физикада

«Электр энергиясын өндіру, беру және пайдалану» тақырыбына

11 «А» сынып оқушылары

No85 қалалық білім беру мекемесі

Кэтрин.

Абстрактілі жоспар.

Кіріспе.

1. Электр энергиясын өндіру.

1. электр станцияларының түрлері.

2. баламалы энергия көздері.

2. Электр энергиясын беру.

    трансформаторлар.

3. Электр энергиясын пайдалану.

Кіріспе.

Энергияның пайда болуы бірнеше миллион жыл бұрын, адамдар отты пайдалануды үйренген кезде болды. От оларға жылулық пен нұр берді, шабыт пен оптимизмнің қайнар көзі, жаулар мен жабайы жануарларға қарсы қару, емдік агент, ауыл шаруашылығында көмекші, тағамдық консервант, технологиялық құрал және т.б.

Адамдарға от берген Прометей туралы ғажайып миф Ежелгі Грецияда әлемнің көптеген бөліктерінде отпен жұмыс істеудің, оны шығарудың және сөндірудің, отты сақтаудың және отынды ұтымды пайдаланудың өте күрделі әдістерін игергеннен кейін әлдеқайда кейінірек пайда болды.

Көптеген жылдар бойы өсімдік энергия көздерін (ағаш, бұта, қамыс, шөп, құрғақ балдырлар және т.б.) жағу арқылы өрт сақталды, содан кейін отты сақтау үшін қазбалы заттарды: көмір, мұнай, тақтатастарды қолдануға болатыны анықталды. , шымтезек.

Бүгінгі күні энергия адам өмірінің негізгі құрамдас бөлігі болып қала береді. Ол әртүрлі материалдарды жасауға мүмкіндік береді және жаңа технологияларды дамытудың негізгі факторларының бірі болып табылады. Қарапайым сөзбен айтқанда, энергияның әртүрлі түрлерін меңгермей, адам толық өмір сүре алмайды.

Электр энергиясын өндіру.

Электр станцияларының түрлері.

Жылу электр станциясы (ТЭС), қазбалы отынды жағу кезінде бөлінетін жылу энергиясын түрлендіру нәтижесінде электр энергиясын өндіретін электр станциясы. Алғашқы жылу электр станциялары 19 ғасырдың аяғында пайда болып, кеңінен тарады. 20 ғасырдың 70-жылдарының ортасында жылу электр станциялары электр станцияларының негізгі түрі болды.

Жылу электр станцияларында отынның химиялық энергиясы алдымен механикалық энергияға, содан кейін электр энергиясына айналады. Мұндай электр станциясының отыны көмір, шымтезек, газ, сланец, мазут болуы мүмкін.

Жылу электр станциялары болып бөлінеді конденсация(IES), тек электр энергиясын өндіруге арналған және біріктірілген жылу және электр станциялары(ЖЭО), электр энергиясынан басқа, ыстық су және бу түріндегі жылу энергиясын өндіреді. Облыстық маңызы бар ірі КТП-лар мемлекеттік аудандық электр станциялары (СЭС) деп аталады.

Көмірмен жұмыс істейтін ЖЭС-тің қарапайым схемалық диаграммасы суретте көрсетілген. Көмір отын бункеріне 1, ал одан ұсақтау қондырғысына 2 беріледі, ол жерде шаңға айналады. Көмір шаңы бу генераторының (бу қазаны) 3 пешіне түседі, оның ішінде қоректік су деп аталатын химиялық тазартылған су айналатын құбырлар жүйесі бар. Қазанда суды қыздырады, буландырады, нәтижесінде қаныққан бу 400-650 °С температураға дейін жеткізіледі және 3-24 МПа қысыммен бу құбыры арқылы бу турбинасына 4 түседі.Бу параметрлері байланысты. бірліктердің қуаты бойынша.

Жылу конденсациялық электр станцияларының тиімділігі төмен (30-40%), өйткені энергияның көп бөлігі түтін газдары мен конденсатордың салқындатқыш суымен жоғалады. Отын өндіріс орындарына жақын жерде КТҚ салу тиімді. Бұл жағдайда электр энергиясын тұтынушылар станциядан айтарлықтай қашықтықта орналасуы мүмкін.

Біріктірілген жылу және электр станциясыконденсаторлық станциядан бу шығаратын арнайы жылыту турбинасы орнатылғанымен ерекшеленеді. Жылу электр станциясында будың бір бөлігі генераторда 5 электр энергиясын өндіру үшін толығымен турбинада пайдаланылады, содан кейін конденсаторға 6 түседі, ал екіншісі жоғары температура мен қысымға ие, аралық сатыдан алынады. турбина және жылумен қамтамасыз ету үшін пайдаланылады. Конденсат сорғы 7 арқылы деаэратор 8 арқылы, содан кейін беру сорғы 9 арқылы бу генераторына беріледі. Қабылданатын бу мөлшері кәсіпорындардың жылу энергиясына қажеттілігіне байланысты.

Жылу электр станцияларының тиімділігі 60-70% жетеді. Мұндай станциялар әдетте тұтынушылардың - өнеркәсіптік кәсіпорындардың немесе тұрғын аудандардың жанында салынады. Көбінесе олар импорттық отынмен жұмыс істейді.

бар жылу станциялары газ турбинасы(GTPP), бу-газ(PHPP) және дизельдік қондырғылар.

Газ турбиналық электр станциясының жану камерасында газ немесе сұйық отын жағылады; 750-900 ºС температурасы бар жану өнімдері электр генераторын айналдыратын газ турбинасына түседі. Мұндай жылу электр станцияларының ПӘК әдетте 26-28%, қуаты - бірнеше жүз МВт-қа дейін . GTPP әдетте электр жүктемелерінің шыңдарын жабу үшін қолданылады. PGES тиімділігі 42 - 43% жетуі мүмкін.

Ең үнемді ірі жылу бу турбиналы электр станциялары (қысқартылған ЖЭС). Еліміздегі жылу электр станцияларының көпшілігі отын ретінде көмір шаңын пайдаланады. 1 кВт/сағ электр энергиясын өндіру үшін бірнеше жүз грамм көмір жұмсалады. Бу қазандығында отын бөлетін энергияның 90%-дан астамы буға беріледі. Турбинада бу ағындарының кинетикалық энергиясы роторға беріледі. Турбина білігі генератор білігіне қатты қосылған.

Жылу электр станцияларына арналған заманауи бу турбиналары өте жетілдірілген, жоғары жылдамдықты, ұзақ қызмет ету мерзімі бар жоғары үнемді машиналар. Олардың қуаты бір білікті нұсқада 1 миллион 200 мың кВт-қа жетеді және бұл шек емес. Мұндай машиналар әрқашан көп сатылы, яғни оларда әдетте жұмыс қалақтары бар бірнеше ондаған дискілер және әр дискінің алдында бірдей санда бу ағыны өтетін саптамалар топтары болады. Будың қысымы мен температурасы бірте-бірте төмендейді.

Физика курсынан жылу машиналарының ПӘК жұмыс сұйықтығының бастапқы температурасының жоғарылауымен жоғарылайтыны белгілі. Сондықтан турбинаға түсетін бу жоғары параметрлерге жеткізіледі: температура - дерлік 550 ° C және қысым - 25 МПа дейін. Жылу электр станцияларының тиімділігі 40%-ға жетеді. Энергияның көп бөлігі ыстық бумен бірге жоғалады.

Су электр станциясы (су электр станциясы), су ағынының энергиясы электр энергиясына айналатын құрылыстар мен жабдықтар кешені. Су электр станциясы тізбекті тізбектен тұрады гидротехникалық құрылыстар,су ағынының қажетті концентрациясын қамтамасыз ету және қысым жасау және қысыммен қозғалатын судың энергиясын механикалық айналу энергиясына түрлендіретін, ол өз кезегінде электр энергиясына айналатын энергетикалық жабдық.

Су электр станциясының қысымы бөгет пайдаланатын аумақта өзеннің құлдырауының шоғырлануымен жасалады немесе туынды,немесе бөгет пен бұру бірге. Су электр станциясының негізгі энергетикалық жабдығы су электр станциясының ғимаратында орналасқан: электр станциясының турбиналық бөлмесінде - гидравликалық қондырғылар,қосалқы жабдықтар, автоматты басқару және бақылау құрылғылары; орталық басқару бекетінде – оператор-диспетчерлік пульт немесе су электр станциясының автооператоры.Көбеюде трансформаторлық қосалқы станцияОл су электр станциясы ғимаратының ішінде де, жекелеген ғимараттарда да немесе ашық жерлерде де орналасады. Коммутаторларжиі ашық жерде орналасады. Су электр станциясының ғимаратын ғимараттың іргелес бөліктерінен бөлінген бір немесе бірнеше агрегаттары және қосалқы жабдықтары бар секцияларға бөлуге болады. Су электр станциясының ғимаратында немесе оның ішінде әр түрлі жабдықтарды құрастыру және жөндеу үшін және су электр станциясына техникалық қызмет көрсету бойынша қосалқы жұмыстарды орындау үшін монтаж алаңы жасалады.

Орнатылған қуатқа сәйкес (д МВт)су электр станцияларын ажыратады күшті(250-ден астам), орташа(25-ке дейін) және кішкентай(5-ке дейін). Су электр станциясының қуаты қысымға (жоғары және төменгі ағынның деңгейлерінің айырмашылығы ), гидравликалық турбиналарда қолданылатын су ағыны және гидравликалық қондырғының ПӘК. Бірқатар себептерге байланысты (мысалы, су қоймаларындағы су деңгейінің маусымдық өзгеруіне, энергетикалық жүйе жүктемесінің ауытқуына, гидроагрегаттарды немесе гидротехникалық құрылыстарды жөндеуге және т.б. байланысты) судың қысымы мен ағыны үздіксіз өзгереді. , және, сонымен қатар, су электр станциясының қуатын реттеу кезінде ағын өзгереді. Су электр станциясының жұмысының жылдық, апталық және тәуліктік циклдері бар.

Пайдаланылатын максималды қысым бойынша су электр станциялары бөлінеді жоғары қысым(60-тан астам м), орташа қысым(25-тен 60-қа дейін м)Және төмен қысымды(3-тен 25-ке дейін м).Жазық өзендерде қысым сирек 100-ден асады м,таулы жағдайларда бөгет 300-ге дейін қысым жасай алады мжәне одан да көп, ал туынды көмегімен – 1500-ге дейін м.Су электр станцияларын қолданылатын қысым бойынша бөлу шамамен, шартты сипатта болады.

Су ресурстарын пайдалану және қысым концентрациясы бойынша су электр станциялары әдетте екіге бөлінеді арна , бөгет , қысыммен және қысымсыз бұрумен, аралас, айдалатын қоймаЖәне толқын .

Өзендік және бөгеттік су электр станцияларында су қысымы өзенді бөгеп, жоғарғы бассейндегі су деңгейін көтеретін бөгет арқылы жасалады. Бұл ретте өзен аңғарының біршама су басуы сөзсіз. Өзендік және бөгеттік су электр стансалары жазық таулы өзендерде де, таулы өзендерде де, тар қысылған аңғарларда да салынады. Өзен су электр станциялары 30-40 қысыммен сипатталады. м.

Жоғары қысымда судың гидростатикалық қысымын ГЭС ғимаратына беру дұрыс емес болып шықты. Бұл жағдайда түрі пайдаланылады бөгетҚысым фронты бүкіл ұзындығы бойымен бөгетпен жабылған, ал су электр станциясының ғимараты бөгеттің артында орналасқан су электр станциясы құйрық суына іргелес орналасқан.

Орналасудың басқа түрі бөгеттелгенСу электр станциясы өзен ағындары салыстырмалы түрде төмен тау жағдайларына сәйкес келеді.

