным освоением альтернативных источников энергии. Успешное развитие этих направлений уже сегодня дает возможность использовать электричество в доме, полученное от индивидуальных бытовых генераторов независимо от центральных сетей. Впрочем, и в этих отраслях есть определенные сложности. В первую очередь они связаны с финансовыми затратами на закупку и монтаж соответствующего оборудования — тех же солнечных панелей с аккумуляторами. Но поскольку энергия, вырабатываемая от альтернативных источников, является полностью бесплатной, то перспективы дальнейшего продвижения этих областей сохраняют актуальность для разных категорий потребителей.

Источники электрической энергии: описание, виды и особенности

Источники электрической энергии в каждой местности различаются по способу её получения. Так, в степях целесообразнее использовать силу ветра или преобразовывать тепло после сжигания топлива, газа. В горах, где есть реки, строятся плотины и вода приводит в движение гигантские турбины. Электродвижущую силу получают практически повсеместно за счет других природных энергий.

Откуда берется питание потребителей

Источники электрической энергии получают напряжение после преобразования силы ветра, кинетического движения, потока воды, результата ядерной реакции, тепла от горения газа, топлива или угля. Широко распространены теплоэлектростанции, гидроэлектростанции. Постепенно сокращается количество атомных станций как не совсем безопасных для проживающих поблизости людей.

Может использоваться химическая реакция, эти явления мы наблюдаем в аккумуляторах автомобилей и бытовых приборов. Батарейки к телефонам работают по тому же принципу. Ветровики применяются в местах с постоянным ветром, где источники электрической энергии содержат в конструкции обычный генератор высокой мощности.

Для питания целого города порой одной станции недостаточно, и источники электрической энергии комбинируются. Так, на крышах домов в теплых странах устанавливаются солнечные батареи, которые питают отдельные помещения. Постепенно экологически чистые источники заменят станции, загрязняющие атмосферу.

В автомобилях

Аккумуляторная батарея на транспорте — не единственный источник электрической энергии. Цепи автомобиля спроектированы с таким расчетом, что при движении начинается процесс преобразования кинетической энергии в электрическую. Это происходит благодаря генератору, в котором вращение катушек внутри магнитного поля порождает появление электродвижущей силы (ЭДС).

В сети начинает протекать ток, заряжающий аккумуляторную батарею, длительность работы которой зависит от её ёмкости. Зарядка начинается сразу после старта двигателя. То есть энергия вырабатывается за счет сжигания топлива. Последние разработки автомобилестроения позволили использовать ЭДС источника электрической энергии для движения транспорта.

В электромобилях мощные химические батареи вырабатывают ток в замкнутой цепи и служат источником питания. Здесь наблюдается обратный процесс: ЭДС вырабатывается в катушках приводной системы, что заставляет колеса крутиться. Токи во вторичной цепи огромные, пропорциональные скорости разгона и весу автомобиля.

Принцип работы катушки с магнитом

Протекающий ток через катушку вызывает появление переменного магнитного потока. Он, в свою очередь, оказывает на магниты выталкивающую силу, которая заставляет рамку с двумя разнополярными магнитами крутиться. Таким образом, источники электрической энергии служат узлом для движения авто.

Обратный процесс, когда рамка с магнитом вращается внутри обмоток, за счет кинетической энергии позволяет преобразовывать переменный магнитный поток в ЭДС катушек. Далее в цепи установлены стабилизаторы напряжения, обеспечивающие требуемые показатели питающей сети. По этому принципу вырабатывается электричество в гидроэлектростанциях, теплоэлектростанциях.

ЭДС в цепи появляется и в обычной замкнутой цепи. Она существует до тех пор, пока к проводнику приложена разность потенциалов. Электродвижущая сила нужна для описания характеристики источника энергии. Физическое определение термина звучит так: ЭДС в замкнутой цепи пропорциональна работе сторонних сил, осуществляющих перемещение одиночного положительного заряда через всё тело проводника.

Формула E = I*R — сопротивление учитывается полное, складывающееся из внутреннего сопротивления источника питания и результатов сложения сопротивления питаемого участка цепи.

Ограничения на установку подстанций

Любой проводник, по которому течет ток, вырабатывает электрическое поле. Источник энергии является излучателем электромагнитных волн. Вокруг мощных установок, на подстанциях или вблизи генераторных устройств оказывается влияние на здоровье человека. Поэтому были приняты меры по ограничению строящихся объектов вблизи жилых зданий.

На законодательном уровне установлены фиксированные расстояния до электрических объектов, за пределами которых живой организм находится в безопасности. Запрещены постройки мощных подстанций вблизи домов и на пути следования людей. Мощные установки должны иметь ограждения и закрытые входы.

Высоковольтные линии монтируются высоко над постройками и выносятся за пределы поселений. Для исключения влияния электромагнитных волн в жилой зоне источники энергии закрываются заземленными металлическими экранами. В простейшем случае используется сетка из проволоки.

Единицы измерения

Каждая величина источника энергии и цепи описывается количественными значениями. Это облегчает задачу проектирования и расчет нагрузки под конкретное питание. Единицы измерения связаны между собой физическими законами.

Для величин источников питания установлены следующие единицы:

• Сопротивление: R — Ом.
• ЭДС: E — вольт.
• Реактивное и полное сопротивление: X и Z — Ом.
• Ток: I — ампер.
• Напряжение: U — вольт.
• Мощность: P — Ватт.

