Реферат способы получения электроэнергии своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Электроэнергия — физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы). Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электрический ток.

Работа содержит 1 файл

физика.docx

Работу выполнила: Учащаяся ГОУНПО ПУ115

Проверила: Жирнакова Т.В.

Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д.Прекрасный миф о Прометее, даровавшем людям огонь, появился в Древней Греции значительно позже того, как во многих частях света были освоены методы довольно изощренного обращения с огнем, его получением и тушением, сохранением огня и рациональным использованием топлива.На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф.На сегодняшний день энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Сущность изобретения: для получения в обмотке, пронизываемой изменяющимся магнитным потоком, электрического тока, создают в прокачиваемом горючим газом объеме волну горения путем его поджига разрядом. При этом создаваемый магнитный импульс создает в обмотке с ферромагнитным элементом импульс электрического тока.

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано для промышленного получения электроэнергии.

Известны следующие способы получения электроэнергии: химический, тепловой, с применением светочувствительных элементов и так далее, а также промышленные способы получения электроэнергии с применением генераторов переменного и постоянного тока работающих на основе закона Ампера.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения электроэнергии от генератора постоянного или переменного тока, работающих на основе закона Ампера.

Недостатком выбранного в качестве прототипа способа является использование в качестве источника энергии механической силы, получение этой силы сопровождается большими потерями, поэтому коэффициент полезного действия этого способа невысок. Кроме того, использование преобразователей химической энергии (или другой энергии) в механическую, а затем в электрическую значительно усложняет систему и снижает эффективность ее работы.

Целью изобретения является прямое преобразование химической энергии, запасенной в веществе, в электрическую.

Цель достигается тем, что для получения электроэнергии используется энергия движения и рекомбинации свободных радикалов молекул газа в постоянном внешнем магнитном поле, образующейся при подаче активизирующегося импульса 1. Для образования активных свободных радикалов используются высокоактивные горючие газы; в результате быстрого распространения волны горения образуются устойчивые соединения, это (распространение волны горения) способствует, при движении объема свободных радикалов, изменению внешнего магнитного поля.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ получения электроэнергии отличается отсутствием промежуточных ступеней для ее получения.Таким образом, предлагаемый способ получения электроэнергии соответствует критерию "новизна".На чертеже показана схема установки для реализации способа получения электроэнергии.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ

На круглый стержень из ферромагнитного материала 1 намотан токопроводящий провод 2, причем на обмотку надеты полые немагнитные торроидальные кольца 3. Полые торроидальные кольца 3 имеют два патрубка впускной 4 и выпускной 5 соответственно с управляемыми задвижками 6 и 7. Между впускным и выпускным патрубками внутри торроидального кольца 3 имеется плотная перегородка 8, в которую встроена запальная свеча 9, связанная с блоком управления 10. Ферромагнитный стержень 1 усиливает создаваемые в объеме колец 3 электромагнитные импульсы, а также может создавать вокруг себя постоянное магнитное поле.Для получения электроэнергии открывают управляемый клапан 6 и через впускной патрубок 4 подают горючую газовую смесь в полое торроидальное кольцо 3, после заполнения кольца на запальную свечу 9 подают короткий активизирующий импульс, при этом вокруг образовавшегося разряда возникает интенсивное образование свободных радикалов по мере движения волны горения по объему тора. Свободные радикалы, распространяясь от свечи 9 до другой стороны перегородки 8, изменяют постоянный магнитный поток стержня 1. Образовавшийся в стержне переменный магнитный поток создает в обмотке 2 импульс электродвижущей силы самоиндукции.

Использование предлагаемого способа получения электроэнергии обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

позволяет упростить конструкцию машин производящих электроэнергию;

по сравнению с существующими способами экономичен, обладает более высоким коэффициентом полезного действия;

позволяет использовать экологически чистые виды топлива для производства электроэнергии.

Способ получения электроэнергии путем получения в обмотке, пронизываемой изменяющимся магнитным потоком, электрического тока, отличающийся тем, что указанный поток создают в прокачиваемом порциями горючего газа объеме, окружающем обмотку с центральным ферромагнитным элементом, в котором периодически при помощи импульсного разряда возбуждают волны горения газа.

Передача электроэнергии от электростанции к потребителям — одна из важнейших задач энергетики. Электроэнергия передаётся преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП) переменного тока, хотя наблюдается тенденция ко всё более широкому применению кабельных линий и линий постоянного тока. Необходимость П. э. на расстояние обусловлена тем, что электроэнергия вырабатывается крупными электростанциями с мощными агрегатами, а потребляется сравнительно маломощными электроприёмниками, распределёнными на значительной территории. Тенденция к концентрации мощностей объясняется тем, что с их ростом снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии. Размещение мощных электростанций производится с учётом целого ряда факторов, таких, например, как наличие энергоресурсов, их вид, запасы и возможности транспортировки, природные условия, возможность работы в составе единой энергосистемы и т.п. Часто такие электростанции оказываются существенно удалёнными от основных центров потребления электроэнергии. От эффективности П. э. на расстояние зависит работа единых электроэнергетических систем, охватывающих обширные территории.