ҒЫЛЫМНЫҢ ТҮРЛІ САЛАЛАРЫНДА ЭЛЕКТР ЭНЕРГИЯСЫН ПАЙДАЛАНУ
ЖӘНЕ ЭЛЕКТР ЭНЕРГИЯСЫНЫҢ ӨМІРДЕ ПАЙДАЛАНУЫНДАҒЫ ҒЫЛЫМНЫҢ ӘСЕРІ

ХХ ғасыр ғылымның қоғам өмірінің барлық салаларына: экономикаға, саясатқа, мәдениетке, білімге, т.б. Әрине, ғылым энергетиканың дамуына және электр энергиясын қолдану аясына тікелей әсер етеді. Бір жағынан, ғылым электр энергиясын қолдану аясын кеңейтуге және сол арқылы оны тұтынуды арттыруға ықпал етеді, бірақ екінші жағынан, жаңартылмайтын энергия ресурстарын шектеусіз пайдалану болашақ ұрпаққа қауіп төндіретін дәуірде, өзекті мәселе. ғылымның міндеттері энергия үнемдейтін технологияларды жасау және оларды өмірге енгізу.

Осы сұрақтарды нақты мысалдар арқылы қарастырайық. Дамыған елдердің ЖІӨ (жалпы ішкі өнім) өсімінің 80%-ға жуығы техникалық инновациялар есебінен қол жеткізіледі, оның негізгі бөлігі электр энергиясын пайдалануға байланысты. Өнеркәсіптегі, ауыл шаруашылығы мен күнделікті өмірдегі барлық жаңалық ғылымның әртүрлі салаларындағы жаңа жетістіктердің арқасында бізге келеді.

Көптеген ғылыми әзірлемелер теориялық есептеулерден басталады. Бірақ егер 19 ғасырда бұл есептеулер қалам мен қағаздың көмегімен жасалса, ҒТР (ғылыми-техникалық революция) дәуірінде барлық теориялық есептеулер, ғылыми деректерді іріктеу және талдау, тіпті әдеби шығармаларды лингвистикалық талдау компьютердің көмегімен жүзеге асырылады. (электронды компьютерлер), электр энергиясымен жұмыс істейді, оны қашықтыққа беруге және оны пайдалануға ең қолайлы. Бірақ бастапқыда компьютерлер ғылыми есептеулер үшін пайдаланылса, қазір компьютерлер ғылымнан өмірге келді.

Қазір олар адам қызметінің барлық салаларында: ақпаратты жазу және сақтау, мұрағат құру, мәтіндерді дайындау және өңдеу, сызу және графикалық жұмыстарды орындау, өндіріс пен ауыл шаруашылығын автоматтандыру үшін қолданылады. Өндірісті электронизациялау және автоматтандыру дамыған елдердің экономикасындағы «екінші өнеркәсіптік» немесе «микроэлектрондық» революцияның ең маңызды салдары болып табылады. Күрделі автоматиканың дамуы микроэлектроникамен тікелей байланысты, оның сапалы жаңа кезеңі 1971 жылы микропроцессор – олардың жұмысын басқару үшін әртүрлі құрылғыларға енгізілген микроэлектрондық логикалық құрылғы ойлап табылғаннан кейін басталды.

Микропроцессорлар робототехниканың өсуін жылдамдатты. Қазіргі уақытта қолданылатын роботтардың көпшілігі бірінші ұрпақ деп аталатындарға жатады және дәнекерлеу, кесу, престеу, жабу және т.б. Оларды алмастыратын екінші буын роботтары қоршаған ортаны танитын құрылғылармен жабдықталған. Үшінші буынның «ақылды» роботтары «көреді», «сезеді» және «естиді». Ғалымдар мен инженерлер атом энергетикасын, ғарышты игеруді, көлікті, сауданы, қоймаларды, медициналық көмекті, қалдықтарды өңдеуді және мұхит түбінің байлығын игеруді роботтарды қолданудың ең басым бағыттарының қатарына жатқызады. Роботтардың көпшілігі электр энергиясымен жұмыс істейді, бірақ роботтардың электр энергиясын тұтынуының артуы неғұрлым ұтымды әдістер мен жаңа энергия үнемдейтін технологиялық процестерді енгізу есебінен энергияны көп қажет ететін көптеген өндірістік процестерде энергия шығындарының төмендеуімен өтеледі.

Бірақ ғылымға қайта оралайық. Компьютерлік есептеулерден кейінгі барлық жаңа теориялық әзірлемелер эксперименталды түрде тексеріледі. Және, әдетте, бұл кезеңде зерттеу физикалық өлшемдерді, химиялық талдауларды және т.б. Мұнда ғылыми зерттеу құралдары сан алуан – көптеген өлшеу құралдары, үдеткіштер, электронды микроскоптар, магнитті-резонансты томографиялық сканерлер және т.б. Эксперименттік ғылымның бұл құралдарының негізгі бөлігі электр энергиясымен жұмыс істейді.

Бірақ ғылым электр энергиясын өзінің теориялық және тәжірибелік өрістерінде қолданып қана қоймайды, электр энергиясын қабылдау және берумен байланысты физиканың дәстүрлі саласында ғылыми идеялар үнемі пайда болады. Ғалымдар, мысалы, айналмалы бөлшектері жоқ электр генераторларын жасауға тырысуда. Кәдімгі электр қозғалтқыштарында «магниттік күш» пайда болуы үшін роторға тұрақты ток берілуі керек. Электр тогын «ротор ретінде жұмыс істейтін» электромагнитке (оның айналу жылдамдығы минутына үш мың айналымға жетеді) бір-біріне үйкелетін және оңай тозатын өткізгіш көміртекті щеткалар мен сақиналар арқылы беру керек. Физиктер роторды ыстық газдар ағынымен, бос электрондар мен иондар көп болатын плазмалық ағынмен ауыстыру идеясын ұсынды. Егер сіз күшті магниттің полюстерінің арасында осындай ағын өткізсеңіз, онда электромагниттік индукция заңына сәйкес онда электр тогы пайда болады - ақыр соңында ағын қозғалады. Электродтар, оның көмегімен токты ыстық ағыннан алып тастау керек, әдеттегі электр қондырғыларының көміртекті щеткаларынан айырмашылығы, стационарлық болуы мүмкін. Электр машинасының жаңа түрі магнитогидродинамикалық генератор деп аталады.

ХХ ғасырдың ортасында ғалымдар отын ұяшығы деп аталатын түпнұсқа электрохимиялық генераторды жасады. Отын ұяшығының электродтық тақталарына екі газ беріледі - сутегі және оттегі. Платина электродтарында газдар сыртқы электр тізбегіне электрондарды береді, иондарға айналады және біріктірілгенде суға айналады. Электр қуаты да, су да газ отынынан алынады. Ұзақ қашықтыққа саяхаттау үшін ыңғайлы, тыныш және таза қуат көзі, мысалы, отын ұяшықтарының екеуі де ерекше қажет болатын кеңістік.

Жақында кең тараған электр энергиясын өндірудің тағы бір өзіндік тәсілі - фотоэлектрлік қондырғыларды (күн батареяларын) пайдалана отырып, күн энергиясын «тікелей» электр энергиясына айналдыру. «Күн үйлері», «күн жылыжайлары», «күн фермаларының» пайда болуы солармен байланысты. Мұндай күн панельдері ғарышта ғарыш кемелері мен станцияларды электр қуатымен қамтамасыз ету үшін де қолданылады.

Байланыс және байланыс саласындағы ғылым өте қарқынды дамып келеді. Спутниктік байланыс енді тек халықаралық байланыс құралы ретінде ғана емес, күнделікті өмірде де қолданыла бастады – спутниктік антенналар қаламызда сирек емес. Талшықты технология сияқты жаңа байланыс құралдары сигналдарды ұзақ қашықтыққа жіберу процесінде энергияның жоғалуын айтарлықтай азайта алады.

Ғылым басқару саласын да айналып өткен жоқ. Ғылыми-техникалық прогресс дамып, адам қызметінің өндірістік және өндірістік емес салалары кеңейген сайын олардың тиімділігін арттыруда менеджмент барған сайын маңызды рөл атқара бастайды. Соңғы уақытқа дейін тәжірибе мен интуицияға негізделген өнер түрінен менеджмент бүгінде ғылымға айналды. Басқару, ақпаратты қабылдау, сақтау, беру және өңдеудің жалпы заңдылықтары туралы ғылым кибернетика деп аталады. Бұл термин гректің «штурман», «штурман» деген сөздерінен шыққан. Ол ежелгі грек философтарының еңбектерінде кездеседі. Алайда оның қайта тууы 1948 жылы американдық ғалым Норберт Винердің «Кибернетика» кітабы жарық көргеннен кейін болды.

«Кибернетикалық» революцияның басталуына дейін тек қағаз информатика болды, оны қабылдаудың негізгі құралы адам миы болды және электр қуатын пайдаланбайтын. «Кибернетикалық» революция түбегейлі басқаша – машиналық информатиканы дүниеге әкелді, ол энергия көзі электр энергиясы болып табылатын ақпараттың орасан зор ағынына сәйкес келеді. Ақпаратты алудың, оны жинақтаудың, өңдеудің және берудің мүлде жаңа құралдары құрылды, олар бірігіп күрделі ақпараттық құрылымды құрайды. Оның құрамына автоматтандырылған басқару жүйелері (автоматтандырылған басқару жүйелері), ақпараттық деректер банктері, автоматтандырылған ақпараттық деректер базалары, есептеу орталықтары, бейне терминалдар, көшіру және фототелеграф машиналары, ұлттық ақпараттық жүйелер, спутниктік және жоғары жылдамдықты талшықты-оптикалық байланыс жүйелері кіреді - мұның бәрі шексіз кеңейтілді. электр энергиясын пайдалану көлемі.

Көптеген ғалымдар бұл жағдайда индустриялық типтегі қоғамның дәстүрлі ұйымын алмастыратын жаңа «ақпараттық» өркениет туралы айтып отырмыз деп санайды. Бұл мамандандыру келесі маңызды белгілермен сипатталады:

· ақпараттық технологияларды материалдық және материалдық емес өндірісте, ғылым, білім, денсаулық сақтау және т.б. салаларда кеңінен қолдану;

· әртүрлі деректер банктерінің кең желісінің болуы, оның ішінде жалпыға қолжетімді;

· ақпаратты экономикалық, ұлттық және тұлғалық дамудың маңызды факторларының біріне айналдыру;

· қоғамдағы ақпараттың еркін айналымы.

Индустриалды қоғамнан «ақпараттық өркениетке» мұндай көшу негізінен энергетиканың дамуы және энергияның тасымалдау мен пайдалану үшін қолайлы түрі – электр энергиясын берудің арқасында мүмкін болды.

ӨНДІРУДЕГІ ЭЛЕКТР ЭНЕРГИЯСЫ

Қазіргі қоғамды өндірістік қызметті электрлендірусіз елестету мүмкін емес. 80-жылдардың аяғында дүние жүзіндегі барлық энергия тұтынудың 1/3-тен астамы электр энергиясы түрінде жүзеге асырылды. Келесі ғасырдың басына қарай бұл үлес 1/2-ге дейін артуы мүмкін. Электр энергиясын тұтынудың бұл өсуі, ең алдымен, өнеркәсіпте оны тұтынудың өсуімен байланысты. Өнеркәсіптік кәсіпорындардың негізгі бөлігі электр энергиясымен жұмыс істейді. Электр энергиясын жоғары тұтыну металлургия, алюминий және машина жасау сияқты энергияны көп қажет ететін салаларға тән.

