מסביר: מהו חשמל?

חשמל הוא סוג של אנרגיה. חשמל הוא זרימת האלקטרונים. כל החומר מורכב מאטומים, ולאטום יש מרכז, המכונה גרעין. הגרעין מכיל חלקיקים טעונים חיוביים הנקראים פרוטונים וחלקיקים לא טעונים הנקראים נויטרונים. גרעין האטום מוקף בחלקיקים טעונים שליליים הנקראים אלקטרונים. המטען השלילי של אלקטרון שווה למטען החיובי של פרוטון, ומספר האלקטרונים באטום בדרך כלל שווה למספר הפרוטונים. כאשר כוח האיזון בין פרוטונים לאלקטרונים מופרע על ידי כוח חיצוני, אטום עשוי להשיג או לאבד אלקטרון. כאשר אלקטרונים "הולכים לאיבוד" מאטום, התנועה החופשית של אלקטרונים אלה מהווה זרם חשמלי.

חשמל הוא חלק בסיסי מהטבע וזה אחת מצורות האנרגיה הנפוצות ביותר שלנו. אנו מקבלים חשמל, שהוא מקור אנרגיה משני, מההמרה של מקורות אחרים של אנרגיה, כמו פחם, גז טבעי, נפט, כוח גרעיני ומקורות טבעיים אחרים, הנקראים ראשוניים מקורות. ערים ועיירות רבות נבנו לצד מפלים (מקור אנרגיה ראשוני) שהפכו גלגלי מים לביצוע עבודות. לפני שהתחיל ייצור החשמל לפני קצת יותר ממאה שנה, בתים היו מוארים במנורות נפט, האוכל התקרר בתיבות הקרח והחדרים התחממו על ידי תנורים בוערים או בוערים. מתחיל עם

כדי לפתור את בעיית שליחת החשמל למרחקים ארוכים, ג'ורג 'ווסטינגהאוס פיתח מכשיר שנקרא שנאי. השנאי אפשר להעביר חשמל בצורה יעילה למרחקים ארוכים. זה איפשר לספק חשמל לבתים ועסקים שנמצאים הרחק מהמפעל לייצור חשמל.

למרות חשיבותם הרבה בחיי היומיום שלנו, רובנו לעתים רחוקות עוצרים לחשוב איך היו נראים החיים ללא חשמל. ובכל זאת, כמו אוויר ומים, אנו נוטים לקחת חשמל כמובן מאליו. כל יום אנו משתמשים בחשמל בכדי לבצע פונקציות רבות עבורנו - החל מתאורה וחימום / קירור של בתים שלנו ועד היותם מקור הכוח לטלוויזיות ומחשבים. חשמל הוא צורת אנרגיה נשלטת ונוחה המשמשת ליישומי חום, אור וכוח.

כיום, קמה תעשיית הכוח החשמלי של ארה"ב (ארה"ב) בכדי להבטיח כי אספקת חשמל מספקת תעמוד בכל דרישות הביקוש בכל רגע נתון.

גנרטור חשמלי הוא מכשיר להמרת אנרגיה מכנית לתוכו אנרגיה חשמלית. התהליך מבוסס על הקשר בין מגנטיות לחשמל. כאשר חוט או כל חומר מוליך חשמלי אחר נע על פני שדה מגנטי, מתרחש זרם חשמלי בחוט. לגנרטורים הגדולים המשמשים את תעשיית כלי החשמל יש מוליך נייח. מגנט המחובר לקצה מוט מסתובב ממוקם בתוך טבעת מוליכה נייחת העטופה בחתיכת חוט ארוכה ורציפה. כאשר המגנט מסתובב, הוא משרה זרם חשמלי קטן בכל קטע תיל כשהוא עובר. כל חלק מחוט מהווה מוליך חשמלי קטן ונפרד. כל הזרמים הקטנים של קטעים נפרדים מסתכמים בזרם אחד בגודל ניכר. זרם זה הוא מה שמשמש לכוח חשמלי.