Одной из основных характеристик электропередачи является её пропускная способность, то есть та наибольшая мощность, которую можно передать по ЛЭП с учётом ограничивающих факторов: предельной мощности по условиям устойчивости, потерь на корону, нагрева проводников и т.д. Мощность, передаваемая по ЛЭП переменного тока, связана с её протяжённостью и напряжениями зависимостью

где U1 и U2 — напряжения в начале и в конце ЛЭП, Zc — волновое сопротивление ЛЭП, a — коэффициент изменения фазы, характеризующий поворот вектора напряжения вдоль линии на единицу её длины (обусловленный волновым характером распространения электромагнитного поля), l — протяжённость ЛЭП, d — угол между векторами напряжения в начале и в конце линии, характеризующий режим электропередачи и её устойчивость. Предельная передаваемая мощность достигается при d = 90°, когда sind = 1. Для воздушных ЛЭП переменного тока можно приближённо считать, что максимальная передаваемая мощность примерно пропорциональна квадрату напряжения, а стоимость сооружения ЛЭП пропорциональна напряжению. Поэтому в развитии электропередач наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к главному средству повышения пропускной способности ЛЭП. Предельные значения напряжении ЛЭП, связанные с возможными перенапряжениями, ограничиваются изоляцией ЛЭП и электрической прочностью воздуха (см. Высоких напряжений техника). Повышение пропускной способности ЛЭП переменного тока возможно и путём усовершенствования конструкции линии, а также посредством включения различных компенсирующих устройств. Так, например, на ЛЭП напряжением 330 кв и выше используется "расщепление" проводов в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников; при этом индуктивное сопротивление линии уменьшается, а ёмкостная проводимость увеличивается, что ведёт к снижению Zc и уменьшению а. Одним из способов повышения пропускной способности ЛЭП является сооружение "разомкнутых" линий, у которых на опорах подвешиваются провода двух цепей таким образом, что провода разных фаз оказываются сближенными между собой.

В электропередачах постоянного тока отсутствуют многие факторы, свойственные электропередачам переменного тока и ограничивающие их пропускную способность. Предельная мощность, передаваемая по ЛЭП постоянного тока, имеет большие значения, чем у аналогичных ЛЭП переменного тока:

где Ев — напряжение на выходе выпрямителя, Rå — суммарное активное сопротивление электропередачи, в которое, кроме сопротивления проводов ЛЭП, входят сопротивления выпрямителя и инвертора. Ограниченность применения электропередач постоянного тока связана главным образом с техническими трудностями создания эффективных недорогих устройств для преобразования переменного тока в постоянный (в начале линии) и постоянного тока в переменный (в конце линии). Электропередачи постоянного тока перспективны для объединения крупных удалённых друг от друга энергосистем. В этом случае отпадает необходимость в обеспечении устойчивости работы этих систем.

Качество электроэнергии определяется надёжной и устойчивой работой электропередачи, что обеспечивается, в частности, применением компенсирующих устройств и систем автоматического регулирования и управления (см. Автоматическое регулирование возбуждения, Автоматическое регулирование напряжения, Автоматическое регулирование частоты).

Первая в мире электропередача, рассчитанная на длительную эксплуатацию, была построена в Петербурге в 1876 П. Н. Яблочковым для электрического освещения улиц. Д. А. Лачинов и М. Депре в 1880 теоретически обосновали возможность повышения напряжения для увеличения мощности и дальности передачи. Однако широкое использование электрической энергии в промышленности, теснейшим образом связанное с П. э. на расстояние, началось лишь после изобретения М. О. Доливо-Добровольским экономичного и относительно простого способа передачи электрической энергии трёхфазным переменным током. Со времени создания первых электропередач трёхфазного тока их напряжение возрастало в 1,5—2 раза примерно каждые 10—15 лет. Повышение напряжения давало возможность увеличивать расстояния и передаваемые мощности. В 20-х гг. 20 в. электроэнергия передавалась максимально на расстояния порядка 100 км, к 30-м гг. протяжённость ЛЭП увеличилась до 400 км, а к 70-м гг. длина ЛЭП достигла 1000—1200 км. Наряду с развитием электропередач переменного тока совершенствовалась техника П. э. постоянным током. В 1950 в СССР впервые в мире была введена в действие опытная кабельная линия постоянного тока Каширская ГРЭС — Москва напряжением 200 кв с пропускной способностью 30 Мвт. Накопленный опыт позволил в 1962—65 ввести в эксплуатацию межсистемную электропередачу постоянного тока (с воздушной ЛЭП напряжением 800 кв) Волгоград — Донбасс пропускной способностью 750 Мвт. К 1974 в разных странах работало уже более 20 электропередач постоянного тока. В СССР в 1975—85 намечается строительство ЛЭП постоянного тока напряжением ±750 кв протяжённостью 2500—3000 км и в дальнейшем — электропередачи ± 1200 кв.