Бұл осы энергияны тиімді пайдалану мәселесін көтереді. Электр энергиясын өндірушіден тұтынушыға дейін ұзақ қашықтыққа бергенде, электр беру желісі бойынша жылу шығындары токтың квадратына пропорционалды түрде артады, яғни. егер ток екі есе өссе, онда жылу шығыны 4 есе артады. Сондықтан желілердегі ток аз болғаны жөн. Ол үшін электр беру желісіндегі кернеу көтеріледі. Электр тогы кернеуі жүздеген мың вольтқа жететін желілер арқылы беріледі. Электр беру желілерінен энергия алатын қалалардың жанында бұл кернеу төмендеткіш трансформатордың көмегімен бірнеше мың вольтқа дейін көтеріледі. Қаланың өзінде қосалқы станцияларда кернеу 220 вольтқа дейін төмендейді.

Біздің еліміз үлкен аумақты алып жатыр, шамамен 12 сағаттық белдеу. Бұл кейбір аймақтарда электр қуатын тұтыну барынша жоғары болса, басқаларында жұмыс күні аяқталып, тұтыну азайып келеді деген сөз. Электр станциялары өндіретін электр энергиясын ұтымды пайдалану үшін олар жекелеген аймақтардың электр энергетикалық жүйелеріне біріктірілген: Еуропалық бөлік, Сібір, Орал, Қиыр Шығыс және т.б. Бұл біріктіру жұмысты үйлестіру арқылы электр энергиясын тиімдірек пайдалануға мүмкіндік береді. жеке электр станцияларының. Қазір әртүрлі энергетикалық жүйелер Ресейдің біртұтас энергетикалық жүйесіне біріктірілген.

Тиімді пайдаланудың келесі мүмкіндігі – энергия үнемдейтін технологиялар мен электр энергиясының ең аз мөлшерін тұтынатын заманауи жабдықты пайдалана отырып, энергия тұтынуды азайту. Бұған мысал болат өндіру болар еді. Егер 60-жылдары болат балқытудың негізгі әдісі мартен әдісі (барлық балқытудың 72%) болса, 90-шы жылдары бұл балқыту технологиясы тиімдірек әдістермен: оттегі-конвертерлік және электр пешімен болат балқытумен ауыстырылды.

ӘДЕБИЕТ:

1. Колтун М. Физика әлемі: Ғылыми және көркем әдебиет. - М.: Дет. лит., 1984.- 271 б.

2. Максаковский В.П. Дүние жүзінің географиялық суреті. 1-бөлім. Дүниенің жалпы сипаттамасы. - Ярославль: Верх.-Волж. кітап баспасы, 1995.- 320 б.

3. Эллион Л., Уилконс У. Физика. - М.: Наука, 1967.- 808 б.

4. Жас физиктің энциклопедиялық сөздігі / Құраст. В.А. Чуянов. - М.: Педагогика, 1984.- 352 б.

Біздің заманымызда энергия өндіру мен тұтыну деңгейі қоғамның өндірістік күштерінің дамуының маңызды көрсеткіштерінің бірі болып табылады. Мұнда жетекші рөлді электр энергиясы - энергияның ең әмбебап және ыңғайлы түрі атқарады. Егер әлемде энергия тұтыну шамамен 25 жылда екі есе өссе, онда электр энергиясын тұтынудың 2 есе өсуі 10 жылда орта есеппен болады. Бұл энергияны көп тұтынатын процестердің электр энергиясына айналуын білдіреді.

Электр энергиясын өндіру. Электр энергиясы негізінен электромеханикалық индукциялық генераторлардың көмегімен ірі және шағын электр станцияларында өндіріледі. Электр станцияларының екі негізгі түрі бар: жылу және су электр станциялары. Бұл электр станциялары генератор роторларын айналдыратын қозғалтқыштармен ерекшеленеді.

Жылу электр станцияларында энергия көзі отын болып табылады: көмір, газ, мұнай, мазут, сланец. Электр генераторларының роторлары бу және газ турбиналары немесе іштен жанатын қозғалтқыштар арқылы қозғалады. Ең үнемділері ірі жылу бу турбиналы электр станциялары (қысқартылған ЖЭС). Еліміздегі жылу электр станцияларының көпшілігі отын ретінде көмір шаңын пайдаланады. 1 кВт өндіру үшін. сағат электр энергиясы, бірнеше жүз грамм көмір жұмсалады. Бу қазандығында отын бөлетін энергияның 90%-дан астамы буға беріледі. Турбинада бу ағындарының кинетикалық энергиясы роторға беріледі. Турбина білігі генератор білігіне қатты қосылған. Бу турбогенераторлары өте жылдам: ротордың жылдамдығы минутына бірнеше мың.

10-сыныптың физика курсынан жылу машиналарының ПӘК қыздырғыштың температурасы және сәйкесінше жұмыс сұйықтығының (бу, газ) бастапқы температурасының жоғарылауымен жоғарылайтыны белгілі. Сондықтан турбинаға түсетін бу жоғары параметрлерге жеткізіледі: температура - дерлік 550 ° C және қысым - 25 МПа дейін. Жылу электр станцияларының тиімділігі 40%-ға жетеді. Энергияның көп бөлігі ыстық бумен бірге жоғалады.

Жылу электр станциялары – құрама жылу электр станциялары (ЖЭО) деп аталатындар – өнеркәсіптік кәсіпорындарда және тұрмыстық қажеттіліктерге (жылу және ыстық сумен қамтамасыз ету үшін) қалдық бу энергиясының айтарлықтай бөлігін пайдалануға мүмкіндік береді. Соның нәтижесінде жылу электр орталығының ПӘК 60-70 пайызға жетеді. Қазіргі уақытта Ресейде жылу электр станциялары барлық электр энергиясының шамамен 40% қамтамасыз етеді және жүздеген қалаларды электр және жылумен қамтамасыз етеді.

Су электр станциялары (СЭС) генератор роторларын айналдыру үшін судың потенциалдық энергиясын пайдаланады. Электр генераторларының роторлары гидравликалық турбиналар арқылы қозғалады. Мұндай станцияның қуаты бөгет (қысым) жасаған су деңгейлерінің айырмашылығына және турбина арқылы секунд сайын өтетін су массасына (су ағынына) байланысты.

Атом электр станциялары (АЭС) энергетика саласында маңызды рөл атқарады. Қазіргі уақытта Ресейдегі атом электр станциялары электр энергиясының шамамен 10% қамтамасыз етеді.

Электр станцияларының негізгі түрлері

Жылу электр станциялары тез және арзан салынады, бірақ қоршаған ортаға зиянды қалдықтар көп және энергия ресурстарының табиғи қоры шектеулі.

Су электр станцияларының құрылысы ұзаққа созылады және қымбатырақ; электр энергиясының құны минималды, бірақ құнарлы жерлер су астында қалып, белгілі бір жерлерде ғана құрылыс жүргізуге болады.

Атом электр станцияларының құрылысы ұзаққа созылады және қымбатқа түседі, бірақ электр энергиясы ЖЭС-ке қарағанда арзан, қоршаған ортаға тигізетін зиянды әсері айтарлықтай емес (дұрыс пайдаланылса), радиоактивті қалдықтарды кәдеге жаратуды талап етеді.

Электр энергиясын пайдалану

Электр энергиясының негізгі тұтынушысы өнеркәсіп болып табылады, оның үлесіне өндірілген электр энергиясының шамамен 70% келеді. Көлік те негізгі тұтынушы болып табылады. Көптеген темір жол желілері электр тартқышқа ауыстырылуда. Барлық дерлік ауылдар мен ауылдар өндірістік және тұрмыстық қажеттіліктер үшін электр станцияларынан электр энергиясын алады. Үйлерді жарықтандыру үшін және тұрмыстық электр құрылғыларында электр энергиясын пайдалану туралы бәрі біледі.

Қолданылатын электр энергиясының көп бөлігі қазір механикалық энергияға айналады. Өнеркәсіптегі барлық дерлік машиналар электр қозғалтқыштарымен қозғалады. Олар ыңғайлы, жинақы және өндірісті автоматтандыруға мүмкіндік береді.

Өнеркәсіпте тұтынылатын электр энергиясының үштен біріне жуығы технологиялық мақсаттарға (электр дәнекерлеу, электрмен қыздыру және металдарды балқыту, электролиз және т.б.) пайдаланылады.

Қазіргі заманғы өркениетті электр қуатын кеңінен қолданбай елестету мүмкін емес. Апат болған жағдайда үлкен қалаға, тіпті шағын ауылдарға да электр жарығын берудің тоқтап қалуы олардың өмірін тығырыққа тірейді.

Электр энергиясын беру

Электр энергиясын тұтынушылар барлық жерде. Ол отын және су көздеріне жақын жерлерде салыстырмалы түрде аз өндіріледі. Электр энергиясын үлкен көлемде үнемдеу мүмкін емес. Оны алғаннан кейін бірден тұтыну керек. Сондықтан электр энергиясын ұзақ қашықтыққа тасымалдау қажеттілігі туындайды.

Электр энергиясын беру айтарлықтай шығындармен байланысты, өйткені электр тогы электр желілерінің сымдарын қыздырады. Джоуль-Ленц заңына сәйкес желілік сымдарды жылытуға жұмсалатын энергия Q = I2Rt формуласымен анықталады, мұндағы R - желінің кедергісі.

Егер желі ұзындығы өте ұзын болса, энергияны беру экономикалық тұрғыдан тиімсіз болуы мүмкін. R сызығының кедергісін айтарлықтай төмендету іс жүзінде өте қиын. Сіз токты азайтуыңыз керек.

Сондықтан үлкен электр станцияларында күшейткіш трансформаторлар орнатылады. Трансформатор токты азайтқанда желідегі кернеуді де сонша есе арттырады.

Электр беру желісі неғұрлым ұзағырақ болса, соғұрлым жоғары кернеуді пайдалану тиімдірек болады. Осылайша, Волжская ГЭС - Мәскеу және кейбір басқалар жоғары вольтты электр беру желісінде 500 кВ кернеу қолданылады. Сонымен қатар, айнымалы ток генераторлары 16-20 кВ-тан аспайтын кернеуге орнатылады. Жоғары кернеулер генераторлардың орамдарын және басқа бөліктерін оқшаулау үшін күрделі арнайы шараларды қажет етеді.

Станоктардың электр жетек қозғалтқыштарында, жарықтандыру желісінде және басқа мақсаттарда электр энергиясын тікелей пайдалану үшін желінің ұштарындағы кернеуді азайту керек. Бұған төмендеткіш трансформаторлар арқылы қол жеткізіледі. Энергияның берілуі мен оның таралуының жалпы диаграммасы суретте көрсетілген.

Әдетте, кернеудің төмендеуі және сәйкесінше токтың ұлғаюы бірнеше кезеңде жүзеге асырылады. Әр кезеңде кернеу азайып, электр желісімен қамтылған аумақ кеңейеді.

Кернеу өте жоғары болса, сымдар арасында разряд басталуы мүмкін, бұл энергияның жоғалуына әкеледі. Айнымалы кернеудің рұқсат етілген амплитудасы сымның берілген көлденең қимасы үшін разрядтан болатын энергия шығындары шамалы болатындай болуы керек.

Еліміздің бірқатар аймақтарындағы электр станциялары тұтынушылар қосылған ортақ электр желісін құра отырып, жоғары вольтты электр желілерімен қосылған. Электр желісі деп аталатын бұл комбинация таңертең және кешке энергия тұтынудың ең жоғары жүктемелерін тегістеуге мүмкіндік береді. Энергетикалық жүйе тұтынушыларды олардың орналасқан жеріне қарамастан үздіксіз энергиямен қамтамасыз етеді. Қазір еліміздің бүкіл аумағы дерлік біріктірілген энергетикалық жүйелер арқылы электр энергиясымен қамтамасыз етілген. Елдің еуропалық бөлігінің Бірыңғай энергетикалық жүйесі жұмыс істейді.

