Электрогенератор физика это – Генерирование электрической энергии. Трансформаторы. — О’Пять пО физике!

Содержание

Электрический генератор

Электрический генератор — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в энергию электрического поля. Источниками механической энергии может быть вода, пар, ветер, двигатель внутреннего сгорания и другие.

История

Первыми электрическими генераторами были – электростатические генераторы. Принцип их действия был основан на явлении статического электричества. Но широкого применения в промышленности эти генераторы не получили, так как они развивали высокое напряжение при малом токе. Ярким примером таких генераторов стал генератор Ван де Граафа. Этот генератор был изобретен Робертом Ван де Граафом в 1929 году и в основном служил для ядерных исследований.

Затем люди начали предпринимать попытки по созданию электромагнитных генераторов, то есть генераторов, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции. Одним из первых в этом направлении стал гениальный физик Майкл Фарадей, который как раз и открыл явление электромагнитной индукции. Также он сформировал принцип работы генераторов, который был назван законом Фарадея. Его суть заключалась в том, что в проводнике, движущемся перпендикулярно магнитному полю, образовывалась разность потенциалов. Доказательством этого принципа стал диск Фарадея. Это простейший генератор, который представлял из себя медный диск, вращающийся между концами подковообразного магнита.

В 1832 году Ипполит Пикси построил первую динамо-машину. Она представляла из себя машину, в которой имелся статор, создающий постоянное магнитное поле и нескольких обмоток, которые в нем вращались. Ток снимался с помощью механического коммутатора. По сути это был первый генератор постоянного тока.

Потом развитие промышленности пошло вверх, и были изобретены генераторы переменного тока, асинхронные и постоянные двигатели.

Принцип действия

Принцип действия электрического генератора основан на взаимодействии проводника и магнитного поля, в котором он движется. Как всегда приводится классический пример с рамкой в магнитном поле. Когда рамка вращается, её пересекают линии магнитной индукции, при этом в рамке образовывается электродвижущая сила. Эта ЭДС заставляет ток течь по рамке и с помощью контактных колец попадать во внешнюю цепь. Примерно так устроен простейший электрический генератор.

Подробнее пример с рамкой разобран в статье – переменный синусоидальный ток.

Применение

Применение электрических генераторов обширно. Они применяются практически везде, где это только возможно. Снабжают
наши дома электроэнергией, заряжают аккумуляторы в автомобилях, используются в промышленности и многое другое.

В настоящее время стали популярны автономные бензиновые и дизельные электрогенераторы, которые могут служить источниками электрической энергии при её отключении, либо вообще при её отсутствии. Такие генераторы используются в быту и в строительстве, так как форма тока имеет искажения, то без применения специального инвертора, подключать к ним какие-то электронные устройства не целесообразно, так как они могут выйти из строя.

  • Просмотров: 4825
  • Электрический генератор — это… Что такое Электрический генератор?

    Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели

    Электрогенераторы в начале XX века


    Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

    История

    Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833 г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

    Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867 гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 г.

    При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867 гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

    В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г. А. Пачинотти.

    В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

    До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

    • Электростатическую индукцию
    • Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

    По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

    Динамо-машина Йедлика

    В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

    Диск Фарадея

    Диск Фарадея

    В 1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

    Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

    Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

    Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

    Динамо-машина

    Основная статья Динамо-машина

    Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Pixii Ипполит Пикси в 1832.

    Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

    Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

    Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

    Другие электрические генераторы, использующие вращение

    Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока. Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания. Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

    МГД генератор

    Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей. Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД. МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

    Классификация

    Электромеханические индукционные генераторы

    Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

     — устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока пронизывающего обмотку генератора.

    Классификация электромеханических генераторов

    • По типу первичного двигателя:
    • По виду выходного электрического тока
        • Трёхфазный генератор
          • С включением обмоток звездой
          • С включением обмоток треугольником
    • По способу возбуждения
      • С возбуждением постоянными магнитами
      • С внешним возбуждением
      • С самовозбуждением
        • С последовательным возбуждением
        • С параллельным возбуждением
        • Со смешанным возбуждением

    См. также

    Ссылки

    Электрический генератор — Википедия (с комментариями)

    Материал из Википедии — свободной энциклопедии

    У этого термина существуют и другие значения, см. Генератор.

    Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

    История

    Динамо-машина Йедлика

    В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1853 и 1856) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

    Диск Фарадея

    В 1831 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

    Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярных генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких магнитов, распределённых по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

    Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

    Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

    Динамо-машина

    Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первую динамо-машину построил Ипполит Пикси в 1832.

    Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель, роторный преобразователь.

    Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

    Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

    Обратимость электрических машин

    Русский учёный Э. Х. Ленц ещё 1833 г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если её питать током, и может служить генератором электрического тока, если её ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838 г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

    Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832 г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжёлый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843 г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851 г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851—1867 гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863 г.

    При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866—1867 гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

    В 1870 г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретённый ещё в 1860 г. А. Пачинотти.

    В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873 г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

    До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой. Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

    По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.

    Другие электрические генераторы, использующие вращение

    Без коммутатора динамо-машина является примером генератора переменного тока. С электромеханическим коммутатором динамо-машина — классический генератор постоянного тока. Генератор переменного тока должен всегда иметь постоянную частоту вращения ротора и быть синхронизирован с другими генераторами в сети распределения электропитания. Генератор постоянного тока может работать при любой частоте ротора в допустимых для него пределах, но вырабатывает постоянный ток.