С 60-х гг. большое внимание уделяется разработке качественно новых электропередач. Таковы, например, "закрытые" электропередачи, выполняемые в виде замкнутых конструкций, заполненных электроизолирующим газом (например, SF6), внутри которых располагаются провода высокого напряжения. Перспективны также криогенные (в дальнейшем, возможно, сверхпроводящие) ЛЭП. "Закрытые" и криогенные электропередачи особенно удобны для энергоснабжения потребителей в густонаселённых районах, например на территориях крупных городов. Кроме того, изучается возможность передачи энергии электромагнитными волнами высокой частоты по волноводам.

В энергоснабжении потребителей альтернативой П. э. на расстояние является перевозка топлива. Сравнительный анализ показывает, что не всегда П. э. — наилучший способ энергоснабжения: например, при высокой калорийности угля (более 17—19 Мдж/кг) более целесообразно перевозить его по железной дороге (при условии, что железная дорога уже построена); в ряде случаев оказывается предпочтительнее сооружать трубопроводы для подачи природного газа или нефти. Анализ энергосистем ряда стран позволяет выделить две основные тенденции их развития: приближение электростанций к центрам потребления в тех случаях, когда на территории, охватываемой объединённой энергосистемой, нет дешёвых источников энергии или когда ресурсы этих источников уже исчерпаны; сооружение электростанций вблизи дешёвых источников энергии и П. э. на расстояние, к центрам её потребления. Системы электро-, нефте- и газоснабжения должны сооружаться и эксплуатироваться в определённой координации между собой и образовывать единую энергетическую систему страны.

Качество электроснабжения потребителей зависит от многих причин. Начиная от работы сварочных аппаратов и заканчивая ударом молнии. Электроснабжение потребителей должно быть качественным и надежным. Так предписывают ПУЭ и ГОСТ. К сожалению, производители электроэнергии, несмотря на самое современное оснащение, не могут гарантировать потребителям абсолютное качество и стопроцентную надежность электроснабжения.

От производителя до потребителя электроэнергия проходит порой многие сотни километров, и чем это расстояние больше, тем вероятней возникновение различных проблем, касающихся качества и надежности электроснабжения.Для конечного потребителя проблемы электроснабжения выражаются в нестабильной работе бытового и офисного оборудования, вплоть до его полного отключения. Причиной возникновения таких неполадок, могут стать недостаточная мощность, отклонения частоты, нестабильность или искажение синусоидальной формы напряжения.

Электричество есть везде, взять его, вот наша задача. Наука до конца не определилась с этим понятием, однако это не мешает учёным и практикам извлекать энергию из различных компонентов среды и трансформировать её в другие виды энергий, получая блага в виде тепла и света. Ниже я расскажу о способах получить электричество из земли своими руками.

Зачем добывать электричество из земли

Для того, чтобы получить электричество, нужно найти разность потенциалов и проводник. Соединив всё в единый поток, можно обеспечить себе постоянный источник электроэнергии. Однако в действительности приручить разность потенциалов не так-то просто.

Природа проводит через жидкую среду электроэнергию огромной силы. Это разряды молнии, которые, как известно, возникают в воздухе, насыщенном влагой. Однако это всего лишь единичные разряды, а не постоянный поток электроэнергии.

Человек взял на себя функцию природной мощи и организовал перемещение электроэнергии по проводам. Однако это всего лишь перевод одного вида энергии в другой. Извлечение электричества непосредственно из среды остаётся преимущественно на уровне научных поисков, опытов из разряда занимательной физики и создания небольших установок малой мощности.

Проще всего извлекать электричество из твёрдой и влажной среды.

Единство трёх сред

Самой популярной средой в этом случае является почва. Дело в том, что земля – это единство трёх сред: твёрдой, жидкой и газообразной. Меду мелкими частичками минералов расположены капли воды и пузырьки воздуха. Более того, элементарная единица почвы – мицелла или глинисто-гумусовый комплекс представляет собой сложную систему, обладающую разницей потенциалов.

На внешней оболочке такой системы формируется отрицательный заряд, на внутренней – положительный. К отрицательно заряженной оболочке мицеллы притягиваются положительно заряженные ионы, находящиеся в среде. Так что в почве постоянно происходят электрические и электрохимические процессы. В более гомогенной воздушной и водной среде таких условий для концентрации электричества нет.