Қазіргі уақытта әлемде электр энергиясын өндіру үлкен рөл атқарады. Ол кез келген елдің мемлекеттік экономикасының өзегі болып табылады. Жыл сайын электр энергиясын өндіру мен пайдалануға және онымен байланысты ғылыми зерттеулерге қыруар қаржы құйылады. Күнделікті өмірде біз үнемі оның әрекетімен бетпе-бет келеміз, сондықтан заманауи адам оны өндіру мен тұтынудың негізгі процестері туралы түсінікке ие болуы керек.

Сіз электр қуатын қалай аласыз?

Электр энергиясы электр энергиясының басқа түрлерінен арнайы құрылғылардың көмегімен өндіріледі. Мысалы, кинетикадан. Осы мақсатта генератор қолданылады - механикалық жұмысты электр энергиясына түрлендіретін құрылғы.

Оны алудың басқа қолданыстағы әдістері, мысалы, фотоэлементтердің немесе күн батареясының көмегімен жарық диапазонынан сәулеленуді түрлендіру. Немесе химиялық реакция арқылы электр энергиясын өндіру. Немесе радиоактивті ыдырау немесе салқындатқыштың әлеуетін пайдалану.

Ол гидравликалық, ядролық, жылулық, күн, жел, геотермиялық және т.б. болуы мүмкін электр станцияларында өндіріледі. Негізінде, олардың барлығы бірдей схема бойынша жұмыс істейді - бастапқы тасымалдаушының энергиясының арқасында белгілі бір құрылғы механикалық (айналу энергиясы) жасайды, ол кейін арнайы генераторға беріледі, онда электр тогы пайда болады.

Электр станцияларының негізгі түрлері

Көптеген елдерде электр энергиясын өндіру және бөлу жылу электр станцияларын - жылу электр станцияларын салу және пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Олардың жұмыс істеуі органикалық отынның мол қорын қажет етеді, оны өндіру шарттары жылдан жылға күрделене түсуде, құны да артып келеді. Жылу электр станцияларында отынның тиімділік коэффициенті тым жоғары емес (40% шегінде), ал қоршаған ортаны ластайтын қалдықтардың мөлшері көп.

Осы факторлардың барлығы осы өндіріс әдісінің болашағын төмендетеді.

Электр энергиясын ең үнемді өндіру су электр станцияларынан (СЭС) алынады. Олардың тиімділігі 93% жетеді, 1 кВт/сағ құны басқа әдістерге қарағанда бес есе арзан. Мұндай станциялардың табиғи энергия көзі іс жүзінде сарқылмайды, жұмысшылар саны аз және оларды басқару оңай. Біздің еліміз осы саланы дамытуда мойындалған көшбасшы болып табылады.

Өкінішке орай, даму қарқыны үлкен қалалар мен магистральдардан қашықтығына, өзендердің маусымдық режиміне және күрделі пайдалану жағдайларына байланысты су электр станцияларының күрделі шығындарымен және ұзақ құрылыс мерзімімен шектеледі.

Сонымен қатар, алып су қоймалары экологиялық жағдайды нашарлатады - олар су қоймаларының айналасындағы құнды жерлерді су басады.

Ядролық энергияны пайдалану

Қазіргі кезде электр энергиясын өндіру, тасымалдау және пайдалануды атом электр станциялары – АЭС жүзеге асырады. Олар термиялық сияқты дерлік бірдей принцип бойынша жасалған.

Олардың басты артықшылығы - қажетті отынның аз мөлшері. Бір келі байытылған уран өнімділігі бойынша 2,5 мың тонна көмірге тең. Сондықтан жақын маңдағы отын ресурстарының болуына қарамастан кез келген аумақта атом электр станцияларын теориялық тұрғыда салуға болады.

Қазіргі уақытта жер шарындағы уранның қоры минералды отыннан әлдеқайда көп, ал апатсыз жұмыс істеген жағдайда атом электр станцияларының қоршаған ортаға тигізетін әсері аз.

Атом электр станцияларының үлкен және елеулі кемшілігі - күтпеген салдары бар қорқынышты апаттың ықтималдығы, сондықтан олардың үздіксіз жұмыс істеуі үшін өте маңызды қауіпсіздік шаралары қажет. Сонымен қатар, атом электр станцияларында электр энергиясын өндіруді реттеу қиын - оларды іске қосу үшін де, толығымен тоқтату үшін де бірнеше апта қажет. Ал қауіпті қалдықтарды қайта өңдеу технологиялары іс жүзінде жоқ.

Электр генераторы дегеніміз не

Электр энергиясын өндіру және тасымалдау электр генераторының арқасында мүмкін болады. Бұл энергияның кез келген түрін (жылулық, механикалық, химиялық) электр энергиясына түрлендіруге арналған құрылғы. Оның жұмыс істеу принципі электромагниттік индукция процесіне негізделген. ЭҚК магнит өрісінде қозғалатын және оның магниттік күш сызықтарын кесіп өтетін өткізгіште индукцияланады. Осылайша, өткізгіш электр энергиясының көзі ретінде қызмет ете алады.

Кез келген генератордың негізін магнит өрісін құрайтын электромагниттер жүйесі және оны кесіп өтетін өткізгіштер құрайды. Барлық айнымалы ток генераторларының көпшілігі айналмалы магнит өрісін қолдануға негізделген. Оның қозғалмайтын бөлігін статор, ал қозғалатын бөлігін ротор деп атайды.

Трансформатор туралы түсінік

Трансформатор – электромагниттік индукцияны қолдану арқылы бір ток жүйесін екіншісіне (екінші реттік) түрлендіруге арналған электромагниттік статикалық құрылғы.

Алғашқы трансформаторларды 1876 жылы П.Н.Яблочков ұсынған. 1885 жылы венгр ғалымдары өнеркәсіптік бір фазалы құрылғыларды жасады. 1889-1891 жж. Үш фазалы трансформатор ойлап табылды.

Ең қарапайым бір фазалы трансформатор болат өзек пен жұп орамалардан тұрады. Олар электр энергиясын тарату және беру үшін пайдаланылады, өйткені электр станцияларының генераторлары оны 6-дан 24 кВт-қа дейінгі кернеулерде шығарады. Оны үлкен мәндерде (110-нан 750 кВт-қа дейін) беру тиімді. Осы мақсатта электр станцияларында күшейткіш трансформаторлар орнатылады.

Электр энергиясы қалай пайдаланылады?

Оның негізгі үлесі өнеркәсіптік кәсіпорындарды электрмен жабдықтауға тиесілі. Өңдеу өнеркәсібі елде өндірілетін барлық электр энергиясының 70% дейін тұтынады. Бұл көрсеткіш климаттық жағдайларға және өнеркәсіптік даму деңгейіне байланысты жекелеген аймақтар үшін айтарлықтай өзгереді.

Шығындардың тағы бір бабы – электр көліктерін жеткізу. Тұрақты токты пайдаланатын қалалық, қалааралық және өнеркәсіптік электр көлік қосалқы станциялары EPS электр желілерінен жұмыс істейді. Айнымалы токты тасымалдау үшін төмендететін қосалқы станциялар қолданылады, олар да электр станцияларының қуатын тұтынады.

Электр энергиясын тұтынудың тағы бір саласы – коммуналдық қызметтер. Мұндағы тұтынушылар кез келген елді мекеннің тұрғын алабындағы ғимараттар. Бұл үйлер мен пәтерлер, әкімшілік ғимараттар, дүкендер, білім, ғылым, мәдениет, денсаулық сақтау, қоғамдық тамақтандыру мекемелері және т.б.

Электр тогы қалай тасымалданады?

Электр энергиясын өндіру, тасымалдау және пайдалану саланың үш тірегі болып табылады. Оның үстіне алынған қуатты тұтынушыларға беру – ең қиын мәселе.

Ол негізінен электр желілері - әуе электр желілері арқылы «саяхаттайды». Кабельдік желілер жиі қолданыла бастағанымен.

Электр энергиясын алып электр станцияларының қуатты қондырғылары өндіреді, ал оның тұтынушылары кең аумақта шашыраңқы салыстырмалы түрде шағын қабылдағыштар болып табылады.

Олардың ұлғаюымен электр станцияларын салудың салыстырмалы шығындары, демек, алынған киловатт-сағат құнының төмендеуіне байланысты электр қуатын шоғырландыру үрдісі бар.

Бірыңғай энергетикалық кешен

Ірі электр станциясын орналастыру шешіміне бірқатар факторлар әсер етеді. Бұл қолда бар ресурстардың түрі мен саны, тасымалдаудың қолжетімділігі, климаттық жағдайлар, біртұтас энергетикалық жүйеге қосылуы және т.б. Көбінесе электр станциялары энергия тұтынудың үлкен орталықтарынан алыс жерде салынады. Оны айтарлықтай қашықтыққа жеткізу тиімділігі кең аумақта біртұтас энергетикалық кешеннің сәтті жұмыс істеуіне әсер етеді.

Электр энергиясын өндіру және беру шығындардың ең аз мөлшерімен болуы керек, оның негізгі себебі сымдарды қыздыру болып табылады, яғни өткізгіштің ішкі энергиясының жоғарылауы. Ұзақ қашықтыққа берілетін қуатты ұстап тұру үшін кернеуді пропорционалды түрде арттыру және сымдардағы токты азайту қажет.

Электр желісі дегеніміз не

Математикалық есептеулер көрсеткендей, сымдардағы жылу жоғалту мөлшері кернеудің квадратына кері пропорционалды. Сондықтан электр тогы ұзақ қашықтыққа электр желілері - жоғары вольтты электр желілері арқылы беріледі. Олардың сымдарының арасындағы кернеу ондаған, кейде жүздеген мың вольтқа жетеді.

Бір-біріне жақын орналасқан электр станциялары электр желілерін қолданатын біртұтас энергетикалық жүйеге біріктірілген. Ресейде электр энергиясын өндіру және оны беру орталықтандырылған энергетикалық желі арқылы жүзеге асырылады, оның құрамына көптеген электр станциялары кіреді. Бірыңғай жүйелік бақылау тұтынушыларды электр энергиясымен тұрақты қамтамасыз етуге кепілдік береді.

Кішкене тарих

Елімізде біртұтас электр желісі қалай қалыптасты? Өткенге көз жүгіртіп көрейік.

1917 жылға дейін Ресейде электр энергиясын өндіру жеткіліксіз қарқынмен жүргізілді. Еліміз дамыған көршілерінен артта қалды, бұл экономика мен қорғаныс қабілетіне кері әсерін тигізді.

Қазан төңкерісінен кейін Ресейді электрлендіру жобасын Г.М.Кржижановский басқарған Ресейді электрлендіру жөніндегі мемлекеттік комиссия (қысқартылған ГОЭЛРО) әзірледі. Онымен 200-ден астам ғалымдар мен инженерлер жұмыс істеді. Бақылауды В.И.Лениннің жеке өзі жүргізді.

1920 жылы 10-15 жылға есептелген «РКФСР электрлендіру жоспары» дайындалды. Оның ішінде бұрынғы энергетикалық жүйені қалпына келтіру және заманауи турбиналар мен қазандықтармен жабдықталған 30 жаңа электр станциясының құрылысы болды. Жоспардың негізгі идеясы – отандық үлкен су энергетикалық ресурстарды пайдалану. Бүкіл халық шаруашылығын электрлендіру және түбегейлі қайта құру көзделді. Еліміздің ауыр өнеркәсібінің өсіп-өркендеуіне баса назар аударылды.

Атақты GOERLO жоспары

1947 жылдан бастап КСРО электр энергиясын өндіруден Еуропада бірінші және дүние жүзінде екінші орынға шықты. ГОЭЛРО жоспарының арқасында бүкіл отандық экономика қысқа мерзімде қалыптасты. Елімізде электр энергиясын өндіру мен тұтыну сапалы жаңа деңгейге көтерілді.

