מקורות אנרגיה חשמלית: תיאור, סוגים ותכונות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מקורות האנרגיה החשמלית בכל יישוב שונים באופן קבלתה. אז בערבות כדאי יותר להשתמש בכוח הרוח או להמיר חום לאחר שריפת דלק, גז. בהרים, שבהם יש נהרות, בונים סכרים והמים מניעים טורבינות ענק. הכוח האלקטרוני מתקבל כמעט בכל מקום על חשבון אנרגיות טבעיות אחרות.

מאיפה מגיע האוכל לצרכן

מקורות אנרגיה חשמליים מקבלים מתח לאחר טרנספורמציה של כוח הרוח, תנועה קינטית, זרימת מים, תוצאה של תגובה גרעינית, חום משריפת גז, דלק או פחם. תחנות כוח תרמיות ותחנות כוח הידרואלקטריות נפוצות. מספר תחנות הכוח הגרעיניות יורד בהדרגה מכיוון שהן אינן בטוחות לחלוטין לאנשים המתגוררים בקרבת מקום.

ניתן להשתמש בתגובה כימית, אנו רואים את התופעות הללו בסוללות לרכב ובמכשירי חשמל ביתיים. סוללות לטלפונים פועלות על אותו עיקרון. מסיטי רוח משמשים במקומות עם רוח קבועה, שבהם מקורות אנרגיה חשמליים מכילים מחולל הספק גבוה קונבנציונלי בתכנון.

לפעמים תחנה אחת לא מספיקה כדי להפעיל את כל העיר,ומקורות אנרגיה חשמליים משולבים. אז, פאנלים סולאריים מותקנים על גגות בתים במדינות חמות, אשר מאכילים חדרים בודדים. בהדרגה, מקורות ידידותיים לסביבה יחליפו תחנות המזהמות את האטמוספרה.

במכוניות

הסוללה בהובלה אינה המקור היחיד לאנרגיה חשמלית. המעגלים של המכונית מתוכננים כך שבנסיעה מתחיל תהליך המרת האנרגיה הקינטית לאנרגיה חשמלית. הדבר נובע מהגנרטור, שבו סיבוב הסלילים בתוך השדה המגנטי יוצר מראה של כוח אלקטרו-מוטורי (EMF).

זרם מתחיל לזרום ברשת, מטעין את הסוללה, שמשך הזמן תלוי בקיבולת שלה. הטעינה מתחילה מיד לאחר התנעת המנוע. כלומר, אנרגיה נוצרת משריפת דלק. ההתפתחויות האחרונות בתעשיית הרכב אפשרו להשתמש ב-EMF של מקור אנרגיה חשמלית לתנועה.

ברכבים חשמליים, סוללות כימיות חזקות מייצרות זרם במעגל סגור ומשמשות כמקור כוח. כאן נצפה התהליך ההפוך: EMF נוצר בסלילים של מערכת ההנעה, מה שגורם לגלגלים להסתובב. הזרמים במעגל המשני עצומים, פרופורציונליים למהירות התאוצה ולמשקל המכונית.

עקרון הסליל עם מגנט

הזרם הזורם דרך הסליל גורם לשטף מגנטי לסירוגין. הוא, בתורו, מפעיל כוח ציפה על המגנטים, אשר מאלץ את המסגרת בשנייםסובב עם מגנטים בקוטביות הפוכה. לפיכך, מקורות האנרגיה החשמלית משמשים כצומת לתנועת מכוניות.

התהליך ההפוך, כאשר המסגרת עם המגנט מסתובבת בתוך הפיתולים, עקב אנרגיה קינטית, מאפשר להמיר את השטף המגנטי המתחלף ל-EMF של הסלילים. יתר על כן, מייצבי מתח מותקנים במעגל, המספקים את הביצועים הנדרשים של רשת האספקה. לפי עיקרון זה, חשמל מופק בתחנות כוח הידרואלקטריות, תחנות כוח תרמיות.

EMF במעגל מופיע גם במעגל סגור רגיל. זה קיים כל עוד הפרש פוטנציאל מוחל על המוליך. יש צורך בכוח אלקטרומוטיבי כדי לתאר את המאפיינים של מקור אנרגיה. ההגדרה הפיזיקלית של המונח נשמעת כך: EMF במעגל סגור הוא פרופורציונלי לעבודה של כוחות חיצוניים המניעים מטען חיובי יחיד דרך כל גוף המוליך.

נוסחה E=IR - ההתנגדות הכוללת נלקחת בחשבון, המורכבת מההתנגדות הפנימית של מקור הכוח ותוצאות הוספת ההתנגדות של החלק המוזן של המעגל.

הגבלות על התקנת תחנות משנה

כל מוליך שדרכו זורם זרם יוצר שדה חשמלי. מקור האנרגיה הוא פולט של גלים אלקטרומגנטיים. סביב מתקנים רבי עוצמה, בתחנות משנה או ליד מערכות גנרטורים, בריאות האדם מושפעת. לכן, ננקטו צעדים להגבלת פרויקטי בנייה ליד בנייני מגורים.