Как получить электроэнергию из земли

Чаще всего домовладельцы применяют следующие способы извлечения электроэнергии из грунта, расположенного вокруг дома.

Способ 1 — Нулевой провод –> нагрузка –> почва

Напряжение в жилые помещения подается через 2 проводника: фазный и нулевой. При создании третьего, заземлённого, проводника между ним и нулевым контактом возникает напряжение от 10 до 20 В. Этого напряжения достаточно для того, чтобы зажечь пару лампочек.

Способ 2 — Цинковый и медный электрод

Следующий способ получения электричества основан на использовании только земли. Берутся два металлических стрежня – один цинковый, другой медный, и помещаются в грунт. Лучше, если это будет грунт в изолированном пространстве.

Изоляция необходима для того, чтобы создать среду с повышенной солёностью, что несовместимо с жизнью – в таком грунте ничего расти не будет. Стержни создадут разницу потенциалов, а грунт станет электролитом.

В самом простом варианте получим напряжение в 3 В. Этого, конечно мало для дома, но систему можно усложнить, увеличив тем самым мощность.

Способ 3 — Потенциал между крышей и землёй

3. Достаточно большую разность потенциалов можно создать между крышей дома и землёй. Если на крыше поверхность металлическая, а в земле – ферритовая, то можно добиться разницы потенциалов в 3 В. Увеличить этот показатель можно за счёт изменения размеров пластин, а также расстояния между ними.

I Введение
II Производство и использование электроэнергии
1. Генерация электроэнергии
1.1 Генератор
2. Использование электроэнергии
III Трансформаторы
1. Назначение
2. Классификация
3. Устройство
4. Характеристики
5. Режимы
5.1 Холостой ход
5.2 Режим короткого замыкания
5.3 Нагрузочный режим
IV Передача электроэнергии
V ГОЭЛРО
1. История
2. Результаты
VI Список использованной литературы

I. Введение

Электроэнергия, один из самых важных видов энергии, играет огромную роль в современном мире. Она является стержнем экономик государств, определяя их положение на международной арене и уровень развития. Огромные суммы денег вкладываются ежегодно в развитие научных отраслей, связанных с электроэнергией.
Электроэнергия является неотъемлемой частью повседневной жизни, поэтому важно владеть информацией об особенностях её производства и использования.

II. Производство и использование электроэнергии

1. Генерация электроэнергии

Генерация электроэнергии – производство электроэнергии посредством преобразования её из других видов энергии с помощью специальных технических устройств.
Для генерации электроэнергии используют:
Электрический генератор – электрическую машину, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.
Солнечную батарею или фотоэлемент – электронный прибор, который преобразует энергию электромагнитного излучения, в основном светового диапазона, в электрическую энергию.
Химические источники тока – преобразование части химической энергии в электрическую, посредством химической реакции.
Радиоизотопные источники электроэнергии – устройства, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие её в электроэнергию.
Электроэнергия вырабатывается на электростанциях: тепловых, гидравлических, атомных, солнечных, геотермальных, ветряных и других.
Практически на всех электростанциях, имеющих промышленное значение, используется следующая схема: энергия первичного энергоносителя с помощью специального устройства преобразовывается вначале в механическую энергию вращательного движения, которая передается в специальную электрическую машину – генератор, где вырабатывается электрический ток.
Основные три вида электростанций: ТЭС, ГЭС, АЭС
Ведущую роль в электроэнергетике многих стран играют тепловые электростанции (ТЭС).
Тепловые электростанции требуют огромного количества органического топлива, запасы же его сокращаются, а стоимость постоянно возрастает из-за все усложняющихся условий добычи и дальности перевозок. Коэффициент использования топлива в них довольно низок (не более 40%), а объемы отходов, загрязняющих окружающую среду, велики.
Экономические, технико-экономические и экологические факторы не позволяют считать тепловые электростанции перспективным способом получения электроэнергии.
Гидроэнергетические установки (ГЭС) являются самыми экономичными. Их КПД достигает 93 %, а стоимость одного кВт•ч в 5 раз дешевле, чем при других способах получения электроэнергии. Они используют неисчерпаемый источник энергии, обслуживаются минимальным количеством работ¬ников, хорошо регулируются. По величине и мощности отдельных гидростанций и агрегатов наша страна занимает ведущее положение в мире.
Но темпы развития сдерживают значительные затраты и сроки строительства, обусловленные удаленностью мест строительства ГЭС от крупных городов, отсутствие дорог, трудные условия строительства, подвержены влиянию сезонности режима рек, водохранилищами затапливаются большие площади ценных приречных земель, крупные водохранилища негативно воздействуют на экологическую ситуацию, мощные ГЭС могут быть построены только в местах наличия соответствующих ресурсов.
Атомные электростанции (АЭС) работают по одному принципу с тепловыми электростанциями, т. е. происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию вращения вала турбины, которая приводит в действие генератор, где механическая энергия преобразовывается в электрическую.
Главное достоинство АЭС – небольшое количество используемого топлива (1 кг обогащенного урана заменяет 2,5 тыс. т угля), вследствие чего АЭС могут быть построены в любых энергодефицитных районах. К тому же запасы урана на Земле превышают запасы традици-онного минерального топлива, а при безаварийной работе АЭС незначительно воздействуют на окружающую среду.
Главным недостатком АЭС является возможность аварий с катастрофическими последствиями, для предотвращения которых требуются серьезные меры безопасности. Кроме того, АЭС плохо регулируются (для их полной остановки или включения требуется несколько недель), не разработаны технологии переработки радиоактивных отходов.
Атомная энергетика выросла в одну из ведущих отраслей народного хозяйства и продолжает быстро развиваться, обеспечивая безопасность и экологическую чистоту.