Жоспардың орындалуы бірнеше маңызды факторлардың қосындысының арқасында мүмкін болды: елдің ғылыми кадрларының жоғары деңгейі, Ресейдің революцияға дейінгі кезеңнен сақталған материалдық әлеуеті, саяси және экономикалық биліктің орталықтандырылуы, орыс халқының қабілеттілігі. «төбелерге» сену және жарияланған идеяларды жүзеге асыру.

Жоспар кеңестік орталықтандырылған билік пен басқару жүйесінің тиімділігін дәлелдеді.

Нәтижелерді жоспарлау

1935 жылы қабылданған бағдарлама орындалып, асыра орындалды. Жоспардағы 30 электр станциясының орнына 40 электр станциясы салынып, жоспарда көзделгеннен үш есеге жуық қуаттылық енгізілді. Әрқайсысының қуаты 100 мың кВт болатын 13 электр станциясы салынды. Ресейлік су электр станцияларының жалпы қуаты шамамен 700 000 кВт болды.

Осы жылдары әлемге әйгілі Днепр су электр станциясы сияқты стратегиялық маңызы бар ірі нысандар бой көтерді. Жалпы көрсеткіштер бойынша Бірыңғай Кеңестік Энергетикалық Жүйе Жаңа және Ескі әлемнің ең дамыған елдеріндегі ұқсас жүйелерден асып түсті. Еуропа елдерінде электр энергиясын өндіру сол жылдары КСРО көрсеткіштерінен айтарлықтай артта қалды.

Ауылды дамыту

Егер революцияға дейін Ресейдің ауылдарында электр энергиясы іс жүзінде болмаған болса (ірі жер иелері орнатқан шағын электр станциялары есепке алынбайды), онда ГОЭЛРО жоспарын жүзеге асыру арқылы электр энергиясын пайдаланудың арқасында ауыл шаруашылығы дамуға жаңа серпін алды. . Электр қозғалтқыштары диірмендерде, ағаш кескіштерде, астық тазалайтын машиналарда пайда болып, саланың жаңаруына ықпал етті.

Сонымен қатар, электр энергиясы қала тұрғындары мен ауыл тұрғындарының өміріне мықтап еніп, «қараңғы Ресейді» қараңғылықтан алып тастады.

физикада

«Электр энергиясын өндіру, беру және пайдалану» тақырыбына

11 «А» сынып оқушылары

No85 қалалық білім беру мекемесі

Кэтрин.

Абстрактілі жоспар.

Кіріспе.

1. Электр энергиясын өндіру.

1. электр станцияларының түрлері.

2. баламалы энергия көздері.

2. Электр энергиясын беру.

    трансформаторлар.

3. Электр энергиясын пайдалану.

Кіріспе.

Энергияның пайда болуы бірнеше миллион жыл бұрын, адамдар отты пайдалануды үйренген кезде болды. От оларға жылулық пен нұр берді, шабыт пен оптимизмнің қайнар көзі, жаулар мен жабайы жануарларға қарсы қару, емдік агент, ауыл шаруашылығында көмекші, тағамдық консервант, технологиялық құрал және т.б.

Адамдарға от берген Прометей туралы ғажайып миф Ежелгі Грецияда әлемнің көптеген бөліктерінде отпен жұмыс істеудің, оны шығарудың және сөндірудің, отты сақтаудың және отынды ұтымды пайдаланудың өте күрделі әдістерін игергеннен кейін әлдеқайда кейінірек пайда болды.

Көптеген жылдар бойы өсімдік энергия көздерін (ағаш, бұта, қамыс, шөп, құрғақ балдырлар және т.б.) жағу арқылы өрт сақталды, содан кейін отты сақтау үшін қазбалы заттарды: көмір, мұнай, тақтатастарды қолдануға болатыны анықталды. , шымтезек.

Бүгінгі күні энергия адам өмірінің негізгі құрамдас бөлігі болып қала береді. Ол әртүрлі материалдарды жасауға мүмкіндік береді және жаңа технологияларды дамытудың негізгі факторларының бірі болып табылады. Қарапайым сөзбен айтқанда, энергияның әртүрлі түрлерін меңгермей, адам толық өмір сүре алмайды.

Электр энергиясын өндіру.

Электр станцияларының түрлері.

Жылу электр станциясы (ТЭС), қазбалы отынды жағу кезінде бөлінетін жылу энергиясын түрлендіру нәтижесінде электр энергиясын өндіретін электр станциясы. Алғашқы жылу электр станциялары 19 ғасырдың аяғында пайда болып, кеңінен тарады. 20 ғасырдың 70-жылдарының ортасында жылу электр станциялары электр станцияларының негізгі түрі болды.

Жылу электр станцияларында отынның химиялық энергиясы алдымен механикалық энергияға, содан кейін электр энергиясына айналады. Мұндай электр станциясының отыны көмір, шымтезек, газ, сланец, мазут болуы мүмкін.

Жылу электр станциялары болып бөлінеді конденсация(IES), тек электр энергиясын өндіруге арналған және біріктірілген жылу және электр станциялары(ЖЭО), электр энергиясынан басқа, ыстық су және бу түріндегі жылу энергиясын өндіреді. Облыстық маңызы бар ірі КТП-лар мемлекеттік аудандық электр станциялары (СЭС) деп аталады.

Көмірмен жұмыс істейтін ЖЭС-тің қарапайым схемалық диаграммасы суретте көрсетілген. Көмір отын бункеріне 1, ал одан ұсақтау қондырғысына 2 беріледі, ол жерде шаңға айналады. Көмір шаңы бу генераторының (бу қазаны) 3 пешіне түседі, оның ішінде қоректік су деп аталатын химиялық тазартылған су айналатын құбырлар жүйесі бар. Қазанда суды қыздырады, буландырады, нәтижесінде қаныққан бу 400-650 °С температураға дейін жеткізіледі және 3-24 МПа қысыммен бу құбыры арқылы бу турбинасына 4 түседі.Бу параметрлері байланысты. бірліктердің қуаты бойынша.

Жылу конденсациялық электр станцияларының тиімділігі төмен (30-40%), өйткені энергияның көп бөлігі түтін газдары мен конденсатордың салқындатқыш суымен жоғалады. Отын өндіріс орындарына жақын жерде КТҚ салу тиімді. Бұл жағдайда электр энергиясын тұтынушылар станциядан айтарлықтай қашықтықта орналасуы мүмкін.

Біріктірілген жылу және электр станциясыконденсаторлық станциядан бу шығаратын арнайы жылыту турбинасы орнатылғанымен ерекшеленеді. Жылу электр станциясында будың бір бөлігі генераторда 5 электр энергиясын өндіру үшін толығымен турбинада пайдаланылады, содан кейін конденсаторға 6 түседі, ал екіншісі жоғары температура мен қысымға ие, аралық сатыдан алынады. турбина және жылумен қамтамасыз ету үшін пайдаланылады. Конденсат сорғы 7 арқылы деаэратор 8 арқылы, содан кейін беру сорғы 9 арқылы бу генераторына беріледі. Қабылданатын бу мөлшері кәсіпорындардың жылу энергиясына қажеттілігіне байланысты.

Жылу электр станцияларының тиімділігі 60-70% жетеді. Мұндай станциялар әдетте тұтынушылардың - өнеркәсіптік кәсіпорындардың немесе тұрғын аудандардың жанында салынады. Көбінесе олар импорттық отынмен жұмыс істейді.

бар жылу станциялары газ турбинасы(GTPP), бу-газ(PHPP) және дизельдік қондырғылар.

Газ турбиналық электр станциясының жану камерасында газ немесе сұйық отын жағылады; 750-900 ºС температурасы бар жану өнімдері электр генераторын айналдыратын газ турбинасына түседі. Мұндай жылу электр станцияларының ПӘК әдетте 26-28%, қуаты - бірнеше жүз МВт-қа дейін . GTPP әдетте электр жүктемелерінің шыңдарын жабу үшін қолданылады. PGES тиімділігі 42 - 43% жетуі мүмкін.

Ең үнемді ірі жылу бу турбиналы электр станциялары (қысқартылған ЖЭС). Еліміздегі жылу электр станцияларының көпшілігі отын ретінде көмір шаңын пайдаланады. 1 кВт/сағ электр энергиясын өндіру үшін бірнеше жүз грамм көмір жұмсалады. Бу қазандығында отын бөлетін энергияның 90%-дан астамы буға беріледі. Турбинада бу ағындарының кинетикалық энергиясы роторға беріледі. Турбина білігі генератор білігіне қатты қосылған.

Жылу электр станцияларына арналған заманауи бу турбиналары өте жетілдірілген, жоғары жылдамдықты, ұзақ қызмет ету мерзімі бар жоғары үнемді машиналар. Олардың қуаты бір білікті нұсқада 1 миллион 200 мың кВт-қа жетеді және бұл шек емес. Мұндай машиналар әрқашан көп сатылы, яғни оларда әдетте жұмыс қалақтары бар бірнеше ондаған дискілер және әр дискінің алдында бірдей санда бу ағыны өтетін саптамалар топтары болады. Будың қысымы мен температурасы бірте-бірте төмендейді.

Физика курсынан жылу машиналарының ПӘК жұмыс сұйықтығының бастапқы температурасының жоғарылауымен жоғарылайтыны белгілі. Сондықтан турбинаға түсетін бу жоғары параметрлерге жеткізіледі: температура - дерлік 550 ° C және қысым - 25 МПа дейін. Жылу электр станцияларының тиімділігі 40%-ға жетеді. Энергияның көп бөлігі ыстық бумен бірге жоғалады.

Су электр станциясы (су электр станциясы), су ағынының энергиясы электр энергиясына айналатын құрылыстар мен жабдықтар кешені. Су электр станциясы тізбекті тізбектен тұрады гидротехникалық құрылыстар,су ағынының қажетті концентрациясын қамтамасыз ету және қысым жасау және қысыммен қозғалатын судың энергиясын механикалық айналу энергиясына түрлендіретін, ол өз кезегінде электр энергиясына айналатын энергетикалық жабдық.

Су электр станциясының қысымы бөгет пайдаланатын аумақта өзеннің құлдырауының шоғырлануымен жасалады немесе туынды,немесе бөгет пен бұру бірге. Су электр станциясының негізгі энергетикалық жабдығы су электр станциясының ғимаратында орналасқан: электр станциясының турбиналық бөлмесінде - гидравликалық қондырғылар,қосалқы жабдықтар, автоматты басқару және бақылау құрылғылары; орталық басқару бекетінде – оператор-диспетчерлік пульт немесе су электр станциясының автооператоры.Көбеюде трансформаторлық қосалқы станцияОл су электр станциясы ғимаратының ішінде де, жекелеген ғимараттарда да немесе ашық жерлерде де орналасады. Коммутаторларжиі ашық жерде орналасады. Су электр станциясының ғимаратын ғимараттың іргелес бөліктерінен бөлінген бір немесе бірнеше агрегаттары және қосалқы жабдықтары бар секцияларға бөлуге болады. Су электр станциясының ғимаратында немесе оның ішінде әр түрлі жабдықтарды құрастыру және жөндеу үшін және су электр станциясына техникалық қызмет көрсету бойынша қосалқы жұмыстарды орындау үшін монтаж алаңы жасалады.