    МГД генератор

    Магнитогидродинамический генератор напрямую вырабатывает электроэнергию из энергии движущейся через магнитное поле плазмы или другой подобной проводящей среды (например, жидкого электролита) без использования вращающихся частей. Разработка генераторов этого типа началась потому, что на его выходе получаются высокотемпературные продукты сгорания, которые можно использовать для нагрева пара в парогазовых электростанциях и таким образом повысить общий КПД. МГД генератор является обратимым устройством, то есть может быть использован и как двигатель.

    Классификация

    Электромеханические индукционные генераторы

    Электромеханический генера́тор — это электрическая машина, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.

    <math>E=-\frac{d\Phi}{dt}</math> — устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока <math>\Phi</math> пронизывающего обмотку генератора.

    Классификация электромеханических генераторов

    • По типу первичного двигателя:
    • По виду выходного электрического тока
    • По способу возбуждения
      • С возбуждением постоянными магнитами
      • С внешним возбуждением
      • С самовозбуждением
        • С последовательным возбуждением
        • С параллельным возбуждением
        • Со смешанным возбуждением

    См. также

    Напишите отзыв о статье «Электрический генератор»

    Примечания

    1. Studiolum: [wangfolyo.com/2015/09/ganz-abraham-hindukushnal.html Abraham Ganz at the Hindukush] (англ.).

    Ссылки

    • [www.computerra.ru/think/kafedra/316331/ Униполярный генератор], Компьютерра
    • [www.elektromehanicka.narod.ru Конструкции электрических машин]

