Elkraft - Electric power

Elektrisk kraft överförs av luftledningar som dessa, och även genom underjordiska högspänningskablar .

Elektrisk kraft är den takt, per tidsenhet, vid vilken elektrisk energi överförs av en elektrisk krets . Den SI- enheten för effekt är watt , en joule per sekund .

Elektrisk kraft produceras vanligtvis av elektriska generatorer , men kan också levereras av källor som elektriska batterier . Den levereras vanligtvis till företag och hem (som elnät i hemmet ) av elindustrin via ett elnät .

El kan levereras över långa avstånd med överföringslinjer och användas för applikationer som rörelse , ljus eller värme med hög effektivitet .

Definition

Elkraft, som mekanisk kraft , är hastigheten för att göra arbetet , mätt i watt , och representeras av bokstaven P . Termen watt används allmänt för att betyda "elektrisk effekt i watt". Den elektriska effekten i watt som produceras av en elektrisk ström I bestående av en laddning av Q hängen varje t sekund som passerar genom en elektrisk potential ( spänning ) skillnad på V är

var

Q är elektrisk laddning i coulombs
t är tiden i sekunder
Jag är elektrisk ström i ampere
V är elektrisk potential eller spänning i volt

Förklaring

Animation som visar strömkälla

Elektrisk kraft omvandlas till andra energiformer när elektriska laddningar rör sig genom en elektrisk potentialskillnad ( spänning ), som uppstår i elektriska komponenter i elektriska kretsar. Ur elektrisk kraft kan komponenter i en elektrisk krets delas in i två kategorier:

Animation som visar elektrisk belastning

Aktiva enheter (strömkällor)

Om laddningarna flyttas av en "yttre kraft" genom enheten i riktningen från den lägre elektriska potentialen till den högre (så att positiv laddning flyttas från den negativa till den positiva terminalen) kommer arbete att utföras laddningarna och energin konverteras till elektrisk potentiell energi från någon annan typ av energi, såsom mekanisk energi eller kemisk energi . Enheter där detta inträffar kallas aktiva enheter eller strömkällor ; som elektriska generatorer och batterier . Vissa enheter kan antingen vara en källa eller en belastning, beroende på spänning och ström genom dem. Till exempel fungerar ett uppladdningsbart batteri som en källa när det ger ström till en krets, men som en belastning när det är anslutet till en batteriladdare och laddas.

Passiva enheter (laster)

När elektriska laddningar rör sig genom en potentialskillnad från en högre till en lägre spänning, det vill säga när konventionell ström (positiv laddning) rör sig från den positiva (+) terminalen till den negativa ( -) terminalen, utförs arbetet med laddningarna på enheten . Den potentiella energin för laddningarna på grund av spänningen mellan terminalerna omvandlas till rörelseenergi i enheten. Dessa enheter kallas passiva komponenter eller laster ; de "förbrukar" elkraft från kretsen och omvandlar den till andra energiformer som mekaniskt arbete , värme, ljus, etc. Exempel är elektriska apparater , såsom glödlampor , elmotorer och elvärmare . I växelströmskretsar växlar spänningsriktningen periodiskt, men strömmen flyter alltid från den högre potentialen till den lägre potentialsidan.

Överföring av kraft genom en elektrisk krets

Passiv skyltkonvention

Eftersom elektrisk kraft kan strömma antingen in i eller ut ur en komponent, krävs en konvention för vilken riktning som representerar positivt effektflöde. Elektrisk ström som strömmar ut ur en krets till en komponent definieras godtyckligt för att ha ett positivt tecken, medan ström som strömmar in i en krets från en komponent definieras att ha ett negativt tecken. Således har passiva komponenter positiv strömförbrukning, medan strömkällor har negativ strömförbrukning. Detta kallas passivskyltkonventionen .

Resistiva kretsar

Vid resistiva (Ohmiska eller linjära) belastningar kan Joules lag kombineras med Ohms lag ( V = I · R ) för att producera alternativa uttryck för mängden effekt som försvinner:

där R är det elektriska motståndet .

Växelström utan övertoner

I växelströmskretsar kan energilagringselement som induktans och kapacitans resultera i periodiska reverseringar av energiflödets riktning. Den del av energiflödet (effekt) som, i genomsnitt över en fullständig cykel av växelströmsvågformen, resulterar i nettoöverföring av energi i en riktning är känd som verklig effekt (även kallad aktiv effekt). Amplituden för den delen av energiflödet (effekt) som resulterar i ingen nettoöverföring av energi utan istället svänger mellan källan och belastningen i varje cykel på grund av lagrad energi, är känd som det absoluta värdet av reaktiv effekt . Produkten av RMS -värdet för spänningsvågen och RMS -värdet för den aktuella vågen är känd som skenbar effekt . Den verkliga effekten P i watt som förbrukas av en enhet anges av

var

V p är toppspänningen i volt
I p är toppströmmen i ampere
V rms är rot-medelkvadratsspänningen i volt
I rms är rot-medelkvadratströmmen i ampere
θ = θ v - θ i är den fasvinkel med vilken spänningssinusvågan leder den aktuella sinusvågan, eller likvärdigt den fasvinkel med vilken den nuvarande sinusvågan släpar sinusvågens spänning
Power triangel: Komponenterna i växelström