Орнатылған қуатқа сәйкес (д МВт)су электр станцияларын ажыратады күшті(250-ден астам), орташа(25-ке дейін) және кішкентай(5-ке дейін). Су электр станциясының қуаты қысымға (жоғары және төменгі ағынның деңгейлерінің айырмашылығы ), гидравликалық турбиналарда қолданылатын су ағыны және гидравликалық қондырғының ПӘК. Бірқатар себептерге байланысты (мысалы, су қоймаларындағы су деңгейінің маусымдық өзгеруіне, энергетикалық жүйе жүктемесінің ауытқуына, гидроагрегаттарды немесе гидротехникалық құрылыстарды жөндеуге және т.б. байланысты) судың қысымы мен ағыны үздіксіз өзгереді. , және, сонымен қатар, су электр станциясының қуатын реттеу кезінде ағын өзгереді. Су электр станциясының жұмысының жылдық, апталық және тәуліктік циклдері бар.

Пайдаланылатын максималды қысым бойынша су электр станциялары бөлінеді жоғары қысым(60-тан астам м), орташа қысым(25-тен 60-қа дейін м)Және төмен қысымды(3-тен 25-ке дейін м).Жазық өзендерде қысым сирек 100-ден асады м,таулы жағдайларда бөгет 300-ге дейін қысым жасай алады мжәне одан да көп, ал туынды көмегімен – 1500-ге дейін м.Су электр станцияларын қолданылатын қысым бойынша бөлу шамамен, шартты сипатта болады.

Су ресурстарын пайдалану және қысым концентрациясы бойынша су электр станциялары әдетте екіге бөлінеді арна , бөгет , қысыммен және қысымсыз бұрумен, аралас, айдалатын қоймаЖәне толқын .

Өзендік және бөгеттік су электр станцияларында су қысымы өзенді бөгеп, жоғарғы бассейндегі су деңгейін көтеретін бөгет арқылы жасалады. Бұл ретте өзен аңғарының біршама су басуы сөзсіз. Өзендік және бөгеттік су электр стансалары жазық таулы өзендерде де, таулы өзендерде де, тар қысылған аңғарларда да салынады. Өзен су электр станциялары 30-40 қысыммен сипатталады. м.

Жоғары қысымда судың гидростатикалық қысымын ГЭС ғимаратына беру дұрыс емес болып шықты. Бұл жағдайда түрі пайдаланылады бөгетҚысым фронты бүкіл ұзындығы бойымен бөгетпен жабылған, ал су электр станциясының ғимараты бөгеттің артында орналасқан су электр станциясы құйрық суына іргелес орналасқан.

Орналасудың басқа түрі бөгеттелгенСу электр станциясы өзен ағындары салыстырмалы түрде төмен тау жағдайларына сәйкес келеді.

IN туындыӨзеннің құйылуының су электр станциясының шоғырлануы бұру арқылы жасалады; өзеннің пайдаланылған учаскесінің басындағы су осы учаскедегі өзеннің орташа еңісінен едәуір аз еңіспен және арнаның иілісі мен бұрылыстарын түзете отырып, өзен арнасынан бұрылады. Ауыстырудың соңы су электр станциясы ғимаратының орналасқан жеріне жеткізіледі. Ағынды сулар өзенге қайтарылады немесе келесі су электр станциясына жіберіледі. Өзеннің беткейі жоғары болған кезде суды бұру тиімді.

Су электр станцияларының арасында ерекше орын алады сорғылы жинақтаушы электр станциялары(PSPP) және толқындық электр станциялары(PES). Сорғылық электр станцияларының құрылысы ең жоғары жүктемелерді жабу үшін қажетті генерациялау қуатын анықтайтын ірі энергетикалық жүйелердегі ең жоғары қуатқа сұраныстың өсуіне байланысты. Сорапты жинақтаушы электр станцияларының энергияны жинақтау қабілеті электр жүйесіндегі бос электр энергиясын белгілі бір уақыт аралығында сорғы режимінде жұмыс істейтін су қоймасынан суды сорып алатын сорғылық жинақтаушы электр станцияларының қондырғыларымен пайдалануына негізделген. жоғарғы сақтау бассейніне. Ең жоғары жүктеме кезеңдерінде жинақталған энергия қуат жүйесіне қайтарылады (жоғарғы бассейндегі су қысымды құбырға түседі және ток генераторы ретінде жұмыс істейтін гидравликалық қондырғыларды айналдырады).

PES теңіз толқындарының энергиясын электр энергиясына айналдырады. Толқынды су электр станцияларының электр қуаты, толқындардың көтерілуінің және ағынының мерзімді сипатына байланысты кейбір ерекшеліктерге байланысты, энергетикалық жүйелерде тек электр станцияларының электр қуатының бұзылуын толтыратын реттеуші электр станцияларының энергиясымен бірге пайдаланылуы мүмкін. күндер немесе айлар ішінде толқынды электр станциялары.

Гидроэнергетикалық ресурстардың отын-энергетикалық ресурстармен салыстырғандағы ең маңызды ерекшелігі олардың үздіксіз жаңартылуы болып табылады. Су электр станциялары үшін отын қажеттілігінің болмауы су электр станциялары өндіретін электр энергиясының төмен құнын анықтайды. Сондықтан, айтарлықтай нақты күрделі салымдарға қарамастан, су электр станцияларын салу 1 кВторнатылған қуаттылық пен ұзақ құрылыс кезеңдері, әсіресе бұл электр энергиясын көп қажет ететін өндірістерді орналастырумен байланысты болған жағдайда үлкен мән берді және берілуде.

Атом электр станциясы (АЭС), атом (ядролық) энергиясы электр энергиясына айналатын электр станциясы. Атом электр станциясындағы энергия генераторы - ядролық реактор. Кейбір ауыр элементтердің ядроларының ыдырауының тізбекті реакциясы нәтижесінде реакторда бөлінетін жылу кейін кәдімгі жылу электр станцияларындағы (ЖЭС) сияқты электр энергиясына айналады. Қазба отынмен жұмыс істейтін жылу электр станцияларынан айырмашылығы, атом электр станциялары жұмыс істейді ядролық отын(233 U, 235 U, 239 Pu негізінде). Әлемдік ядролық отынның энергетикалық ресурстары (уран, плутоний және т.б.) органикалық отынның (мұнай, көмір, табиғи газ және т.б.) табиғи қорларының энергетикалық ресурстарынан айтарлықтай асып түсетіні анықталды. Бұл жанармайдың тез өсіп келе жатқан сұранысын қанағаттандыру үшін кең перспективалар ашады. Сонымен қатар, жылу электр станцияларына байыпты бәсекелеске айналып келе жатқан әлемдік химия өнеркәсібінде технологиялық мақсаттағы көмір мен мұнайды тұтынудың үнемі өсіп келе жатқан көлемін ескеру қажет. Органикалық отынның жаңа кен орындарының ашылуына және оны өндіру әдістерінің жетілдірілуіне қарамастан, әлемде оның өзіндік құнының салыстырмалы түрде өсуі тенденциясы байқалады. Бұл қазбалы отын қоры шектеулі елдер үшін ең қиын жағдай жасайды. Қазірдің өзінде дүние жүзіндегі бірқатар өнеркәсіптік елдердің энергетикалық балансында көрнекті орын алып отырған атом энергетикасын қарқынды дамытудың қажеттілігі айқын.

Сумен салқындатылатын ядролық реакторы бар атом электр станциясының схемалық диаграммасы суретте көрсетілген. 2. Бөлінетін жылу негізгіреактор салқындатқыш,циркуляциялық сорғы арқылы реактор арқылы айдалатын 1-ші контурдағы сумен қабылданады.Реактордан қыздырылған су жылу алмастырғышқа (бу генераторы) түседі. 3, онда ол реакторда алынған жылуды 2-ші контурдың суына береді. 2-ші контурдың суы бу генераторында буланып, бу пайда болады, содан кейін турбинаға түседі. 4.

Көбінесе атом электр станцияларында жылу нейтронды реакторлардың 4 түрі қолданылады:

1) модератор және салқындатқыш ретінде қарапайым суы бар су-су;

2) су салқындатқышы және графит модераторы бар графит-су;

3) су салқындатқышы бар ауыр су және модератор ретінде ауыр су;

4) граффито – газ салқындатқышы және графит модераторы бар газ.

Көбінесе қолданылатын реактор түрін таңдау негізінен тасымалдаушы реакторда жинақталған тәжірибемен, сондай-ақ қажетті өндірістік жабдықтың болуымен, шикізат қорымен және т.б.

Реакторға және оған қызмет көрсету жүйелеріне мыналар жатады: биологиялық қорғанысы бар реактордың өзі , жылу алмастырғыштар, сорғылар немесе салқындатқыш сұйықтықты айналдыратын газ үрлеу қондырғылары, айналым тізбегіне арналған құбырлар мен фитингтер, ядролық отынды қайта тиеуге арналған құрылғылар, арнайы желдету жүйелері, апаттық салқындату жүйелері және т.б.

Атом электр станциясының персоналын радиациялық әсерден қорғау үшін реактор биологиялық экранмен қоршалған, оның негізгі материалдары бетон, су және серпентин құм болып табылады. Реактор тізбегі жабдығы толығымен тығыздалған болуы керек. Салқындату сұйықтығының ықтимал ағу орындарын бақылау жүйесі қарастырылған, тізбектегі ағып кетулер мен үзілістер радиоактивті шығарындыларға және атом электр станциясының үй-жайлары мен оның маңындағы аумақтардың ластануына әкелмеуі үшін шаралар қабылданады. Радиоактивті ауа және аз мөлшердегі салқындату сұйықтығының буы тізбектен ағып кетудің болуына байланысты атом электр станциясының қараусыз қалған бөлмелерінен арнайы желдету жүйесі арқылы шығарылады, онда тазалау сүзгілері және газ бактары болуы ықтималдығын жою үшін қамтамасыз етіледі. ауаның ластануы. АЭС персоналының радиациялық қауіпсіздік ережелерін сақтауын дозиметриялық бақылау қызметі бақылайды.

Биологиялық қорғаныстың, арнайы желдету және апаттық салқындату жүйелерінің және дозиметриялық бақылау қызметінің болуы АЭС-тің жұмыс істейтін персоналын радиоактивті сәулеленудің зиянды әсерінен толық қорғауға мүмкіндік береді.

Электр станцияларының ең заманауи түрі болып табылатын атом электр станцияларының басқа электр станцияларына қарағанда бірқатар маңызды артықшылықтары бар: қалыпты жұмыс жағдайында олар қоршаған ортаны мүлдем ластамайды, шикізат көзіне қосылуды қажет етпейді. материалдар және, тиісінше, кез келген жерде дерлік орналасуы мүмкін. Жаңа энергоблоктардың қуаттылығы орташа су электр станциясының қуатына дерлік тең, бірақ атом электр станциясындағы белгіленген қуатты пайдалану коэффициенті (80%) су электр станциясы немесе жылу электр станциясы үшін бұл көрсеткіштен айтарлықтай асып түседі.

АЭС қалыпты жұмыс жағдайында іс жүзінде айтарлықтай кемшіліктерге ие емес. Дегенмен, ықтимал форс-мажорлық жағдайларда: жер сілкіністері, дауылдар және т.б. кезінде атом электр станцияларының қауіптілігін байқамай қалуға болмайды. Мұнда энергоблоктардың ескі үлгілері реактордың бақылаусыз қызып кетуіне байланысты аумақтардың радиациялық ластану қаупін тудырады.

Альтернативтік энергетикалық ресурстар.

Күн энергиясы.

Соңғы уақытта күн энергиясын пайдалану мәселесіне қызығушылық күрт өсті, өйткені тікелей күн радиациясын пайдалануға негізделген энергияның потенциалдық мүмкіндіктері өте жоғары.

Күн радиациясының ең қарапайым коллекторы - қара түсті металл (әдетте алюминий) қаңылтыр, оның ішінде сұйықтық айналатын құбырлар бар. Коллектор сіңірген күн энергиясымен қыздырылған сұйықтық тікелей пайдалануға беріледі.