Построение последовательных и параллельных схем питания

Расчет цепи усложняется, если используется соединение источников электрической энергии нескольких типов. Учитывается внутренние сопротивление каждой ветви и направление тока через проводники. Для измерения ЭДС каждого источника в отдельности потребуется разомкнуть цепь и непосредственно на выводах питающей батареи замерить потенциал прибором — вольтметром.

При замкнутой цепи прибор покажет падение напряжения, которое имеет меньшую величину. Для получения необходимого питания часто требуется несколько источников. В зависимости от задачи может использоваться несколько видов соединений:

• Последовательное. ЭДС цепи каждого источника складывается. Так, при использовании двух батареек номиналом 2 вольта получают в результате подключения 4 В.
• Параллельное. Такой вид применяется для увеличения емкости источника, соответственно, наблюдается более продолжительное время работы от аккумуляторов. ЭДС цепи при таком подключении не изменяется при равных номиналах батарей. Важно соблюсти полярность соединения.
• Комбинированные подключения редко используются, но на практике встречаются. Расчет результирующей ЭДС производится для каждого отдельного замкнутого участка. Учитывается полярность и направление тока ветвей.

Омы питающей сети

Внутреннее сопротивление источника электрической энергии учитывается для определения результирующей ЭДС. В общем виде электродвижущая сила рассчитывается по формуле E = I*R + I*r. Здесь R — сопротивление потребителей, а r — внутреннее сопротивление. Падение же напряжения высчитывают по следующей зависимости: U = E — Ir.

Ток, протекающий в цепи, рассчитывают согласно закону Ома полной цепи: I = E/(R + r). Внутреннее сопротивление способно оказывать влияние на силу тока. Чтобы такого не происходило, источник подбирают под нагрузку по следующему правилу: внутреннее сопротивление источника должно быть намного меньше полного общего сопротивления потребителей. Тогда учитывать его величину совсем необязательно из-за малой погрешности.

Как измерить Омы питающей сети?

Так как источники и приемники электрической энергии должны быть согласованы, то сразу возникает вопрос: как измерить внутреннее сопротивление источника? Ведь омметром не подключишься на контакты с имеющимися на них потенциалами. Для решения вопроса используется косвенный метод снятия показателей — потребуются значения дополнительных величин: ток и напряжение. Расчет производится по формуле r = U/I, где U — падение напряжения на внутреннем сопротивлении, а I — ток в цепи под нагрузкой.

Падение напряжения измеряется непосредственно на зажимах источника питания. В цепь подключается резистор известного номинала R. До проведения замеров следует зафиксировать вольтметром ЭДС источника при разомкнутой цепи — E. Далее подключают нагрузку и фиксируют показания — U нагр. и тока I.

Искомое падение напряжения на внутреннем сопротивлении U = E − U нагр. В итоге рассчитываем искомую величину r = (E − U нагр.)/I.

Источники электроэнергии — это… Что такое Источники электроэнергии?

Источники электроэнергии

устройства, в которых происходит преобразование различных видов энергии (механической, тепловой, химической, ядерного распада и др.) в электрическую. Различают И. э. физические (генераторы различного типа, солнечные батареи и др.) и химические (первичные — гальванические элементы и батареи однократного применения; вторичные — аккумуляторы; топливные элементы — электрохимические генераторы).

Словарь военных терминов. — М.: Воениздат. Сост. А. М. Плехов, С. Г. Шапкин.. 1988.

• Источники войн
• Истребитель

Смотреть что такое «Источники электроэнергии» в других словарях:

• ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ на судне — устройства для преобразования энергии органического топлива, пара или химической энергии в электрическую. На современных судах дизель генераторы и газотурбогенераторы пре образуют в электроэнергию энергию дизельного топ лива или керосина, а… …   Морской энциклопедический справочник

• Альтернативные источники электроэнергии: приливные электростанции — 1.Введение. Проблема энергетики уже давно стоит ребром, особенно для некоторых областей нашей страны и мира в целом. А причина этого в том что у этих мест нет доступа, или он очень сложен, к энергоресурсам, таким как уголь, нефть и газ, которые… …   Википедия

• Автономные источники электроэнергии систем электроснабжения ракетных комплексов — см. Источники электрической энергии ракетного комплекса …   Энциклопедия РВСН

• Источники тока —         устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии И. т. условно можно разделить на химические и физические. Сведения о первых химических И. т. (гальванических элементах и аккумуляторах)… …   Большая советская энциклопедия

• Источники гармоник — 2.2. Источники гармоник 2.2.1. Оборудование для производства, передачи и распределения электроэнергии генерирует незначительные гармоники. Источниками больших значений гармоник тока являются промышленные и бытовые нагрузки. Как правило, основная… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Генерация электроэнергии — производство электроэнергии (электрического напряжения и тока) посредством преобразования её из других видов энергии с помощью специальных технических устройств. Для генерации электроэнергии используют: Электрический генератор электрическую… …   Википедия

• Оптовый рынок электроэнергии и мощности — Оптовый рынок электрической энергии и мощности, оптовый рынок электроэнергии  сфера обращения особых товаров  электрической энергии и мощности в рамках Единой энергетической системы России в границах единого экономического пространства… …   Википедия

• ГОСТ 19705-89: Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии — Терминология ГОСТ 19705 89: Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии оригинал документа: 10. Аварийная работа системы электроснабжения. Аварийная работа Режим работы в полете при отказавших …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Радиоизотопные источники энергии — Один из радиоизотопных генераторов зонда Кассини …   Википедия

• Радиоизотопные источники тока — Один из радиоизотопных генераторов зонда Кассини Радиоизотопный генератор космического аппарата New Horizons Радиоизотопные источники энергии  устройства различного конструктивного исполнения, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном… …   Википедия