    Отрывок, характеризующий Электрический генератор

    – А наш чайный столик?
    – О, да!
    – Отчего вы никогда не бывали у Annette? – спросила маленькая княгиня у Анатоля. – А я знаю, знаю, – сказала она, подмигнув, – ваш брат Ипполит мне рассказывал про ваши дела. – О! – Она погрозила ему пальчиком. – Еще в Париже ваши проказы знаю!
    – А он, Ипполит, тебе не говорил? – сказал князь Василий (обращаясь к сыну и схватив за руку княгиню, как будто она хотела убежать, а он едва успел удержать ее), – а он тебе не говорил, как он сам, Ипполит, иссыхал по милой княгине и как она le mettait a la porte? [выгнала его из дома?]
    – Oh! C’est la perle des femmes, princesse! [Ах! это перл женщин, княжна!] – обратился он к княжне.
    С своей стороны m lle Bourienne не упустила случая при слове Париж вступить тоже в общий разговор воспоминаний. Она позволила себе спросить, давно ли Анатоль оставил Париж, и как понравился ему этот город. Анатоль весьма охотно отвечал француженке и, улыбаясь, глядя на нее, разговаривал с нею про ее отечество. Увидав хорошенькую Bourienne, Анатоль решил, что и здесь, в Лысых Горах, будет нескучно. «Очень недурна! – думал он, оглядывая ее, – очень недурна эта demoiselle de compagn. [компаньонка.] Надеюсь, что она возьмет ее с собой, когда выйдет за меня, – подумал он, – la petite est gentille». [малютка – мила.]
    Старый князь неторопливо одевался в кабинете, хмурясь и обдумывая то, что ему делать. Приезд этих гостей сердил его. «Что мне князь Василий и его сынок? Князь Василий хвастунишка, пустой, ну и сын хорош должен быть», ворчал он про себя. Его сердило то, что приезд этих гостей поднимал в его душе нерешенный, постоянно заглушаемый вопрос, – вопрос, насчет которого старый князь всегда сам себя обманывал. Вопрос состоял в том, решится ли он когда либо расстаться с княжной Марьей и отдать ее мужу. Князь никогда прямо не решался задавать себе этот вопрос, зная вперед, что он ответил бы по справедливости, а справедливость противоречила больше чем чувству, а всей возможности его жизни. Жизнь без княжны Марьи князю Николаю Андреевичу, несмотря на то, что он, казалось, мало дорожил ею, была немыслима. «И к чему ей выходить замуж? – думал он, – наверно, быть несчастной. Вон Лиза за Андреем (лучше мужа теперь, кажется, трудно найти), а разве она довольна своей судьбой? И кто ее возьмет из любви? Дурна, неловка. Возьмут за связи, за богатство. И разве не живут в девках? Еще счастливее!» Так думал, одеваясь, князь Николай Андреевич, а вместе с тем всё откладываемый вопрос требовал немедленного решения. Князь Василий привез своего сына, очевидно, с намерением сделать предложение и, вероятно, нынче или завтра потребует прямого ответа. Имя, положение в свете приличное. «Что ж, я не прочь, – говорил сам себе князь, – но пусть он будет стоить ее. Вот это то мы и посмотрим».
    – Это то мы и посмотрим, – проговорил он вслух. – Это то мы и посмотрим.
    И он, как всегда, бодрыми шагами вошел в гостиную, быстро окинул глазами всех, заметил и перемену платья маленькой княгини, и ленточку Bourienne, и уродливую прическу княжны Марьи, и улыбки Bourienne и Анатоля, и одиночество своей княжны в общем разговоре. «Убралась, как дура! – подумал он, злобно взглянув на дочь. – Стыда нет: а он ее и знать не хочет!»
    Он подошел к князю Василью.
    – Ну, здравствуй, здравствуй; рад видеть.
    – Для мила дружка семь верст не околица, – заговорил князь Василий, как всегда, быстро, самоуверенно и фамильярно. – Вот мой второй, прошу любить и жаловать.
    Князь Николай Андреевич оглядел Анатоля. – Молодец, молодец! – сказал он, – ну, поди поцелуй, – и он подставил ему щеку.
    Анатоль поцеловал старика и любопытно и совершенно спокойно смотрел на него, ожидая, скоро ли произойдет от него обещанное отцом чудацкое.
    Князь Николай Андреевич сел на свое обычное место в угол дивана, подвинул к себе кресло для князя Василья, указал на него и стал расспрашивать о политических делах и новостях. Он слушал как будто со вниманием рассказ князя Василья, но беспрестанно взглядывал на княжну Марью.
    – Так уж из Потсдама пишут? – повторил он последние слова князя Василья и вдруг, встав, подошел к дочери.
    – Это ты для гостей так убралась, а? – сказал он. – Хороша, очень хороша. Ты при гостях причесана по новому, а я при гостях тебе говорю, что вперед не смей ты переодеваться без моего спроса.
    – Это я, mon pиre, [батюшка,] виновата, – краснея, заступилась маленькая княгиня.
    – Вам полная воля с, – сказал князь Николай Андреевич, расшаркиваясь перед невесткой, – а ей уродовать себя нечего – и так дурна.
    И он опять сел на место, не обращая более внимания на до слез доведенную дочь.
    – Напротив, эта прическа очень идет княжне, – сказал князь Василий.
    – Ну, батюшка, молодой князь, как его зовут? – сказал князь Николай Андреевич, обращаясь к Анатолию, – поди сюда, поговорим, познакомимся.
    «Вот когда начинается потеха», подумал Анатоль и с улыбкой подсел к старому князю.
    – Ну, вот что: вы, мой милый, говорят, за границей воспитывались. Не так, как нас с твоим отцом дьячок грамоте учил. Скажите мне, мой милый, вы теперь служите в конной гвардии? – спросил старик, близко и пристально глядя на Анатоля.
    – Нет, я перешел в армию, – отвечал Анатоль, едва удерживаясь от смеха.
    – А! хорошее дело. Что ж, хотите, мой милый, послужить царю и отечеству? Время военное. Такому молодцу служить надо, служить надо. Что ж, во фронте?
    – Нет, князь. Полк наш выступил. А я числюсь. При чем я числюсь, папа? – обратился Анатоль со смехом к отцу.
    – Славно служит, славно. При чем я числюсь! Ха ха ха! – засмеялся князь Николай Андреевич.
    И Анатоль засмеялся еще громче. Вдруг князь Николай Андреевич нахмурился.
    – Ну, ступай, – сказал он Анатолю.
    Анатоль с улыбкой подошел опять к дамам.
    – Ведь ты их там за границей воспитывал, князь Василий? А? – обратился старый князь к князю Василью.
    – Я делал, что мог; и я вам скажу, что тамошнее воспитание гораздо лучше нашего.
    – Да, нынче всё другое, всё по новому. Молодец малый! молодец! Ну, пойдем ко мне.