Förhållandet mellan verklig effekt, reaktiv effekt och skenbar effekt kan uttryckas genom att representera mängderna som vektorer. Verklig effekt representeras som en horisontell vektor och reaktiv effekt representeras som en vertikal vektor. Den uppenbara effektvektorn är hypotenusen i en rätt triangel som bildas genom att ansluta de verkliga och reaktiva effektvektorerna. Denna representation kallas ofta för effekt triangeln . Med hjälp av Pythagoras sats är förhållandet mellan verklig, reaktiv och skenbar kraft:

Verkliga och reaktiva krafter kan också beräknas direkt från den skenbara effekten, när strömmen och spänningen är båda sinusoider med en känd fasvinkel θ mellan dem:

Förhållandet mellan verklig effekt och skenbar effekt kallas effektfaktor och är alltid ett tal mellan −1 och 1. Där strömmar och spänningar har icke-sinusformade former generaliseras effektfaktorn till att inkludera effekterna av distorsion.

Elektromagnetiska fält

Elektrisk energi flödar överallt där elektriska och magnetiska fält finns tillsammans och fluktuerar på samma plats. Det enklaste exemplet på detta är i elektriska kretsar, som föregående avsnitt visade. I det allmänna fallet kan dock den enkla ekvationen P = IV ersättas av en mer komplex beräkning. Den slutna ytan integralen av tvärprodukten av den elektriska fältstyrkan och magnetiska fältintensitets vektorer ger den totala momentana effekten (i watt) ur volymen:

Resultatet är en skalär eftersom det är ytintegralen i Poynting -vektorn .

Produktion

Generation

Världens elproduktion per källa 2018. Total produktion var 26,7 PWh .

  Kol (38%)
  Naturgas (23%)
  Hydro (16%)
  Kärnkraft (10%)
  Vind (5%)
  Olja (3%)
  Solceller (2%)
  Biobränslen (2%)
  Övrigt (1%)

De grundläggande principerna för mycket elproduktion upptäcktes under 1820 -talet och början av 1830 -talet av den brittiske forskaren Michael Faraday . Hans grundläggande metod används fortfarande idag: elektrisk ström genereras genom rörelse av en trådslinga eller kopparskiva mellan polerna i en magnet .

För elleverantörer är det den första processen vid leverans av el till konsumenter. De andra processerna, elöverföring , distribution och elektrisk energilagring och återvinning med pumplagringsmetoder utförs normalt av elindustrin .

Elektricitet genereras mestadels vid ett kraftverk av elektromekaniska generatorer , drivna av värmemotorer som värms upp genom förbränning , geotermisk kraft eller kärnklyvning . Andra generatorer drivs av rörelseenergin från strömmande vatten och vind. Det finns många andra tekniker som används för att generera el, till exempel solceller .

Ett batteri är en enhet som består av en eller flera elektrokemiska celler som omvandlar lagrad kemisk energi till elektrisk energi. Sedan uppfinningen av det första batteriet (eller " voltaic haug ") 1800 av Alessandro Volta och särskilt sedan den tekniskt förbättrade Daniell -cellen 1836 har batterier blivit en vanlig strömkälla för många hushålls- och industriella tillämpningar. Enligt en uppskattning 2005, den globala batteriindustrin genererar US $ 48 miljarder i omsättning varje år, med 6% årlig tillväxt. Det finns två typer av batterier: primära batterier (engångsbatterier), som är avsedda att användas en gång och kasseras, och sekundära batterier (laddningsbara batterier), som är avsedda att laddas och användas flera gånger. Batterier finns i många storlekar; från miniatyrknappceller som används för att driva hörapparater och armbandsur till batteribanker i storleken på rum som ger vänteläge för telefonväxlar och datacentraler .

Elektrisk industri

Elkraftsindustrin tillhandahåller produktion och leverans av kraft i tillräckliga mängder till områden som behöver elektricitet genom en nätanslutning . Nätet distribuerar elektrisk energi till kunderna. Elkraft genereras av centrala kraftverk eller av distribuerad produktion . Elkraftsindustrin har successivt gått mot avreglering - med framväxande aktörer som erbjuder konsumenterna konkurrens mot de traditionella allmännyttiga företagen.

Använda sig av

Elektrisk kraft, som produceras från centrala produktionsstationer och distribueras över ett elöverföringsnät, används ofta i industriella, kommersiella och konsumentapplikationer. Den elektriska förbrukningen per capita i ett land korrelerar med dess industriella utveckling. Elmotorer driver tillverkningsmaskiner och driver tunnelbanor och järnvägståg. Elektrisk belysning är den viktigaste formen av artificiellt ljus. Elektrisk energi används direkt i processer som extraktion av aluminium från sina malmer och vid tillverkning av stål i ljusbågsugnar . Tillförlitlig elkraft är avgörande för telekommunikation och sändning. Elektrisk kraft används för att ge luftkonditionering i varma klimat, och på vissa ställen är elektrisk kraft en ekonomiskt konkurrenskraftig energikälla för att bygga uppvärmning av rum. Användning av elkraft för pumpning av vatten sträcker sig från enskilda hushållsbrunnar till bevattningsprojekt och energilagringsprojekt.

Se även

Referenser

Bibliografi

externa länkar