1.1 Генератор

Электрический генератор – это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.
Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.
Способ получения индуктированной ЭДС, при котором проводник перемещается в магнитном поле, двигаясь вверх или вниз, очень неудобен при практическом его использовании. Поэтому в генераторах применяется не прямолинейное, а вращательное движение проводника.
Основными частями всякого генератора являются: система магнитов или чаще всего электромагнитов, создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.
Генератор переменного тока – электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

В прямоугольном контуре вращается постоянный магнит

При вращении рамки изменяется магнитный поток через нее, поэтому в ней индуцируется ЭДС. Так как с помощью токосъемника (колец и щеток) рамка соединена с внешней электрической цепью, то в рамке и внешней цепи возникает электрический ток.
При равномерном вращении рамки угол поворота изменяется по закону:

Магнитный поток через рамку также изменяется с течение времени, его зависимость определяется функцией:

где S − площадь рамки.
По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции, возникающая в рамке равна:

где – амплитуда ЭДС индукции.
Другая величина, которой характеризуется генератор, является сила тока, выражающаяся формулой:

где i — сила тока в любой момент времени, I_m – амплитуда силы тока (максимальное по модулю значение силы тока), φ_c — сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения.
Электрическое напряжение на зажимах генератора меняется по синусодальному или косинусоидальному закону:

или

Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока. По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них ЭДС сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода:

2. Использование электроэнергии

Электроснабжение промышленных предприятий. Промышленные предприятия потребляют 30-70% электроэнергии, вырабатываемой в составе электроэнергетической системы. Значительный разброс промышленного потребления определяется индустриальной развитостью и климатическими условиями различных стран.
Электроснабжение электрифицированного транспорта. Выпрямительные подстанции электротранспорта на постоянном токе (городской, промышленный, междугородний) и понижающие ПС междугороднего электрического транспорта на переменном токе питаются электроэнергией от электрических сетей ЭЭС.
Электроснабжение коммунально-бытовых потребителей. К данной группе ПЭ относится широкий круг зданий, расположенных в жилых районах городов и населенных пунктов. Это – жилые здания, здания административно-управленческого назначения, учебные и научные заведения, магазины, здания здравоохранения, культурно-массового назначения, общественного питания и т.п.

III. Трансформаторы

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

Схема устройства трансформатора

1 – первичная обмотка трансформатора
2 – магнитопровод
3 – вторичная обмотка трансформатора
Ф – направление магнитного потока
U₁ – напряжение на первичной обмотке
U₂ – напряжение на вторичной обмотке

Первые трансформаторы с разомкнутым магнитопроводом предложил в 1876 г. П.Н. Яблочков, который применил их для питания электрической "свечи". В 1885 г. венгерские ученые М. Дери, О. Блати, К. Циперновский разработали однофазные промышленные трансформаторы с замкнутым магнитопроводом. В 1889-1891 гг. М.О. Доливо-Добровольский предложил трехфазный трансформатор.

1. Назначение

Трансформаторы широко применяются в различных областях:
Для передачи и распределения электрической энергии
Обычно на электростанциях генераторы переменного тока вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-24 кВ, а передавать электроэнергию на дальние расстояния выгодно при значительно больших напряжениях (110, 220, 330, 400, 500, и 750 кВ). Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, осуществляющие повышение напряжения.
Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населёнными пунктами, в городах и сельских местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям, при напряжении 220, 110, 35, 20, 10 и 6 кВ. Следовательно, во всех распределительных узлах должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение до величины 220, 380 и 660 В.
Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя (преобразовательные трансформаторы).
Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.
Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов, для разделения электрических цепей различных элементов указанных устройств, для согласования напряжения и пр.
Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения или же в цепи, по которым проходят большие токи, с целью расширения пределов измерения и обеспечения электробезопастности. (измерительные трансформаторы)

2. Классификация

По назначению: силовые общего(используются в линиях передачи и распределения электроэнергии) и специального применения (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы).
По виду охлаждения: с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением.
По числу фаз на первичной стороне: однофазные и трёхфазные.
По форме магнитопровода: стержневые, броневые, тороидальные.
По числу обмоток на фазу: двухобмоточные, трёхобмоточные, многообмоточные (более трёх обмоток).
По конструкции обмоток: с концентрическими и чередующимися (дисковыми) обмотками.