    Он взял князя Василья под руку и повел в кабинет.
    Князь Василий, оставшись один на один с князем, тотчас же объявил ему о своем желании и надеждах.
    – Что ж ты думаешь, – сердито сказал старый князь, – что я ее держу, не могу расстаться? Вообразят себе! – проговорил он сердито. – Мне хоть завтра! Только скажу тебе, что я своего зятя знать хочу лучше. Ты знаешь мои правила: всё открыто! Я завтра при тебе спрошу: хочет она, тогда пусть он поживет. Пускай поживет, я посмотрю. – Князь фыркнул.
    – Пускай выходит, мне всё равно, – закричал он тем пронзительным голосом, которым он кричал при прощаньи с сыном.
    – Я вам прямо скажу, – сказал князь Василий тоном хитрого человека, убедившегося в ненужности хитрить перед проницательностью собеседника. – Вы ведь насквозь людей видите. Анатоль не гений, но честный, добрый малый, прекрасный сын и родной.
    – Ну, ну, хорошо, увидим.
    Как оно всегда бывает для одиноких женщин, долго проживших без мужского общества, при появлении Анатоля все три женщины в доме князя Николая Андреевича одинаково почувствовали, что жизнь их была не жизнью до этого времени. Сила мыслить, чувствовать, наблюдать мгновенно удесятерилась во всех их, и как будто до сих пор происходившая во мраке, их жизнь вдруг осветилась новым, полным значения светом.
    Княжна Марья вовсе не думала и не помнила о своем лице и прическе. Красивое, открытое лицо человека, который, может быть, будет ее мужем, поглощало всё ее внимание. Он ей казался добр, храбр, решителен, мужествен и великодушен. Она была убеждена в этом. Тысячи мечтаний о будущей семейной жизни беспрестанно возникали в ее воображении. Она отгоняла и старалась скрыть их.
    «Но не слишком ли я холодна с ним? – думала княжна Марья. – Я стараюсь сдерживать себя, потому что в глубине души чувствую себя к нему уже слишком близкою; но ведь он не знает всего того, что я о нем думаю, и может вообразить себе, что он мне неприятен».
    И княжна Марья старалась и не умела быть любезной с новым гостем. «La pauvre fille! Elle est diablement laide», [Бедная девушка, она дьявольски дурна собою,] думал про нее Анатоль.
    M lle Bourienne, взведенная тоже приездом Анатоля на высокую степень возбуждения, думала в другом роде. Конечно, красивая молодая девушка без определенного положения в свете, без родных и друзей и даже родины не думала посвятить свою жизнь услугам князю Николаю Андреевичу, чтению ему книг и дружбе к княжне Марье. M lle Bourienne давно ждала того русского князя, который сразу сумеет оценить ее превосходство над русскими, дурными, дурно одетыми, неловкими княжнами, влюбится в нее и увезет ее; и вот этот русский князь, наконец, приехал. У m lle Bourienne была история, слышанная ею от тетки, доконченная ею самой, которую она любила повторять в своем воображении. Это была история о том, как соблазненной девушке представлялась ее бедная мать, sa pauvre mere, и упрекала ее за то, что она без брака отдалась мужчине. M lle Bourienne часто трогалась до слез, в воображении своем рассказывая ему , соблазнителю, эту историю. Теперь этот он , настоящий русский князь, явился. Он увезет ее, потом явится ma pauvre mere, и он женится на ней. Так складывалась в голове m lle Bourienne вся ее будущая история, в самое то время как она разговаривала с ним о Париже. Не расчеты руководили m lle Bourienne (она даже ни минуты не обдумывала того, что ей делать), но всё это уже давно было готово в ней и теперь только сгруппировалось около появившегося Анатоля, которому она желала и старалась, как можно больше, нравиться.
    Маленькая княгиня, как старая полковая лошадь, услыхав звук трубы, бессознательно и забывая свое положение, готовилась к привычному галопу кокетства, без всякой задней мысли или борьбы, а с наивным, легкомысленным весельем.
    Несмотря на то, что Анатоль в женском обществе ставил себя обыкновенно в положение человека, которому надоедала беготня за ним женщин, он чувствовал тщеславное удовольствие, видя свое влияние на этих трех женщин. Кроме того он начинал испытывать к хорошенькой и вызывающей Bourienne то страстное, зверское чувство, которое на него находило с чрезвычайной быстротой и побуждало его к самым грубым и смелым поступкам.
    Общество после чаю перешло в диванную, и княжну попросили поиграть на клавикордах. Анатоль облокотился перед ней подле m lle Bourienne, и глаза его, смеясь и радуясь, смотрели на княжну Марью. Княжна Марья с мучительным и радостным волнением чувствовала на себе его взгляд. Любимая соната переносила ее в самый задушевно поэтический мир, а чувствуемый на себе взгляд придавал этому миру еще большую поэтичность. Взгляд же Анатоля, хотя и был устремлен на нее, относился не к ней, а к движениям ножки m lle Bourienne, которую он в это время трогал своею ногою под фортепиано. M lle Bourienne смотрела тоже на княжну, и в ее прекрасных глазах было тоже новое для княжны Марьи выражение испуганной радости и надежды.
    «Как она меня любит! – думала княжна Марья. – Как я счастлива теперь и как могу быть счастлива с таким другом и таким мужем! Неужели мужем?» думала она, не смея взглянуть на его лицо, чувствуя всё тот же взгляд, устремленный на себя.
    Ввечеру, когда после ужина стали расходиться, Анатоль поцеловал руку княжны. Она сама не знала, как у ней достало смелости, но она прямо взглянула на приблизившееся к ее близоруким глазам прекрасное лицо. После княжны он подошел к руке m lle Bourienne (это было неприлично, но он делал всё так уверенно и просто), и m lle Bourienne вспыхнула и испуганно взглянула на княжну.
    «Quelle delicatesse» [Какая деликатность,] – подумала княжна. – Неужели Ame (так звали m lle Bourienne) думает, что я могу ревновать ее и не ценить ее чистую нежность и преданность ко мне. – Она подошла к m lle Bourienne и крепко ее поцеловала. Анатоль подошел к руке маленькой княгини.
    – Non, non, non! Quand votre pere m’ecrira, que vous vous conduisez bien, je vous donnerai ma main a baiser. Pas avant. [Нет, нет, нет! Когда отец ваш напишет мне, что вы себя ведете хорошо, тогда я дам вам поцеловать руку. Не прежде.] – И, подняв пальчик и улыбаясь, она вышла из комнаты.