Күн энергиясы энергия өндірудің материалды көп қажет ететін түрлерінің бірі болып табылады. Күн энергиясын кең көлемде пайдалану материалдарға, демек, шикізатты өндіруге, оларды байытуға, материалдар алуға, гелиостаттықтарды, коллекторларды, басқа да жабдықтарды жасауға және оларды тасымалдауға арналған еңбек ресурстарына қажеттіліктің орасан зор өсуіне әкеледі.

Әзірге күн сәулесінен алынатын электр энергиясы дәстүрлі әдістермен алынғаннан әлдеқайда қымбат. Ғалымдар тәжірибелік қондырғылар мен станцияларда жүргізетін эксперименттер тек техникалық ғана емес, экономикалық мәселелерді де шешуге көмектеседі деп үміттенеді.

Жел энергиясы.

Қозғалыстағы ауа массаларының энергиясы орасан зор. Жел энергиясының қоры жер шарындағы барлық өзендердегі су энергиясының қорынан жүз еседен асады. Желдер үнемі және жердің барлық жерінде соғады. Климаттық жағдайлар жел энергетикасын кең аумақта дамытуға мүмкіндік береді.

Бірақ бүгінде жел қозғалтқыштары әлемдегі энергия қажеттілігінің мыңнан бір бөлігін ғана қамтамасыз етеді. Сондықтан қалақтардың ең қолайлы профилін таңдауды және оны жел туннельінде зерттеуді білетін ұшақ мамандары кез келген жел электр станциясының жүрегі болып табылатын жел доңғалақтарының конструкцияларын жасауға қатысады. Ғалымдар мен инженерлердің күш-жігерінің арқасында қазіргі заманғы жел қондырғыларының алуан түрлі конструкциялары жасалды.

Жердің энергиясы.

Жер шарының тереңдігінде жасырылған алып энергияның стихиялық көріністері туралы адамдар бұрыннан біледі. Адамзат жадында миллиондаған адам өмірін қиған және жер бетіндегі көптеген жерлердің келбетін адам танымастай өзгерткен алапат жанартау атқылаулары туралы аңыздар сақталған. Тіпті салыстырмалы түрде кішкентай жанартаудың атқылауының күші орасан зор, ол адам қолымен жасалған ең ірі электр станцияларының күшінен бірнеше есе артық. Рас, жанартау атқылауының энергиясын тікелей пайдалану туралы айтудың қажеті жоқ, адамдарда бұл бүлікші элементті тежеу ​​мүмкіндігі әлі жоқ.

Жер энергиясы Исландиядағыдай үй-жайларды жылытуға ғана емес, электр энергиясын өндіруге де жарамды. Ыстық жерасты көздерін пайдаланатын электр станциялары бұрыннан жұмыс істеп келеді. Алғашқы мұндай электр станциясы әлі де өте төмен, 1904 жылы Италияның Лардерелло шағын қаласында салынған. Біртіндеп электр стансасының қуаты артып, жаңа қондырғылар іске қосылып, ыстық судың жаңа көздері пайдаланылып, бүгінде стансаның қуаты 360 мың киловаттқа жеткен.

Электр энергиясын беру.

Трансформаторлар.

Сіз ZIL тоңазытқышын сатып алдыңыз. Сатушы сізге тоңазытқыш 220 В кернеуге арналғанын ескертті. Ал сіздің үйіңізде желі кернеуі 127 В. Үмітсіз жағдай ма? Ештене етпейді. Тек қосымша шығын жасап, трансформатор сатып алу керек.

Трансформатор- кернеуді арттыруға да, азайтуға да мүмкіндік беретін өте қарапайым құрылғы. Айнымалы токты түрлендіру трансформаторлардың көмегімен жүзеге асырылады. Трансформаторларды алғаш рет 1878 жылы орыс ғалымы П.Н.Яблочков өзі ойлап тапқан «электр шамдарын», сол кездегі жаңа жарық көзін қуаттандыру үшін қолданды. П.Н.Яблочковтың идеясын жақсартылған трансформаторларды құрастырған Мәскеу университетінің қызметкері И.Ф.Усагин әзірледі.

Трансформатор жабық темір өзектен тұрады, оның үстіне сым орамдары бар екі (кейде одан да көп) катушкалар орналастырылған (1-сурет). Бастапқы орам деп аталатын орамдардың бірі айнымалы кернеу көзіне қосылған. «Жүктеме» қосылған екінші орам, яғни электр энергиясын тұтынатын аспаптар мен құрылғылар қайталама деп аталады.


Трансформатордың жұмысы электромагниттік индукция құбылысына негізделген. Айнымалы ток бастапқы орам арқылы өткенде, темір өзекте айнымалы магнит ағыны пайда болады, ол әрбір орамдағы индукцияланған ЭҚҚ қоздырады. Сонымен қатар, индукцияланған ЭҚК лездік мәні e ВФарадей заңы бойынша бастапқы немесе қайталама ораманың кез келген бұрылысы мына формуламен анықталады:

e = - Δ F/ Δ т

Егер Ф= Ф 0 сsωt, онда

e = ω Ф 0 күнә ω т , немесе

e = Е 0 күнә ω т ,

Қайда Е 0 = ω Ф 0 - бір айналымдағы ЭҚК амплитудасы.

Бастапқы орамда, ол бар n 1бұрылыстар, жалпы индукцияланған ЭҚК e 1 тең б 1 e.

Екінші реттік орамада жалпы ЭҚК бар. e 2тең p 2 e,Қайда n 2- осы орамның бұрылыстарының саны.

Осыдан шығады

e 1 e 2 = n 1 n 2 . (1)

Қосынды кернеу u 1 , бастапқы орамға қолданылады және ЭҚК e 1 бастапқы орамдағы кернеудің төмендеуіне тең болуы керек:

u 1 + e 1 = мен 1 Р 1 , Қайда Р 1 - орамның белсенді кедергісі, және мен 1 - ондағы ток күші. Бұл теңдеу жалпы теңдеуден тікелей шығады. Әдетте орамның белсенді кедергісі аз және мен 1 Р 1 назардан тыс қалдыруға болады. Сондықтан

u 1 ≈ -e 1 . (2)

Трансформатордың қайталама орамасы ашық болған кезде онда ток жүрмейді және келесі қатынас сақталады:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

ЭҚК лездік мәндерінен бастап e 1 Және e 2 фазаның өзгеруі, содан кейін (1) формуладағы олардың қатынасын тиімді мәндердің қатынасымен ауыстыруға болады Е 1 Және Е 2 осы ЭҚК немесе (2) және (3) теңдіктерін ескере отырып, тиімді кернеу мәндерінің қатынасы U 1 және У 2 .

У 1 2 = Е 1 / Е 2 = n 1 / n 2 = к . (4)

Магнитудасы ктүрлендіру коэффициенті деп аталады. Егер к>1, содан кейін трансформатор төмендейді, қашан к <1 - ұлғайту

Екінші реттік орама тізбегі жабылған кезде оның ішінде ток өтеді. Содан кейін қатынас u 2 ≈ - e 2 енді дәл орындалмайды, сәйкесінше У арасындағы байланыс 1 және У 2 (4) теңдеуіне қарағанда күрделірек болады.

Энергияның сақталу заңы бойынша бірінші реттік тізбектегі қуат екінші реттік контурдағы қуатқа тең болуы керек:

У 1 I 1 = У 2 I 2, (5)

Қайда I 1 Және I 2 - бастапқы және қайталама орамдардағы күштің тиімді мәндері.

Осыдан шығады

У 1 2 = I 1 / I 2 . (6)

Бұл трансформатордың көмегімен кернеуді бірнеше есе арттыру арқылы токты бірдей мөлшерде азайтамыз (және керісінше).

Орамдар мен темір өзекшелердегі жылудың бөлінуіне байланысты сөзсіз энергия шығындарына байланысты (5) және (6) теңдеулер шамамен орындалады. Дегенмен, қазіргі заманғы қуатты трансформаторларда жалпы шығындар 2-3% -дан аспайды.

Күнделікті тәжірибеде трансформаторлармен жиі айналысуға тура келеді. Өнеркәсіптік құрылғылар бір кернеуге есептелген, ал қалалық желі басқасын пайдаланатындықтан, біз ерікті түрде қолданатын трансформаторлардан басқа, бізде автомобиль орауыштарымен де айналысуға тура келеді. Орауыш күшейткіш трансформатор болып табылады. Жұмыс қоспасын тұтандыратын ұшқынды жасау үшін алдымен сөндіргішті пайдаланып аккумулятордың тұрақты тогын айнымалы токқа түрлендіруден кейін автомобиль аккумуляторынан алатын жоғары кернеу қажет. Трансформаторды қыздыруға жұмсалатын энергияның жоғалуына дейін, кернеу жоғарылаған сайын ток азаяды және керісінше екенін түсіну қиын емес.

Дәнекерлеу машиналары төмендететін трансформаторларды қажет етеді. Дәнекерлеу өте жоғары токтарды қажет етеді, ал дәнекерлеу машинасының трансформаторында бір ғана шығыс бұрылысы бар.

Сіз трансформатордың өзегі жұқа болат парақтардан жасалғанын байқаған боларсыз. Бұл кернеуді түрлендіру кезінде энергияны жоғалтпау үшін жасалады. Парақ материалында құйынды токтар қатты материалға қарағанда азырақ рөл атқарады.

Үйде сіз шағын трансформаторлармен айналысасыз. Қуатты трансформаторларға келетін болсақ, олар үлкен құрылымдар. Бұл жағдайларда орамдары бар ядро ​​салқындатқыш маймен толтырылған резервуарға орналастырылады.

Электр энергиясын беру

Электр энергиясын тұтынушылар барлық жерде. Ол отын және су көздеріне жақын жерлерде салыстырмалы түрде аз өндіріледі. Сондықтан кейде жүздеген километрге жететін қашықтыққа электр энергиясын беру қажеттілігі туындайды.

Бірақ ұзақ қашықтыққа электр энергиясын беру айтарлықтай шығындармен байланысты. Өйткені, ток электр желілері арқылы ағып жатқанда, ол оларды қыздырады. Джоуль-Ленц заңына сәйкес желінің сымдарын қыздыруға жұмсалатын энергия формуламен анықталады.

мұндағы R – сызық кедергісі. Үлкен желі ұзындығымен энергияны беру әдетте тиімсіз болуы мүмкін. Шығындарды азайту үшін, әрине, сымдардың көлденең қимасының ауданын ұлғайту арқылы желінің R кедергісін азайту жолымен жүруге болады. Бірақ R-ны, мысалы, 100 есеге азайту үшін сымның массасын да 100 есе арттыру керек. Ауыр сымдарды биік діңгектерге және т.б. бекіту қиындықтарын айтпағанда, қымбат түсті металдың мұндай көп шығынына жол беруге болмайтыны анық.Сондықтан желідегі энергия шығыны басқа жолмен: ток күшін азайту арқылы азаяды. қатарда. Мысалы, токты 10 есе азайту өткізгіштерде бөлінетін жылу мөлшерін 100 есе азайтады, яғни сымды жүз есе ауырлататындай әсерге қол жеткізіледі.

Ток күші ток пен кернеудің көбейтіндісіне пропорционал болғандықтан, берілетін қуатты ұстап тұру үшін электр беру желісіндегі кернеуді арттыру қажет. Оның үстіне, электр беру желісі неғұрлым ұзағырақ болса, соғұрлым жоғары кернеуді пайдалану тиімдірек болады. Мысалы, Волжская ГЭС – Мәскеу жоғары вольтты электр беру желісінде 500 кВ кернеу қолданылады. Сонымен қатар, айнымалы ток генераторлары 16-20 кВ-тан аспайтын кернеулер үшін салынған, өйткені жоғары кернеу орамдарды және генераторлардың басқа бөліктерін оқшаулау үшін күрделірек арнайы шараларды қабылдауды талап етеді.