3. Устройство

Простейший трансформатор (однофазный трансформатор) представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток.

Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора
Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, по которой замыкается основной магнитный поток.
При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки.

Условное обозначение трансформатора:
а) – трансформатор со стальным сердечником, б) – трансформатор с сердечником из феррита

4. Характеристики трансформатора

Номинальная мощность трансформатора – мощность, на которую он рассчитан.
Номинальное первичное напряжение – напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора.
Номинальное вторичное напряжение – напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки.
Номинальные токи, определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.
Высшее номинальное напряжение трансформатора – наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
Низшее номинальное напряжение – наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
Среднее номинальное напряжение – номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.

5. Режимы

5.1 Холостой ход

Режимом холостого хода – режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение.

В первичной обмотке трансформатора, соединенной с источником переменного тока течёт ток, в результате чего в сердечнике появляется переменный магнитный поток Φ, пронизывающий обе обмотки. Так как Φ одинаков в обеих обмотках трансформатора, то изменение Φ приводит к появлению одинаковой ЭДС индукции в каждом витке первичной и вторичной обмоток. Мгновенное значение ЭДС индукции e в любом витке обмоток одинаково и определяется формулой:

где – амплитуда ЭДС в одном витке.
Амплитуда ЭДС индукции в первичной и вторичной обмотках будет пропорционально числу витков в соответствующей обмотке:

где N₁ и N₂ – число витков в них.
Падение напряжения на первичной обмотке, как на резисторе, очень мало, по сравнению с ε₁, и поэтому для действующих значений напряжения в первичной U₁ и вторичной U₂ обмотках будет справедливо следующее выражение:

K – коэффициент трансформации. При K>1 трансформатор понижающий, а при K

Основным источником электроэнергии в мире являются, как известно, различного рода электростанции – тепловые электростанции, гидроэлектростанции и электростанции атомные.

В последнее время всё большую популярность приобретают альтернативные источники электроэнергии. В нашей работе мы рассмотрели несколько распространенных в быту альтернативных источников электричества, которые широко применяются как в России, так и в европейских странах и на американском континенте. Во многом они, конечно, дороже и более сложны в эксплуатации, чем центральная энергосеть; однако финансовые вложения будут полностью оправданы качественной и надежной службой, а также созданием благоприятной экологической среды. Кроме того, если там, где вы живете, еще нет коммуникаций, то на помощь придут альтернативные источники электроэнергии.+

Электрогенераторы

Самый популярный в России альтернативный источник энергии, который больше всего востребован в частных загородных домах. По типу используемого горючего электрогенераторы бывают дизельными, бензиновыми и газовыми.

Дизельные генераторы обладают массой преимуществ, среди которых экономичность, надежность и небольшой риск возникновения пожара. Если использовать дизельный генератор регулярно, то он гораздо выгодней моделей, работающих на газе или на бензине. Расход топлива дизельного оборудования не велик, цена на дизель также держится на невысоком уровне, он не потребует дорогостоящего ремонта.

Бензиновый генератор идеально подойдет как резервный или сезонный источник тока. По сравнению с дизельными, бензиновые генераторы имеют небольшие размеры, издают мало шума при работе, и по стоимости ниже - средняя цена бензинового генератора мощностью 5 кВт колеблется в диапазоне 14 -17 тысяч рублей. Недостаток у бензинового генератора – большой расход топлива, да и высокий уровень выделяемого углекислого газа потребует от вас размещения электрогенератора в отдельном помещении.

Солнечные батареи

С каждым годом все популярнее становится еще один альтернативный источник электроэнергии – энергия солнца. Ее можно использовать не только для выработки электрической энергии, но и для обеспечения автономного отопления. На крышу, а иногда и на стены, устанавливаются солнечные батареи различной площади, которые имеют аккумулятор и инвертор; некоторое время назад мы писали об инновационной технологии – черепице со встроенными фотоэлементами. Вот преимущества, которые обеспечивают солнечные батареи:

Использование возобновляемого источника энергии;

Абсолютно бесшумная работа;

Экологическая безопасность, отсутствие каких-либо выбросов в атмосферу;

Простой монтаж, возможность самостоятельной установки.

Но даже если домик маленький, то на установку оборудования придется выделить не менее 10 квадратных метров земли, поэтому на стандартных шести сотках с огородом и садом это представляется маловероятным.