תחנת כוח חשמלית משתמשת בטורבינה, במנוע, בגלגל מים או בדומים אחרים מכונה להנעת גנרטור חשמלי או התקן הממיר אנרגיה מכנית או כימית ל חשמל. טורבינות קיטור, מנועי בעירה פנימית, טורבינות בעירה בגז, טורבינות מים וטורבינות רוח הן השיטות הנפוצות ביותר לייצור חשמל.

מרבית החשמל בארצות הברית מיוצר ב טורבינות קיטור. טורבינה ממירה את האנרגיה הקינטית של נוזל נע (נוזל או גז) לאנרגיה מכנית. לטורבינות קיטור יש סדרת להבים המותקנות על פיר שמולו נאלץ אדים, ובכך מסובבים את הפיר המחובר לגנרטור. בטורבינת קיטור מאובנת מאובנים, הדלק נשרף בתנור לחימום מים בדוד לייצור אדים.

פחם, נפט (נפט) וגז טבעי נשרפים בתנורים גדולים כדי לחמם מים כדי ליצור אדים שבתורם דוחפים את להבי הטורבינה. האם ידעת שפחם הוא מקור האנרגיה העיקרי הגדול ביותר המשמש לייצור חשמל בארצות הברית? בשנת 1998 יותר ממחצית (52%) מסך החשמל של 3.62 טריליון קילוואט המחוז השתמשו בפחם כמקור האנרגיה שלה.

גז טבעי, בנוסף להישרף לחימום מים לקיטור, יכול להישרף גם לייצור חם גזי בעירה העוברים ישירות דרך טורבינה, ומסובבים את להבי הטורבינה ליצירת חשמל. טורבינות גז משמשות לרוב כאשר הביקוש לשימוש בכלי חשמל הוא ביקוש רב. בשנת 1998 15% מהחשמל של האומה דלק בגז טבעי.

נפט יכול לשמש גם ליצירת אדים להפיכת טורבינה. שמן דלק שיורי, מוצר המזוקק מנפט גולמי, הוא לרוב מוצר הנפט המשמש במפעלים חשמליים המשתמשים בנפט לייצור קיטור. נפט שימש לייצור פחות משלושה אחוז (3%) מכל החשמל שנוצר במפעלי חשמל בארה"ב בשנת 1998.

כוח גרעיני היא שיטה בה קיטור מיוצר על ידי חימום מים בתהליך שנקרא ביקוע גרעיני. בתחנת כוח גרעינית, הכור מכיל ליבת דלק גרעיני, בעיקר אורניום מועשר. כאשר אטומים של דלק אורניום נפגעים על ידי נויטרונים הם מתפצלים (מתפצלים), ומשחררים חום ועוד נויטרונים. בתנאים מבוקרים, נויטרונים אחרים אלה יכולים לפגוע באטומי יותר אורניום, לפצל יותר אטומים וכן הלאה. בכך יכולה להתבצע ביקוע רציף ויוצר תגובת שרשרת המשחררת חום. החום משמש להפיכת מים לקיטור, שבתורו, מסתובב טורבינה המייצרת חשמל. בשנת 2015 משתמשים בכוח גרעיני לייצור 19.47 אחוזים מכלל החשמל במדינה.

נכון לשנת 2013 כוח ההידרדרות מהווה 6.8 אחוזים מייצור החשמל האמריקני. זהו תהליך בו מים זורמים משמשים לסיבוב טורבינה המחוברת לגנרטור. ישנם בעיקר שני סוגים בסיסיים של מערכות הידרואלקטריות המייצרות חשמל. במערכת הראשונה מים זורמים מצטברים במאגרים שנוצרו באמצעות סכרים. המים נופלים דרך צינור שנקרא אבן תקע ומפעילים לחץ כנגד להבי הטורבינה כדי להניע את הגנרטור לייצור חשמל. במערכת השנייה, הנקראת ריצת נהר, כוח זרם הנהר (ולא מים נופלים) מפעיל לחץ על להבי הטורבינה לייצור חשמל.