Сондықтан үлкен электр станцияларында күшейткіш трансформаторлар орнатылады. Трансформатор токты азайтса, желідегі кернеуді бірдей мөлшерде арттырады. Қуат шығыны аз.

Станоктардың электр жетек қозғалтқыштарында, жарықтандыру желісінде және басқа мақсаттарда электр энергиясын тікелей пайдалану үшін желінің ұштарындағы кернеуді азайту керек. Бұған төмендеткіш трансформаторлар арқылы қол жеткізіледі. Сонымен қатар, әдетте кернеудің төмендеуі және сәйкесінше токтың ұлғаюы бірнеше кезеңде орын алады. Әр кезеңде кернеу азайып, электр желісімен қамтылған аумақ кеңейеді. Электр энергиясын беру және бөлу диаграммасы суретте көрсетілген.



Еліміздің бірқатар аймақтарындағы электр станциялары тұтынушылар қосылатын ортақ электр желісін құра отырып, жоғары вольтты электр беру желілерімен біріктірілген. Мұндай бірлестік қуат жүйесі деп аталады. Энергетикалық жүйе тұтынушыларды олардың орналасқан жеріне қарамастан үздіксіз энергиямен қамтамасыз етеді.

Электр энергиясын пайдалану.

Ғылымның әртүрлі салаларында электр қуатын пайдалану.

ХХ ғасыр ғылымның қоғам өмірінің барлық салаларына: экономикаға, саясатқа, мәдениетке, білімге, т.б. Әрине, ғылым энергетиканың дамуына және электр энергиясын қолдану аясына тікелей әсер етеді. Бір жағынан, ғылым электр энергиясын қолдану аясын кеңейтуге және сол арқылы оны тұтынуды арттыруға ықпал етеді, бірақ екінші жағынан, жаңартылмайтын энергия ресурстарын шектеусіз пайдалану болашақ ұрпаққа қауіп төндіретін дәуірде, өзекті мәселе. ғылымның міндеттері энергия үнемдейтін технологияларды жасау және оларды өмірге енгізу.

Осы сұрақтарды нақты мысалдар арқылы қарастырайық. Дамыған елдердің ЖІӨ (жалпы ішкі өнім) өсімінің 80%-ға жуығы техникалық инновациялар есебінен қол жеткізіледі, оның негізгі бөлігі электр энергиясын пайдалануға байланысты. Өнеркәсіптегі, ауыл шаруашылығы мен күнделікті өмірдегі барлық жаңалық ғылымның әртүрлі салаларындағы жаңа жетістіктердің арқасында бізге келеді.

Көптеген ғылыми әзірлемелер теориялық есептеулерден басталады. Бірақ егер 19 ғасырда бұл есептеулер қалам мен қағаздың көмегімен жасалса, ҒТР (ғылыми-техникалық революция) дәуірінде барлық теориялық есептеулер, ғылыми деректерді іріктеу және талдау, тіпті әдеби шығармаларды лингвистикалық талдау компьютердің көмегімен жүзеге асырылады. (электронды компьютерлер), электр энергиясымен жұмыс істейді, оны қашықтыққа беруге және оны пайдалануға ең қолайлы. Бірақ бастапқыда компьютерлер ғылыми есептеулер үшін пайдаланылса, қазір компьютерлер ғылымнан өмірге келді.

Қазір олар адам қызметінің барлық салаларында: ақпаратты жазу және сақтау, мұрағат құру, мәтіндерді дайындау және өңдеу, сызу және графикалық жұмыстарды орындау, өндіріс пен ауыл шаруашылығын автоматтандыру үшін қолданылады. Өндірісті электронизациялау және автоматтандыру дамыған елдердің экономикасындағы «екінші өнеркәсіптік» немесе «микроэлектрондық» революцияның ең маңызды салдары болып табылады. Күрделі автоматиканың дамуы микроэлектроникамен тікелей байланысты, оның сапалы жаңа кезеңі 1971 жылы микропроцессор – олардың жұмысын басқару үшін әртүрлі құрылғыларға енгізілген микроэлектрондық логикалық құрылғы ойлап табылғаннан кейін басталды.

Микропроцессорлар робототехниканың өсуін жылдамдатты. Қазіргі уақытта қолданылатын роботтардың көпшілігі бірінші буынға жатады және дәнекерлеу, кесу, престеу, жабу және т.б. Оларды алмастыратын екінші буын роботтары қоршаған ортаны танитын құрылғылармен жабдықталған. Үшінші буынның «интеллектуалды» роботтары «көреді», «сезеді» және «естиді». Ғалымдар мен инженерлер атом энергетикасын, ғарышты игеруді, көлікті, сауданы, қоймаларды, медициналық көмекті, қалдықтарды өңдеуді және мұхит түбінің байлығын игеруді роботтарды қолданудың ең басым бағыттарының қатарына жатқызады. Роботтардың көпшілігі электр энергиясымен жұмыс істейді, бірақ роботтардың электр энергиясын тұтынуының артуы неғұрлым ұтымды әдістер мен жаңа энергия үнемдейтін технологиялық процестерді енгізу есебінен энергияны көп қажет ететін көптеген өндірістік процестерде энергия шығындарының төмендеуімен өтеледі.

Бірақ ғылымға қайта оралайық. Компьютерлік есептеулерден кейінгі барлық жаңа теориялық әзірлемелер эксперименталды түрде тексеріледі. Және, әдетте, бұл кезеңде зерттеу физикалық өлшемдерді, химиялық талдауларды және т.б. Мұнда ғылыми зерттеу құралдары сан алуан – көптеген өлшеу құралдары, үдеткіштер, электронды микроскоптар, магнитті-резонансты томографиялық сканерлер және т.б. Эксперименттік ғылымның бұл құралдарының негізгі бөлігі электр энергиясымен жұмыс істейді.

Байланыс және байланыс саласындағы ғылым өте қарқынды дамып келеді. Спутниктік байланыс енді тек халықаралық байланыс құралы ретінде ғана емес, күнделікті өмірде де қолданыла бастады – спутниктік антенналар қаламызда сирек емес. Талшықты технология сияқты жаңа байланыс құралдары сигналдарды ұзақ қашықтыққа жіберу процесінде энергияның жоғалуын айтарлықтай азайта алады.

Ғылым басқару саласын да айналып өткен жоқ. Ғылыми-техникалық прогресс дамып, адам қызметінің өндірістік және өндірістік емес салалары кеңейген сайын олардың тиімділігін арттыруда менеджмент барған сайын маңызды рөл атқара бастайды. Соңғы уақытқа дейін тәжірибе мен интуицияға негізделген өнер түрінен менеджмент бүгінде ғылымға айналды. Басқару, ақпаратты қабылдау, сақтау, беру және өңдеудің жалпы заңдылықтары туралы ғылым кибернетика деп аталады. Бұл термин гректің «штурман», «штурман» деген сөздерінен шыққан. Ол ежелгі грек философтарының еңбектерінде кездеседі. Алайда оның қайта тууы 1948 жылы американдық ғалым Норберт Винердің «Кибернетика» кітабы жарық көргеннен кейін болды.

«Кибернетикалық» революцияның басталуына дейін тек қағаз информатика болды, оны қабылдаудың негізгі құралы адам миы болды және электр қуатын пайдаланбайтын. «Кибернетикалық» революция түбегейлі басқаша – машиналық информатиканы дүниеге әкелді, ол ақпараттың орасан зор ағынына сәйкес келеді, оның энергия көзі электр энергиясы болып табылады. Ақпаратты алудың, оны жинақтаудың, өңдеудің және берудің мүлде жаңа құралдары құрылды, олар бірігіп күрделі ақпараттық құрылымды құрайды. Оның құрамына автоматтандырылған басқару жүйелері (автоматтандырылған басқару жүйелері), ақпараттық деректер банктері, автоматтандырылған ақпараттық деректер базалары, есептеу орталықтары, бейне терминалдар, көшіру және фототелеграф машиналары, ұлттық ақпараттық жүйелер, спутниктік және жоғары жылдамдықты талшықты-оптикалық байланыс жүйелері кіреді - мұның бәрі шексіз кеңейтілді. электр энергиясын пайдалану көлемі.

Көптеген ғалымдар бұл жағдайда индустриялық типтегі қоғамның дәстүрлі ұйымын алмастыратын жаңа «ақпараттық» өркениет туралы айтып отырмыз деп санайды. Бұл мамандандыру келесі маңызды белгілермен сипатталады:

· ақпараттық технологияларды материалдық және материалдық емес өндірісте, ғылым, білім, денсаулық сақтау және т.б. салаларда кеңінен қолдану;

· әртүрлі деректер банктерінің кең желісінің болуы, оның ішінде жалпыға қолжетімді;

· ақпаратты экономикалық, ұлттық және тұлғалық дамудың маңызды факторларының біріне айналдыру;

· қоғамдағы ақпараттың еркін айналымы.

Индустриалды қоғамнан «ақпараттық өркениетке» мұндай көшу негізінен энергетиканың дамуы және энергияның тасымалдау мен пайдалану үшін ыңғайлы түрін – электр энергиясын беру есебінен мүмкін болды.

Өндірістегі электр энергиясы.

Қазіргі қоғамды өндірістік қызметті электрлендірусіз елестету мүмкін емес. 80-жылдардың аяғында дүние жүзіндегі барлық энергия тұтынудың 1/3-тен астамы электр энергиясы түрінде жүзеге асырылды. Келесі ғасырдың басына қарай бұл үлес 1/2-ге дейін артуы мүмкін. Электр энергиясын тұтынудың бұл өсуі, ең алдымен, өнеркәсіпте оны тұтынудың өсуімен байланысты. Өнеркәсіптік кәсіпорындардың негізгі бөлігі электр энергиясымен жұмыс істейді. Электр энергиясын жоғары тұтыну металлургия, алюминий және машина жасау сияқты энергияны көп қажет ететін салаларға тән.

Үйдегі электр.

Электр энергиясы күнделікті өмірде маңызды көмекші болып табылады. Біз онымен күн сайын айналысамыз және онсыз өмірімізді елестете алмайтын шығармыз. Сіздің шамдарыңыз соңғы рет сөнгенін, яғни сіздің үйіңізге электр жарығы келмегенін есіңізде сақтаңыз, ештеңе істеуге уақыт жоқ және сізге жарық керек болды, сізге теледидар, шәйнек керек деп ант еткеніңізді есіңізде сақтаңыз. басқа электр құрылғыларының жиынтығы. Ақыр соңында, егер біз қуаттан біржола айырылып қалсақ, біз жай ғана отта пісірілген және суық вигвамдарда өмір сүрген ежелгі дәуірге оралар едік.

Толық өлеңді біздің өміріміздегі электр тоғының маңыздылығына арнауға болады, ол біздің өмірімізде өте маңызды және біз оған соншалықты үйреніп қалдық. Оның үйімізге кіріп келе жатқанын енді байқамай қалсақ та, ол өшірілгенде қатты ыңғайсызданады.

Электр қуатын бағалаңыз!

Библиография.

1. С.В.Громовтың «Физика, 10 сынып» оқулығы. Мәскеу: Ағарту.

2. Жас физиктің энциклопедиялық сөздігі. Құрама. В.А. Чуянов, Мәскеу: Педагогика.

3. Эллион Л., Уилконс У.. Физика. Мәскеу: Ғылым.

4. Колтун М. Физика әлемі. Мәскеу.

5. Энергия көздері. Фактілер, мәселелер, шешімдер. Мәскеу: Ғылым және технология.

6. Дәстүрлі емес энергия көздері. Мәскеу: Білім.

7. Юдасин Л.С.. Энергия: проблемалар мен үміттер. Мәскеу: Ағарту.

8. Подгорный А.Н. Сутегі энергиясы. Мәскеу: Ғылым.