Ветрогенераторы

Установки для преобразования ветряной энергии в электричество уже не являются фантастическим техногенным будущим – достаточно посмотреть на поля в Германии и в Голландии, чтобы убедиться в повсеместном распространении ветряков.

Немного школьной физики: кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую энергию вращения турбины, а инвертор, в свою очередь, генерирует переменный ток. Необходимо помнить: минимальная скорость ветра, при которой будет образовываться электричество от маховика – 2 м/с, а оптимально, если скорость ветра будет в районе 5– 8 м/с; именно поэтому ветрогенераторы особенно популярны в северо-западных регионах Европы, где среднегодовая скорость ветра весьма высока. По типу конструкции ветряные генераторы различаются на горизонтальные и вертикальные: это зависит от крепления ротора.

Горизонтальная конструкция генератора хороша высоким показателем КПД, при монтаже будет использоваться небольшое количество материалов. Но придется столкнуться с некоторыми трудностями: для монтажа потребуется высокая мачта, а сам генератор имеет сложную механическую часть, и ремонт может быть очень сложным.

Вертикальные генераторы могут функционировать в большем диапазоне скоростей ветра; но при этом их установка гораздо сложнее, и для крепления мотора понадобится дополнительная фиксация.

Чтобы сгладить разницу между ветреным сезоном и штилем и питать дом электрическим током бесперебойно, ветряная станция обычно снабжается накопительным аккумулятором. Еще одной альтернативой установки аккумуляторной батареи к ветряной станции станет водонакопительный бак, который используется как для отопления, так и для горячего водоснабжения. В таком случае вам удастся немного сэкономить на покупке – впрочем, стоимость ветрогенератора все равно останется высокой: около 300 тысяч рублей, без аккумулятора – около 250 тысяч.

Еще один нюанс, который следует учитывать при обустройстве ветряной станции – необходимость создания фундамента под оборудование. Фундамент нужно укреплять с особенной тщательностью, если в вашей местности скорость ветра периодически превышает 10 -15 метров в секунду. А в зимний период необходимо будет следить, чтобы лопасти ветростанции не обледеневали, это сильно снижает КПД. Кроме того, вибрации и шум от работы ветряка становятся причиной того, что станцию желательно размещать не менее чем в 15 метрах от жилого дома.

Оставим в стороне автомобильные проблемы: ведь биотопливо может использоваться не только в качестве горючего для транспортных средств, но и как источник электрического тока: им можно заменить газ, бензин и дизель при заправке оборудования.

Биотопливо производится путем переработки растительных остатков – стеблей и семян. Для изготовления биологического дизеля применяют жиры из семян масляных культур, а бензин производят путем ферментации кукурузы, сахарного тростника, свеклы и других растений. Наиболее оптимальным источником биологической энергии признаны водоросли, так как они неприхотливы в выращивании и легко превращаются в биомассу с похожими на нефть маслянистыми свойствами.

По данной технологии также получают биологический газ, который собирают при брожении органических отходов пищевой промышленности и животноводства: на 95 % он состоит из метана. Экологические технологии позволяют собирать природный газ на свалках! 1 тонна бесполезного мусора производит до 500 кубометров полезного газа, который потом превращается в целлюлозный этанол.

Если говорить о бытовом использовании биотоплива для выработки электрической энергии, то для этой цели нужно приобрести индивидуальную биогазовую установку, которая будет вырабатывать природный газ из отходов. Понятно, что этот вариант реализуем только в загородном доме, где есть собственная свалка биологических отходов на улице.

Стандартная установка даст вам от 3 до 12 кубометров газа в сутки; полученный газ затем может использоваться для отопления дома и заправки различного оборудования, в том числе и газового генератора электроэнергии, о котором мы писали выше. К сожалению, биогазовые установки пока что доступны не повсеместно: отдать за нее придется как минимум 250 000 рублей.

Индивидуальная гидроэлектростанция

Станция с водяным колесом оснащена центральной круглой частью с лопастями, установленной перпендикулярно водяной поверхности. При движении вода давит на лопасти и крутит колесо. Принцип работы такой же, как в ветряной станции, только же в качестве источника выступает вода. Более сложные конструкции колесных водяных электростанций – колесо-турбина, имеющее специальные лопатки для струи воды.

Станция с гирляндой представляет из себя трос, на котором жестко закреплены роторы. Трос крепится на противоположных берегах водяного потока, роторы погружены в воду. При движении вода вращает роторы, а они передают это движение тросу.

Станция с ротором Дарье имеет конструкцию, похожую на предыдущую, но здесь ротор расположен вертикально и вращается за счет разных показателей давления в его лопастях. Этот показатель создается за счет сложной формы поверхности.

Станция с пропеллером – это подводная установка с вертикальным ротором. Внешне данные установки схожи с ветряками, имеющими маленькие лопасти.