    Генерирование электрической энергии — Класс!ная физика

    Генерирование электрической энергии

    «Физика — 11 класс»

    Электрическую энергию можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями.
    С помощью простых устройств электрическую энергию легко превратить в другие формы энергии: механическую, внутреннюю (нагревание тел), энергию света и т. д.
    Переменный ток в отличие от постоянного имеет то преимущество, что напряжение и силу тока можно преобразовывать почти без потерь энергии.
    Такие преобразования необходимы при передаче электроэнергии на большие расстояния и во многих электро- и радиотехнических устройствах.

    Электрический ток вырабатывается в генераторах — устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию.
    К генераторам относятся гальванические элементы (дают большой ток, но продолжительность их действия невелика), электростатические машины (создают высокую разность потенциалов, но не способны создать большую силу тока), термобатареи, солнечные батареи и т. п.

    Электромеханические индукционные генераторы переменного тока

    В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую.
    Их действие основано на явлении электромагнитной индукции.
    Электроммеханические генераторы имеют простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.

    Такой генератор состоит из:
    электромагнита или постоянного магнита, создающего магнитное поле, и обмотки, в которой индуцируется переменная ЭДС (вращающаяся рамка).
    Так как ЭДС, наводимые в каждом из витков, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу ее витков.
    Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока (Фm = BS) через каждый виток.


    Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, изготовленных из электротехнической стали.
    Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого.
    Один из сердечников (обычно внутренний) вместе с обмоткой вращают вокруг горизонтальной или вертикальной оси.
    Поэтому он называется ротором.
    Неподвижный сердечник с обмоткой называют статором.
    Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим для увеличения потока вектора магнитной индукции.


    В изображенной модели генератора вращают проволочную рамку, которая является ротором (но без железного сердечника).
    Магнитное поле создает неподвижный постоянный магнит.
    Хотя, можно и наоборот: вращать магнит, а рамку оставить неподвижной.

    В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, являющийся ротором, а обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными.


    Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов.
    Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки.
    Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.
    Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь.
    Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту.
    Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу.

    В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны.

    Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

    Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



    Производство, передача и использование электрической энергии. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

    Генерирование электрической энергии — Трансформаторы — Производство, передача и использование электрической энергии

    Устройство и применение генератора переменного тока | EN-PROF.RU

     

    Генератор переменного тока – это машина, которая преобразует механическую энергию в энергию электрическую на основании закона электромагнитной индукции. Проводник перемещается в магнитном поле, силовые линии поля пересекают проводник, в результате чего в проводнике инициируется движение электронов, что в свою очередь приводит к возникновению электродвижущей силы. Если к концам проводника подключить нагрузку, то в проводнике возникнет ток.

    Переменным ток называется по той причине, что в течение времени он меняется по своей величине и направлению. При чем, изменения эти носят периодический (синусоидальный) характер. На графике это выглядит следующим образом:

    Нулевая точка – это начало отсчета. Дальше показано, как ток изменяется во времени.

    Устройство генератора переменного тока

    Генератор состоит из проводника, намотанного на стальной магнитопровод (якорь) и системы магнитов – обыкновенных или электрических. Электрическая энергия снимается с якоря при помощи угольных щеток, прилегающих к кольцу, к которому в свою очередь присоединены концы проводника.

    Якорь – подвижная (вращающаяся) часть генератора, статор – неподвижная, создающая магнитное поле.

    Если магнитное поле в генераторе наводится электромагнитами, то в паре с ним работает еще один генератор – возбудитель. В возбудителе магнитное поле наводится обыкновенными магнитами.

    В движение якорь приводится различными механическими средствами, в зависимости от применения. На электростанции – это турбины (паровые, водяные). В бытовых генераторах якорь вращается механической энергией, получаемой за счет двигателя внутреннего сгорания.

    Область применения

    Переменный ток широко распространен. На сегодняшний день на переменном токе работает почти вся бытовая техника и промышленность. Связано это с тем, что переменный ток передается на большие расстояния, с гораздо меньшими потерями, нежели постоянный. Также, переменный ток, легко преобразуется в постоянный с помощью диодных выпрямителей. Постоянный ток, преобразовать в переменный невозможно.

    Генераторы переменного тока используются на всех электростанциях.

    Промышленные электрогенераторы переменного тока используются для обеспечения аварийного автономного питания больниц, школ, детских садов, торговых и промышленных объектов. Также промышленные генераторные установки используются при строительстве новых объектов, это позволяет использовать электрооборудование на участках, где отсутствуют другие источники электроэнергии.

    В бытовых дизельных и бензиновых установках для различных целей. Это и обеспечение автономного питания, в случае отключения линии электроэнергии, и ее получение в местах, где линия электропередач отсутствует.

    Генерация электроэнергии — Википедия

    Генерация электричества — это процесс получения электроэнергии из источников первичной энергии. Особенностью электричества является то, что оно не является первичной энергией, свободно присутствующей в природе в значительных количествах, и ее необходимо производить. Производство электричества происходит, как правило, с помощью генераторов на промышленных предприятиях, которые называются электростанциями. В электроэнергетике генерация электроэнергии является первым этапом доставки электроэнергии конечным пользователям, другие этапы — передача, распределение, накопление и восстановление энергии на гидроаккумулирующих электростанциях.

    Основной принцип выработки электроэнергии был открыт в 1820-х и начале 1830-х годов британским ученым Майклом Фарадеем . Его метод, который используется и сегодня, заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при движении этого контура между полюсами магнита, возникает электрический ток.

    С развитием техники экономически выгодной стала следующая схема производства электричества. Электрические генераторы, установленные на электростанции, централизованно вырабатывают электрическую энергию в виде переменного тока. С помощью силовых трансформаторов электрическое напряжение вырабатываемого переменного тока повышается, что позволяет передавать его по проводам с низкими потерями. На месте потребления электрической энергии, напряжение переменного тока снижается с помощью понижающих трансформаторов и передаётся потребителям. Электрификация наряду с бессемеровским способом выплавки стали стала основой Второй промышленной революции. Основные изобретения, сделавшие электричество общедоступным и незаменимым, сделали Томас Алва Эдисон и Никола Тесла .