כוח גיאוטרמי מקורו באנרגיית חום הקבורה מתחת לפני האדמה. באזורים מסוימים במדינה זורמת מאגמה (חומר מותך מתחת לקרום האדמה) קרוב מספיק ל פני האדמה לחימום מים תת קרקעיים לאדים, אותם ניתן להקיש לשימוש בטורבינת קיטור צמחים. החל משנת 2013 מקור אנרגיה זה מייצר פחות מ -1% מהחשמל במדינה, אם כי הערכה של ארה"ב אנרגיה ניהול מידע שתשע מדינות מערביות יכולות לייצר מספיק חשמל בכדי לספק 20 אחוז ממדינת המדינה צרכי אנרגיה.

אנרגיה סולארית נגזרת מאנרגיית השמש. עם זאת, אנרגיית השמש אינה זמינה במשרה מלאה והיא מפוזרת באופן נרחב. התהליכים ששימשו לייצור חשמל באמצעות אנרגיית השמש היו מבחינה היסטורית יקרים יותר מאשר שימוש בדלקים מאובנים קונבנציונליים. המרה פוטו-וולטאית מייצרת כוח חשמלי ישירות מאור השמש בתא פוטו-וולטאי (סולארי). גנרטורים חשמליים-סולאריים משתמשים באנרגיה הקורנת מהשמש כדי לייצר קיטור להנעת טורבינות. בשנת 2015, פחות מ- 1% מהחשמל של האומה סופק באמצעות אנרגיה סולארית.

אנרגיית רוח נגזר מההמרה של האנרגיה הכלולה ברוח לחשמל. כוח רוח, כמו השמש, הוא בדרך כלל מקור יקר לייצור חשמל. בשנת 2014 הוא שימש לכ -4.44 אחוז מהחשמל של המדינה. טורבינת רוח דומה לטחנת רוח טיפוסית.

ביומסה (עץ, פסולת עירונית מוצקה (זבל)) ופסולת חקלאית, כגון קלחי תירס וקש חיטה, הם כמה מקורות אנרגיה אחרים לייצור חשמל. מקורות אלה מחליפים דלקים מאובנים בדוד. בעירה של עץ ופסולת יוצרת אדים המשמשים בדרך כלל במפעלים חשמליים קיטוריים רגילים. בשנת 2015, ביו מסה מהווה 1.57 אחוז מהחשמל המיוצר בארצות הברית.

החשמל המיוצר על ידי גנרטור נעה לאורך כבלים לשנאי, שמשנה חשמל ממתח נמוך למתח גבוה. ניתן להעביר חשמל למרחקים ארוכים בצורה יעילה יותר באמצעות מתח גבוה. קווי העברה משמשים להובלת החשמל לתחנת משנה. לתחנות יש שנאים שמשנים את חשמל המתח הגבוה לחשמל במתח נמוך. מהתחנה התחתית, קווי החלוקה מובילים את החשמל לבתים, משרדים ומפעלים, הדורשים חשמל במתח נמוך.

חשמל נמדד ביחידות כוח הנקראות וואט. זה נקרא לכבוד ג'יימס וואט, הממציא של מנוע קיטור. וואט אחד הוא כמות קטנה מאוד של כוח. זה ידרוש כמעט 750 וואט כדי להיות שווה לכוח סוס אחד. קילוואט מייצג 1,000 וואט. קילוואט שעה (קוט"ש) שווה לאנרגיה של 1,000 וואט העובדת במשך שעה. כמות החשמל שמייצרת תחנת כוח או שהלקוח משתמש בה לאורך זמן נמדדת בקילוואט-שעות (קוט"ש). שעות הקילוואט נקבעות על ידי הכפלת מספר הקילו-וואט הנדרש במספר שעות השימוש. לדוגמה, אם אתה משתמש בנורה של 40 וואט 5 שעות ביממה, השתמשת ב -200 וואט חשמל, או .2 קילוואט שעות של אנרגיה חשמלית.

עודחשמל: היסטוריה, אלקטרוניקה וממציאים מפורסמים