מופעלברמת החקיקה נקבעים מרחקים קבועים לחפצים חשמליים, שמעבר להם יצור חי בטוח. בניית תחנות משנה חזקות ליד בתים ובתוואי של אנשים אסורה. מתקנים רבי עוצמה חייבים להיות בעלי גדרות וכניסות סגורות.

קווי מתח גבוה מותקנים גבוה מעל הבניינים ומוצאים מההתנחלויות. כדי למנוע את ההשפעה של גלים אלקטרומגנטיים באזור המגורים, מקורות אנרגיה סגורים במסכי מתכת מקורקעים. במקרה הפשוט ביותר, נעשה שימוש ברשת תיל.

יחידות מידה

כל ערך של מקור האנרגיה והמעגל מתואר לפי ערכים כמותיים. זה מקל על המשימה של תכנון וחישוב העומס עבור ספק כוח ספציפי. יחידות מדידה מקושרות זו בזו על ידי חוקים פיזיקליים.

היחידות עבור ספקי כוח הן כדלקמן:

• התנגדות: R - Ohm.
• EMF: E - וולט.
• תגובתי ועכבה: X ו-Z - Ohm.
• נוכחי: I - Amp.
• Voltage: U - וולט.
• הספק: P - וואט.

בניית מעגלי חשמל טוריים ומקבילים

חישוב השרשרת הופך מסובך יותר אם מחברים מספר סוגים של מקורות אנרגיה חשמליים. ההתנגדות הפנימית של כל ענף וכיוון הזרם דרך המוליכים נלקחים בחשבון. כדי למדוד את EMF של כל מקור בנפרד, תצטרך לפתוח את המעגל ולמדוד את הפוטנציאל ישירות במסופים של סוללת האספקה עם התקן - מד מתח.

כשהמעגל סגור, המכשיר יראה מפל מתח, שערך קטן יותר. לעתים קרובות נדרשים מספר מקורות כדי להשיג את התזונה הדרושה. בהתאם למשימה, ניתן להשתמש במספר סוגים של חיבורים:

• רציף. ה-EMF של המעגל של כל מקור מתווסף. לכן, כאשר משתמשים בשתי סוללות עם ערך נומינלי של 2 וולט, הן מקבלות 4 וולט כתוצאה מהחיבור.
• מקביל. סוג זה משמש להגדלת הקיבולת של המקור, בהתאמה, יש חיי סוללה ארוכים יותר. EMF של המעגל עם חיבור זה אינו משתנה עם דירוגי סוללה שווים. חשוב להקפיד על קוטביות החיבור.
• רק לעתים רחוקות נעשה שימוש בחיבורים משולבים, אבל הם מתרחשים בפועל. החישוב של EMF המתקבל נעשה עבור כל חלק סגור בודד. הקוטביות וכיוון הזרם של הענפים נלקחים בחשבון.

ספק כוח אוהם

ההתנגדות הפנימית של מקור האנרגיה החשמלית נלקחת בחשבון כדי לקבוע את EMF שנוצר. באופן כללי, הכוח האלקטרוני מחושב על ידי הנוסחה E=IR + Ir. כאן R היא ההתנגדות הצרכנית ו-r היא ההתנגדות הפנימית. ירידת המתח מחושבת לפי הקשר הבא: U=E - Ir.

הזרם הזורם במעגל מחושב לפי חוק אוהם של המעגל השלם: I=E/(R + r). התנגדות פנימית יכולה להשפיע על החוזק הנוכחי. כדי למנוע את זה, המקור נבחר לעומס לפיהכלל הבא: ההתנגדות הפנימית של המקור חייבת להיות הרבה פחות מסך ההתנגדות הכוללת של הצרכנים. אז אין צורך לקחת בחשבון את הערך שלו בגלל השגיאה הקטנה.

איך למדוד אוהם של ספק כוח?

מכיוון שיש להתאים מקורות ומקלטי אנרגיה חשמלית, מיד עולה השאלה: איך מודדים את ההתנגדות הפנימית של המקור? אחרי הכל, אתה לא יכול להתחבר עם אוהםמטר למגעים עם הפוטנציאלים הזמינים בהם. כדי לפתור את הבעיה, נעשה שימוש בשיטה עקיפה של נטילת אינדיקטורים - נדרשים הערכים של כמויות נוספות: זרם ומתח. החישוב נעשה לפי הנוסחה r=U/I, כאשר U היא מפל המתח על פני ההתנגדות הפנימית, ו-I הוא הזרם במעגל בעומס.

מפלת המתח נמדדת ישירות על פני מסופי אספקת החשמל. למעגל מחובר נגד בעל ערך ידוע R. לפני ביצוע מדידות, יש צורך לתקן את EMF של המקור במעגל פתוח - E עם מד מתח. לאחר מכן, חבר את העומס ורשום את הקריאות - עומס U. והיום I.

מפלת מתח רצויה על פני ההתנגדות הפנימית עומס U=E − U. כתוצאה מכך, אנו מחשבים את הערך הנדרש r=(E − U load)/I.