    Производство электроэнергии на центральных электростанциях началось в 1882 году, когда на станции Пёрл-стрит в Нью-Йорке[1]паровой двигатель, приводил в движение динамо-машину, которая производила постоянный ток, для освещения Пёрл-стрит. Новая технология была быстро внедрена во многих городах по всему миру, которые быстро перевели осветительные фонари на электрическую энергию. Вскоре после этого электрические лампы стали широко использоваться в общественных зданиях, на предприятиях и для питания общественного транспорта, (трамваев и поездов). С тех пор производство электрической энергии в мире постоянно возрастает.

    Схема производства и передачи электричества. Системы генерации отмечены красным цветом

    Основным способом производства электрической энергии является её выработка электрическим генератором, находящимися на одной оси с турбиной, и преобразующим кинетическую энергию вращения турбины в электричество. В зависимости от вида рабочего агента, вращающего турбину электростанции делятся на гидравлические и тепловые (включая ядерные).

    Гидроэнергетика[править | править код]

    Гидроэнергетика — отрасль производства электроэнергии от возобновляемого источника, использующая для производства электроэнергии кинетическую энергию водного потока. Предприятиями по производству энергии в этой области являются гидроэлектростанции (ГЭС), которые строят на реках.

    При строительстве гидроэлектростанции с помощью плотин на реках искусственно создается перепад уровней водной поверхности (верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний специальными водоводам, в которых расположены водные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина вращает соосный ротор электрогенератора.

    Особой разновидностью ГЭС является гидроаккумулирующие электрические станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы.

    Тепловая электроэнергетика[править | править код]

    Предприятиями тепловой электроэнергетики является тепловые электростанции (ТЭС), на которых в электрическую энергию превращается тепловая энергия сгорания органического топлива. Тепловые электростанции бывают двух основных видов:

    Конденсационные (КЭС, для которых в прошлом использовалась аббревиатура ГРЭС — государственная районная электростанция). Конденсационной называют тепловую электростанцию, которая предназначена исключительно для производства электрической энергии. На КЭС тепло, которое было получено при сжигании топлива, нагревает воду в парогенераторах, и образовавшийся перегретый водяной пар подается в паровую турбину, на одной оси с которой находится электрический генератор. В турбине внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию, которая в электрическом генераторе создает электрический ток, подаваемый в электрическую сеть. Отработанный пар отводится в конденсатор. Оттуда сконденсировавшаяся вода перекачивается насосами обратно в парогенератор.

    Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ ). Теплофикационной называется тепловая электростанция, в которой часть тепловой энергии направляется на выработку электрической энергии, а часть поступает для обогрева окрестных жилых районов. Комбинированная выработка тепла и электрической энергии на ТЭЦ значительно повышает эффективность использования топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях, а тепла для обогрева — в домашних котельных установках

    Технологические схемы КЭС и ТЭЦ похожи. Принципиальное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в том, что часть образовавшегося в котле пара идет на нужды теплоснабжения.

    Ядерная энергетика[править | править код]

    В ядерной энергетике для производства энергии и тепла используется ядерная энергия. Предприятиями ядерной энергетики являются атомные электростанции (АЭС). Принцип выработки электроэнергии на АЭС то же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании органического топлива, а в результате ядерной реакции в ядерном реакторе. Дальнейшая схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: парогенератор получает тепло от реактора и вырабатывает пар, тот поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС их рентабельно использовать только для производства электричества, хотя отдельные эксперименты в области атомной теплофикации проводились.

    Схема работы ядерной электростанции

    Альтернативная электроэнергетика[править | править код]

    Ветровые турбины обычно обеспечивают выработку электроэнергии в сочетании с другими методами производства электроэнергии.

    К альтернативной электроэнергетике относятся способы генерирования электроэнергии, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с «традиционными» (упомянутыми выше), но по разным причинам не получили широкого распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

    Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии. Интересно, что согласно закону Беца КПД ветряной турбины не может быть больше, чем 59,3 %

    Солнечная энергетика (гелиоэнергетика) — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей посредством фотоэлектрического эффекта. Солнечные батареи преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Несмотря на то, что солнечный свет бесплатен и имеется в изобилии, крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электростанциях, обходится дороже, чем производство электроэнергии с помощью электрических генераторов. Это связано с высокой стоимостью солнечных батарей, которая однако постоянно снижается. В настоящее время коммерчески доступны батареи с КПД преобразования почти 30%. В экспериментальных системах была продемонстрирована эффективность более 40%[2] . До недавнего времени фотоэлектрические устройства чаще всего использовались на космических орбитальных станциях, в малонаселенных местах, где нет доступа к коммерческой электросети, или в качестве дополнительного источника электроэнергии для отдельных домов и предприятий. Последние достижения в области эффективности производства и фотоэлектрических технологий в сочетании с субсидиями, обусловленными экологическими проблемами, значительно ускорили развертывание солнечных панелей. Установленная мощность растет на 40% в год благодаря росту производства электроэнергии в Марокко[3], Германии, Китае, Японии и США. Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики является необходимость создния аккумулирующих мощностей для функционирования в ночное (для гелиоэнергетики) или безветренное (для ветроэнергетики) время.

    Геотермальная энергетика — промышленное получение энергии, в частности электроэнергии, из горячих источников, термальных подземных вод. По сути геотермальные станции являются обычными ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара вместо котла или ядерного реактора используются подземные источники тепла из недр Земли. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где эти природные источники тепла являются самыми доступными.

    Водородная энергетика  — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода является абсолютно экологически чистым (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика пока не может из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах.

    Стоит также отметить такие альтернативные виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях для производства электрической энергии используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения очень многих факторов при проектировании электростанции: необходимо такое побережья, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильными и устойчивыми.

    Электрохимия[править | править код]

    Электрохимическая выработка энергии происходит в процессе прямого преобразования энергии химических связей в электричество, как, например, в батарее . Электрохимическое производство электроэнергии важно в портативных и мобильных приложениях. В настоящее время большая часть электрохимической энергии поступает от батарей[4]. Первичные элементы, такие как обычные цинк-углеродные батареи, действуют непосредственно в качестве источников энергии, в то время, как вторичные элементы (аккумуляторные батареи) используются хранения электроэнергии, а не для её выработки. Открытые электрохимические системы, известные как топливные элементы, могут использоваться для извлечения энергии из природного или синтетического топлива.

    В местах, где много соленной и пресной воды возможно создание осмотических электростанций.

    Экономика производства электроэнергии[править | править код]

    США 2014 Производство электроэнергии по типам. [5]

    Строительство объектов электроэнергетики очень затратно, срок их окупаемости велик. Экономическая эффективность того или иного способа производства электроэнергии зависит от многих параметров, в первую очередь, от спроса на электроэнергию и от региона. В зависимости от соотношения этих параметров варьируются и отпускные цены не электроэнергию, например, цена электроэнергии в Венесуэле составляет 3 цента за кВтч, а в Дании — 40 центов за кВтч.


    Выбор типа электростанции также основывается в первую очередь на учете местных потребностей в электроэнергии и колебаниях спроса. Кроме того, все электрические сети имеют различные нагрузки, но электростанции, которые подключены к сети и работают непрерывно должны обеспечить базовую нагрузку — дневной минимум потребления. Базовую нагрузку могут обеспечить только крупные тепловые и атомные электростанции, мощность которых можно в определенных пределах регулировать. В гидроэлектростанциях возможность регулирования мощности значительно меньше.

    Тепловые электростанции предпочтительно строить в районах с высокой плотностью промышленных потребителей. Отрицательное влияние загрязнения местности отходами может быть сведено к минимуму, поскольку электростанции обычно располагаются вдали от жилых районов. Существенным для теплоэлектростанции является вид сжигаемого топлива. Обычно самым дешевым топливом для тепловых электростанций является уголь. Но если цена природного газа опускается ниже определенного предела, его использование для выработки электроэнергии становится более предпочтительным чем выработка электроэнергии путем сжигания угля[6].

    Главным достоинством атомныъ электростанций является большая мощность каждого энергетического блока при относительно небольших размерах и высокая экологичность при чётком соблюдении всех правил работы. Однако потенциальные опасности от сбоя атомных станций очень велики.

    Гидроэлектростанции строятся, как правило, в отдаленных районах и являются чрезвычайно экологичными, но их мощность сильно меняется в зависимости от времени года, и они не могут регулировать выдаваемую в электрическую сеть мощность в широких пределах.

    Стоимость выработки электроэнергии из возобновляемых источников (за исключением гидроэнергии) в последнее время значительно упала. Стоимость электроэнергии, добываемой из солнечной энергии, энергии ветра, энергии приливов во многих случаях уже сопоставима со стоимостью электроэнергии, добываемой на тепловых электростанциях. С учётом государственных субсидий строительство электростанций работающих с возобновляемыми источниками экономически целесообразно. Однако главный недостаток подобных электростанций — непостоянный характер их работы и невозможность регулировать их мощность.

    В 2018 году производство электроэнергии на ветровых электростанциях, расположенных в море, стало дешевле производства электроэнергии на атомных электростанциях[7].

    Различия между странами, производящими электроэнергию, влияют на озабоченность состоянием окружающей среды. Во Франции только 10% электроэнергии вырабатывается из ископаемого топлива, в США этот показатель доходит до 70%, а в Китае — до 80%[8]. Экологичность производства электричества зависит от типа электростанции. Большинство ученых сходятся во мнении, что выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов от производства электроэнергии на основе ископаемого топлива составляют значительную часть мировых выбросов парниковых газов; в Соединенных Штатах на выработку электроэнергии приходится почти 40% выбросов, самый большой из всех источников. Транспортные выбросы сильно отстают, обеспечивая около трети производства диоксида углерода в США[9]. В Соединенных Штатах сжигание ископаемого топлива для выработки электроэнергии является причиной 65% всех выбросов диоксида серы, основного компонента кислотных дождей[10]. Производство электроэнергии является четвертым по величине комбинированным источником NOx, окиси углерода и твердых частиц в США[11]. В июле 2011 года парламент Великобритании констатировал, что при выработке одного киловатт-часа «выбросы (двуокиси углерода) в ядерной энергетике примерно в три раза ниже, чем на солнечных электростанция, в четыре раза ниже, чем при сжигании обогащенного угля, и в 36 раз ниже, чем при сжигании обычного угля»[12].

    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя

    Альтернативные источники энергии сегодня самое модное направление в науке. Передовые технологии наперебой соревнуются в получении дешевого электричества из энергии воздуха, солнца, воды. И абсолютно все из них борются за максимальное КПД. Ведь если затраты на производство превысят количество полученной энергии, то какой тогда в ней толк – разве что для забавы сделать несколько занимательных физических опытов.
    Термоакустика так бы и осталась теоретической наукой для лабораторий и физкабинетов, если бы не предшествующие изобретения в другой отрасли физики — термодинамике. Она получила новый период возрождения с изобретением теплового двигателя Стирлинга. Произошло это еще в 19 веке, и практически сразу привело буквально к революции в технической сфере. Тепловую энергию стали широко использовать во всевозможных двигателях. А вот разбираемое нами сегодня изобретение относится именно к термоакустике – науке о взаимодействии звука и тепла. Вы спросите, причем тут двигатель и генератор? Давайте разбираться по порядку.
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя

    Принцип работы термоакустического двигателя


    Это импровизированное устройство собрано буквально из подручных материалов, или даже их остатков. Однако это не мешает ему называться генератором на основе двигателя, добывая электричество из тепла. В основу этого явления положен принцип создания акустических волн, пропускаемых через резонатор с двумя мембранами, создающими резонанс. На верхней из них расположен магнит, вибрирующий от этих волн с определенной частотой. Это приводит к образованию магнитного поля, улавливаемого катушкой индуктивности. Она в свою очередь способна производить электрический ток, передаваемый потребителю.
    Основой данного изобретения является верхний модуль – термоакустический преобразователь или двигатель. По сути это стеклянная трубка, которая поделена на три зоны:
    • Зона нагрева – в ней происходит нагревание воздуха или газа;
    • Зона регенератора – вещества, которое поочередно контактирует с холодным и горячим воздухом;
    • Зона охлаждения – в которой понижается температура воздуха.

    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя

    Материалы и инструменты


    Для создания двигателя-генератора нам понадобятся следующие ингредиенты:
    • Стеклянная термостойкая трубка;
    • Отрезок металлической трубы;
    • Несколько сантехнических ПВХ уголков;
    • Кусок картонной трубки;
    • Резиновый шар или перчатка для мембран;
    • Изолента;
    • Моток металлической ваты или мочалки для мытья посуды;
    • Неодимовый магнит;
    • Катушка индуктивности;
    • Небольшой отрез салфетки для мытья посуды;
    • Деревянная подкладка под наружную розетку или выключатель;
    • Герметик, клей.

    Из инструментов можно посоветовать иметь то, что всегда должно быть под рукой у настоящего любителя мастерить: нож, плоскогубцы, кусачки, отвертка, клеевой и силиконовый пистолет.

    Собираем термоакустический генератор


    Конструкция двигателя собрана на основе каркасных медных трубок и одной стеклянной. Объединяет их резонатор — важная и необычная деталь этого двигателя. В ней то и происходит перемещение звуковых волн, создаваемых регенератором.
    Это простая картонная трубка, в середине которой находится мембрана, не дающая воздуху совершать кругооборот. Если исключить этот элемент, то колебаний в верхней мембране, которая находится в горловине резонатора, попросту не будет.
    Автор видеоролика предпочел разрезать трубку наполовину, и натянуть на одну из частей отрезок резиновой медицинской перчатки в качестве нижней мембраны. Шов соединенных фрагментов резонатора он обмотал изолентой.
    Горловину резонатора он расширил специально чтобы усилить действие звуковых колебаний от регенератора на верхнюю мембрану. Ее он сделал из более плотной резины воздушного шара. На днище трубки установлена деревянная подложка под наружные выключатель или розетку для устойчивости установки.
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Стеклянная трубка-двигатель представляет собой пробирку, в середину которой помещен кусок металлической ваты или стружки. После зоны регенерации должно происходить охлаждение воздуха, чему способствует смоченный в воде отрезок ткани, обмотанный вокруг основания пробирки. За счет перемещения воздуха через две противоположные температурные среды происходит интенсивная генерация звуковых волн.
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Завершающей частью двигателя является небольшой, но мощный неодимовый магнит. Он то и создает небольшие, но очень частые колебания, передающиеся от мембраны под воздействием звука.
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Чтобы превратить этот термоакустический двигатель в генератор нам понадобится катушка индуктивности или простейший соленоид. Этот элемент можно сделать своими руками, намотав медную проволоку на катушку, например, от рыболовных снастей. Главное условие – внутренний диаметр ее должен быть больше диаметра магнита.
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    В качестве передатчика тепловой энергии для установки небольших размеров можно использовать обыкновенную свечу или кусочек сухого спирта, а заодно и сравнить получаемую мощность от разных источников тепла.
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    В проводимом эксперименте автор демонстрирует эффект от приближения катушки индуктивности к магниту и ее отдаления. Поскольку накопительная емкость в данной электрической цепи отсутствует, разница ощутима мгновенно.
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Закрепив катушку в зоне магнитного поля, можно получать от такого генератора электроэнергию для питания, например, светодиодной панели или фонарей.
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя
    Электрогенератор на базе термоакустического двигателя

    Заключение


    Конечно же такое изобретение на сегодняшний день нельзя считать полностью законченным и полноценным. Оно требует доработки, поскольку сам автор признается, что вибрация от звуковых волн достаточно ощутимая. Корпус двигателя легок, и не содержит никакого стабилизатора, да и сама конструкция хлипковата. Однако сам факт получения электричества от тепла нельзя не признать. Возможно ваша модернизация данной установки приведет к грандиозному прорыву в области альтернативной энергетики, и мир наконец-то получит источник дешевой чистой энергии без вреда для нашей планеты.

    Смотрите видео создания и испытания термоакустического двигателя


    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о