Як роблять електрику: джерела електроенергії

Варіантів отримання електричної енергії безліч. Вони розрізняються за способом отримання електроенергії, по потужності, ККД, екологічності тощо В даний час найбільш використовуваний спосіб для отримання електрики у великих обсягах є застосування електромеханічних генераторів, які механічну енергію перетворюють в електричний струм заряджених частинок. Зовні він схожий на електричний двигун. Принцип дії електричного генератора заснований на законі електромагнітної індукції Фарадея. Для створення електрорушійної сили необхідні 2 умови. По-перше, це струмопровідний контур у вигляді мідної обмотки, а по-друге, це наявність магнітного потоку, що наводиться постійним магнітом або ж додатковою обмоткою (збудження).

І так, щоб створити електрорушійну силу (ЕРС) на виході електричного генератора, потрібно постійний магніт або обмотку привести в рух відносно один одного. Пройшовши крізь контур, магнітний потік впливає на вільні електрони всередині мідної обмотки, тим самим усуваючи з посади їх до одного з кінців цієї обмотки, що в результаті і створює різницю потенціалів. Причому, дійсна швидкість проходження магнітного потоку крізь електричний контур мідної обмотки безпосередньо впливає на величину значення напруги.

Маючи електричний генератор, нам залишається тепер знайти спосіб, за допомогою якого буде відбуватися його обертання. Давайте подивимося на основні джерела електроенергії. І так, в 1882р. Томас Едісон зробив і запустив одну з перших теплових електростанцій (скорочено вона називається ТЕС). Вона використовувала для свого руху паровий двигун. В ті часи паровий двигун застосовувався повсюдно і був найкращою системою для створення тягового руху. Він змушував рухатися паровози, виробничі станки, і не дивно, що перша електрична станція також працювала на ньому.

Водяні млини, також, широко використовувалися з давніх часів. Поєднавши роботу цього млина і електрогенератора, в результаті виходила гідроелектростанція. Гідроелектростанція є спеціальна споруда, що встановлюється на місцях падіння води, тим самим використовуючи її силу для безпосереднього обертання свого електричного генератора. Гідроелектростанції можна віднести до найбільш нешкідливим способам видобутку електричної енергії, так як при її експлуатації не відбувається паливне спалювання, що залишає відходи.

Відносно недавно почали широко використовуватися атомні електростанції. Вони загальним своїм принципом роботи дуже схожі на теплові електростанції. Основна різниця полягає лише в тому, що теплові електростанції застосовують для отримання пара пальне паливо, ну, а в атомних електростанціях основним джерелом нагрівання води є теплова енергія, яка виділяється при ядерній реакції. Тобто, в реакторі атомної електростанції міститься радіоактивна паливо (зазвичай УРАН). Він при своєму розпаді віддає досить велика кількість теплоти. Це тепло і використовується для нагріву котла з водою, що в результаті її кипіння породжує виділення пара. Цей водяний пар під великим тиском змушує обертатися лопаті турбіни і вал електричного генератора.

Крім розглянутих вище джерел електроенергії також існує безліч і менш застосовуваних (якщо говорити про кількість електроенергії, що виробляється). Наприклад, вітряні електричні генератори, які здатні перетворити силу вітру в електричний струм. В їх роботі все гранично просто – вітряні лопаті з’єднані з віссю електрогенератора. При наявності вітру лопаті починають обертатися, що обертає і генератор.

У сонячних батарей трохи інший принцип дії. На відміну то електричного генератора, сонячні батареї здатні випромінювання сонця безпосередньо перетворювати в потік електронів. Фотоелемент сонячної батареї складається з напівпровідника, при попаданні сонячної радіації в прикордонну зону напівпровідника створюється електрорушійна сила «ЕРС».

І останнє джерело електроенергії, про який хотілося б сказати в даній темі, це паливний елемент. Паливний елемент являє собою пристрій, який використовує взаємодію хімічних речовин для отримання електроенергії. Тобто, в пристрій паливного елемента безупинно подається водень і окислювач у вигляді кисню. Усередині пристрою вони взаємодіють, в результаті чого на клемах паливного елемента з’являється напруга, а відпрацьовані продукти виходять у вигляді звичайної води і тепла.

Посилання на основну публікацію