Наиболее оптимальный вариант, который подходит для изготовления своими руками – это станция с пропеллером или колесом.

Самым же сложным и неудобным решением будет гирляндная установка: она имеет невысокую производительность, довольно опасна для окружающих людей, а монтаж станции потребует расхода большого количества материалов и много времени. Если приобретать готовую мини-ГЭС, то ее средняя стоимость составит около 200 тысяч рублей; самостоятельный сбор комплектующих сэкономит до 30% стоимости, но потребует много времени и сил. Что из этого лучше – решать только вам.

В данной работе мы рассмотрели виды альтернативных источников электроэнергии. Некоторые из них знакомы многим и получили широкое распространение. Другие только начинают приобретать популярность. Но все рассмотренные альтернативные источники электроэнергии имеют одно, но самое важное, достоинство – экологичность. Недостатки связаны с достаточно высокой ценой и необходимостью самостоятельной установки и обслуживания. Однако, в связи с ростом стоимости центральной электроэнергии, установка индивидуального генератора может скоро оправдаться.

Победитель конкурса

Участник: Сытенко Мария Александровна
Руководитель: Жеребцова Анна Ивановна

Цель данной работы - исследование электрических свойств овощей и фруктов.

I. Введение

Моя работа посвящена необычным источникам энергии. В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами.

Возобновляемые источники сырья и способы получения из них энергии – магистральная тема многих университетских исследований. Лаборатория в Нидерландах изучает возможность получения электричества из растений, точнее, из корневой системы растений и из бактерий, находящихся в почве. 1

Энергия солнца, энергия ветра, энергия приливов и отливов возобновляемым источникам энергии в последнее время всё чаще причисляют и растения. Ведь только зеленое растение является той единственной в мире лабораторией, которая усваивает солнечную энергию и сохраняет ее в виде потенциальной химической энергии органических соединений, образующихся в процессе фотосинтеза.

Данные исследований лаборатории молекулярной биологии и биофизической химии МФТУ по созданию таких мембран показали, что живая клетка, запасая электрическую энергию в митохондриях, использует ее для произведения очень многих работ: строительства новых молекул, затягивания внутрь клетки питательных веществ, регулирования собственной температуры.. С помощью электричества производит многие операции и само растение: дышит, движется (как это делают листочки всем известной мимозы-недотроги), растет.

Цель моей работы – исследование электрических свойств овощей и фруктов.

Задачи:

Экспериментально измерить и проанализировать силу тока и напряжение таких батарей.
Провести исследования с гальванических элементов, изменяя ширину пластин, глубину их погружений, и расстояний между электродами.
Испытайте разные комбинации последовательно соединённых продуктов и проанализируйте полученные результаты.
Собрать цепь, состоящую из нескольких таких батареек и постараться зажечь лампочку, запустить часы.
Изготовить прибор гальванометр для определения напряжения.
Исследовать электропроводность овощей и фруктов, разных сроков хранения, используя свой прибор.

Объект исследования: фрукты и овощи.

Предмет исследования: свойства овощных и фруктовых источников тока.

Гипотеза: Так как фрукты и овощи состоят из различных минеральных веществ (электролитов), то они могут стать природными источниками тока.

Методы исследования: изучение и анализ литературы, проведение эксперимента, анализ полученных данных.

II. Основная часть

2.1 История создания батарейки

Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым ЛуиджиГальвани. На самом деле целью изысканий Гальвани был совсем не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. В частности, явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки.
Теоретическое объяснение наблюдаемому процессу Гальвани дал неверное 2 истолкование. Опыты Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого - Алессандро Вольта. Он сформулировал главную идею изобретения. Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольта создал нехитрое устройство. Оно состояло из цинковой и медной пластин погруженных в емкость с соляным раствором. В результате цинковая пластина (катод) начинала растворяться, а на медной стали (аноде) появлялись пузырьки газа. Вольта предположил и доказал, что по проволоке протекает электрический ток. Несколько позже ученый собрал целую батарею из последовательно соединенных элементов, благодаря чему удалось существенно увеличить выходное напряжение. Именно это устройство стало первым в мире элементом питания и прародителем современных батарей. А батарейки в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами 3 .

2.2 Создание фруктовой батарейки

а) с использованием одного элемента

Для создания фруктовой батареи мы попробовали взять лимоны, яблоки, огурцы свежие и соленые, помидоры, картофель сырой и вареный. Положительным полюсом определили несколько блестящих медных пластин. Для создания отрицательного полюса решили использовать оцинкованные пластины. Конечно же, понадобились провода, с зажимами на концах. Ножом сделала в фруктах небольшие надрезы, куда вставила пластины (электроды). После соединения всех частей воедино у меня получилась фруктовая или овощная батарейка (рис. 1).

Читайте также: