Электрычная энергія

1. Л.8. Электрычная энергія

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Змест:
Электрычны ток
Закон Джоуля-Ленца
Індукцыйны ток
Пераменны ток
Вытворчасць электрычнай энергіі
Перадача электрычнай энергіі
Трансфарматар
Лініі электраперадач (ЛЭП)
Спажыванне электраэнергіі

2. Электрычны ток

На часціцу, зарад якой q, у электрычным полі,
напружанасць якога Е, дзейнічае сіла
F = qE.
Калі часціца свабодная, то пад уздзеяннем гэтай
сілы яна набывае накіраваны рух.
Зараджаныя часціцы, здольныя перамяшчацца пад
уздзеяннем сілы электрычнага поля, называюцца
носьбітамі электрычнага зараду (электрон, іон).
Калі ў двух кропках правадніка нейкім чынам
штучна падтрымліваць рознасць патэнцыялаў, то
ўнутры правадніка будзе існаваць электрычнае поле,
якое будзе ствараць непарыўны рух зарадаў.

3.

Накіраваны рух свабодных зарадаў у правадніку
пад дзеяннем сіл электрычнага поля называецца
электрычным токам праводнасці ці электрычным
токам.
Колькаснай характарыстыкай элктрычнага
току з’яўляецца сіла току
q
I .
t
q – зарад, які праходзіць праз папярочнае
сячэнне правадніка за час t.
За адзінку сілы току ў СІ прыняты ампер (А).
Пры току 1А праз сячэнне правадніка
праходзіць зарад 1Кл за 1с.

4.

Калі сіла току з часам не змяняецца, ток
называецца пастаянным.
Калі сіла току і яго напрамак з часам
змяняюцца, ток называецца пераменным.
Пры руху ў вакууме свабодныя носьбіты зараду
не
сустракаюць
ніякага
супраціўлення
і
набываюць кінетычную энергію за кошт работы
сіл электрычнага поля.
Калі ж ток працякае ў рэчыве, то зарады, што
рухаюцца, сустракаюць супрацьдзеянне, паколькі
ўзаемадзенічаюць з іншымі зарадамі і часціцамі,
якія ўваходзяць у склад рэчыва правадніка (іоны
рашоткі).

5.

Гэта супрацьдзеянне руху зарадаў з боку
правадніка вызначаецца велічыней супраціўлення
правадніка
R .
S
R – супраціўленне правадніка,
ρ - удзельнае супраціўленне,
ℓ - даўжыня правадніка,
S - плошча папярочнага сячэння правадніка.
Адзінка вымярэння супраціўлення – Ом
Праходжанне току па правадніку заўжды
суправаджаецца его награваннем, павышэннем
тэмпературы.

6. Закон Джоуля - Ленца

Q IUt .
Колькасць цеплыні, якая выдзяляецца токам у
правадніку, роўная рабоце электрычнага поля па
пераадоленню супраціўлення правадніка.
U – напружанне на ўчастку ланцуга, якое вымяраецца
ў вольтах (В), I – сіла току, t – час яго праходжання па
правадніку.

7.

Згодна закону Ома для ўчастка ланцуга велічыня
току ў правадніку залежыць ад напружання і
супраціўлення
U
I
R
.
Такім чынам, закон Джоуля – Ленца запішацца
Q I Rt
2
2
ці
U
Q
t.
R
Закон Джоуля-Ленца: колькасць цеплыні, якая
выдзяляецца токам у правадніку прама прапарцыйна
квадрату сілы току, супраціўленню правадніка і часу я
праходжання току па правадніку.

8.

Работу току ў сістэме СІ вымяраюць ў Дж.
З улікам таго, што работа і магутнасць
звязаны роўнасцю А = Р.t адзінкай работы можа
быць Вт.с.
У электратэхніцы работу электрычнага току
вымяраюць ў ват-гадзінах ці кілават-гадзінах:
1Вт . 1гадз = 1Вт . 3600с = 3600Дж,
1кВт.1гадз = 103Вт . 3600с = 3,6.106Дж =
3,6МДж.
Прыбор для вымярэння работы току ў
кВт-гадзінах
называецца
электрычным
лічыльнікам.

9. Індукцыйны ток

У 1820г. дацкі фізік Х.Эрстэд
з дапамогай намагнічанай
стрэлкі выявіў, што вакол
правадніка з токам узнікае
магнітнае поле.

10.

Доследы Эрстэда паказалі, што з дапамогай
электрычнага току можна атрымаць
магнітнае поле, велічыня і напрамак
якога залежыць ад велічыні і напрамку
электрычнага току.
Узнікла пытанне: ці можна з дапамогай магнітнага
поля атрымаць электрычны ток?
У 1831г. англ. фізік М.Фарадэй
з дапамогай шпулі, да якой
быў падключаны
гальванометр, і
пастаяннага магніта даў
станоўчы адказ на гэта
пытанне.

11.

Такім чынам, з дапамогай пераменнага
магнітнага поля
можна
атрымаць
электрычны ток.
У час руху магніта ўнутры шпулі стрэлка
гальванометра
адхілялася
ад
нулявога
дзялення, што паказвала на наяўнасць у
ланцугу электрычнага току.
Такі
ток
называюць
індукцыйным
(наведзеным).
Накірунак індукцыйнага току вызначаецца
правілам Ленца: індукцыйны ток заўсёды
накіраваны так, што яго ўласнае магнітнае
поле перашкаджае змяненню магнітнага поля,
якое вызывае гэты ток.

12.

З’яву ўзнікнення індукцыйнага току ў замкнёным
контуры ў выніку змянення магнітнага патоку скрозь
гэты конур называюць электрамагнітнай індукцыяй.
Закон
электрамагнітнай
індукцыі:
ЭРС
(электрарухаючая
сіла)
індукцыі
прапарцыйна
скорасці змянення магнітнага патоку
Ф
i
.
t
Магнітны паток Ф звязаны з індукцыяй магнітнга
поля В наступнай роўнасцю
Ф ВScos .
S – плошча контура.
Адзінкі вымярэння: патоку Вэбер (Вб), індукцыі
Тэсла (Тл).

13. Пераменны ток

Індукцыйны ток, які ўзнікае ў выніку вярчэння
рамкі ў магнітным полі і на працягу аднаго перыяду
двойчы змяняецца па значэнню і накірунку,
называецца пераменным токам.

14.

Імгненнае значэнне пераменнага току змяняецца па
закону сінуса
i I sin( t 0 ).
I – максімальнае (амплітуднае) значэнне пераменнага
току, - скорасць павароту рамкі ў магнітным полі, 0 –
пачатковая фаза.
Графік залежнасці велічыні пераменнага току і ад часу
t мае выгляд сінусоіды

15. Вытворчасць электрычнай энергіі

Машыны, у якіх механічная энергія ператвараецца ў
электрычную, называюцца генератарамі.
Прынцыпіяльная схема генератара пераменнага току:
Рухомую частку генератара, якая ўяўляе сабой магніт, які
верціцца, называюць ротарам, а нерухомую частку, у абмотках
якой узбуджаецца ЭРС індукцыі, - статарам.

16.

Пры
канструяванні
магутных
генератараў
пераменнага току аказалася карысным вярцець не
пастаянныя магніты, а электрамагніты.
Ток у абмотках электрамагніта выпрацоўваецца
асобным генератарам пастаяннага току – узбуджальнікам,
які размешчаны на тым жа валу.
Прыстасаванне, з дапамогай якога ЭРС індукцыі
здымаецца з ротара і падаецца на нагрузку, называецца
калектарам. Калектар – гэта два кольца і дзве шчоткі.

17.

Параметры турбагенератараў:
Вырабляецца электраэнергія на вялікіх і малых
электрастанцыях, на якіх турбіна круціць ротар
генератара.
Тыпы электрастанцый: ЦЭС, ЦЭЦ, ГЭС, АЭС,
СЭС, ПЭС, ВЭС.
Па Расіі – ЦЭС – каля 40% усёй электраэнергіі,
ГЭС - каля 20%, АЭС – каля 10%.

18.

19. Перадача электрычнай энергіі

Спажыўцы электраэнергіі ёсць паўсюдна.
Вырабляецца ж яна ў параўнальна нямногіх
месцах, блізкіх да крыніц паліўных і
гідрарэсурсаў, акрамя АЭС.
Акумуліраваць яе ў вялікіх маштабах не
ўдаецца. Таму трэба яе выкарыстоўваць адразу
пасля атрымання.
У сувязі з гэтым эфектыўнае выкарыстанне
электраэнергіі можна ажыццявіць толькі з
дапамогай перадачы яе на вялікія адлегласці з
мінімальнымі стратамі.

20.

У адпаведнасці з законам Джоуля-Ленца энергія,
якая ідзе на нагрэў правадоў, вызначаецца роўнасцю
Q I Rt ,
2
дзе
R
S
- супраціўленне
правадоў электралініі, якое залежыць ад роду
матэрыяла правадоў ( ), іх даўжыні (ℓ) і папярочнага
сячэння (S).
Паменшыць страты электрычнай энергіі ў
правадах можна двума шляхамі:
1. паменшыць супраціўленне правадоў,
2. паменшыць сілу току.

21.

Каб паменшыць супраціўленне правадоў R пры
пастаяннай адлегласці (даўжыні электралініі) (ℓ =
const) можна:
- паменшыць удзельнае супраціўленне правадоў
электралініі , але ў гэтым выпадку трэба будзе
выкарыстоўваць дарагія матэрыялы – медь, серабро і
г.д.
- павялічыць плошчу папярочнага сячэння S, што
значна павялічвае масу правадоў.
Усё гэта не выгадна.
R
S

22.

Значыць трэба выкарыстаць другі шлях паменшыць сілу току ў электралініі I.
Q I Rt .
2
Пры гэтым магутнасць, што перадаецца да
спажыўца, павінна застацца пастаяннай
P I U.
Гэта азначае, што трэба павелічыць
напружанне ў лініі электраперадач U.

23. Трансфарматар

Устройства, якое прадназначана для змянення
напружання ў ланцугах пераменнага току, называецца
трансфарматарам.
Ён складаецца з двух шпуляў (абмотак), якія
змешчаны на агульны стальны стрыжань.
Абмотку, якую падключаюць
да крыніцы электрычнай энергіі,
называюць першаснай, а
абмотку, да якой падключаецца
спажывец (нагрузка),-другаснай.

24.

Адной
з’яўляецца
з
характарыстык
трансфарматара
каэфіцыент трансфармацыі
1 n1
k
.
2 n 2
ε1 і ε2 – ЭРС у першаснай і другаснай абмотках,
n1 і n2 – колькасць віткоў у абмотках
трансфарматара.
У трансфармата, які павышае напружанне, k < 1,
ў трансфарматара, які паніжае напружанне k > 1.

25.

Страты энергіі на перамагнічэнне стрыжня
трасфарматара вельмі малыя, таму можна лічыць,
што магутнасць, якую ён перадае, з першаснай абмоткі
ў другасную застаецца амаль пастаяннай:
I1U1 I2 U2 .
I1
U2
I2
U1
сіла
току
ў
абмотках
трансфарматара адваротна прапарцыйна напружанню
на іх.
Каэфіцыент карыснага дзеяння трасфарматара
I2 U 2
.
I1U1

26.

Трансфарматарная падстанцыя

27. Лініі электраперадач

Такім чынам, вытворчасць і перадача магутных
патокаў электрычнай энергіі звязаны з высокім
электрычным напружаннем.
Для
гэтага
будуюцца
адпаведныя
лініі
электраперадач (ЛЭП).

28.

Лініі электраперадач

29.

Лініі з напружаннем 500, 750, 1150 кВ
пераменнага току і 1500 кВ пастаяннага току
называюцца
звышвысокімі
лініямі
электраперадач (СВЛЭП).
Напружанне 750 кВ – гэта сусветны ўзровень
сучаснай высокавольтнай тэхнікі.
У гэтай лініі вышыня апоры складае
(30 – 35)м. Адлегласць паміж правадамі 40м.
У лініях 1150 кВ – вышыня апоры каля
50м. Адлегласць паміж правадамі 50м.

30.

Схема перадачы электраэнергіі на вялікія адлегласці

31.

У любой краіне электрычныя станцыі шэрагу раёнаў
аб’яднаны адпаведнымі лініямі электраперадач, утвараючы
агульную электрычную сетку, да якой далучаны спажыўцы.
Такое аб’яднанне называецца энергасістэмай краіны.
Стараты энергіі на шляху ад электрастанцыі да спажыўца
характарызуюцца наступнай схемай:

32.

58% - складае страту ўнутранай энергіі паліва ў катле,
турбіне і электрагенератары;
3% - спажывае сама станцыя;
7% - губляецца пры перадачы (ЛЭП);
4% - спажывае электрарухавік.
Такім чынам, толькі 28% унутранай энергіі паліва
ператвараецца ў карысную работу электрарухавіка.

33. Спажыванне электраэнергіі

Галоўным спажыўцом электраэнергіі з’яўляецца
прамысловасць, на долю якой прыходзіцца каля 60%
вырабляемай энергіі.
Буйным спажыўцом з’яўляецца транспарт (каля
20%).
Асабліва
шмат
энергіі
спажываюць
электрафіцыраваныя чыгуначныя дарогі, трамваі і
тралейбусы.
Частка энергіі выкарыстоўваецца для бытавых
патрэб (каля 20%)(асвятленне, абагрэў, электрапліты,
бытавая тэхніка і г.д.).
Спажыванне электраэнергіі ў Беларусі складае
каля 35 млрд.кВт-гадз.
Беларускія электрастанцыі могуць выпрацаваць
~50млрд.кВт-гадз. у год.
Імпарт электраэнергіі складае ~4млрд.кВт-гадз.

34.

Плануецца да 2020г.:
- паменшыць спажыванне электраэнергіі ў
прамысловасці з 60% да 47%;
- павялічыць
долю
спажывання
электраэнергіі
на
камунальна-бытавыя
патрэбы да 31%;
- нормай спажывання электраэнергіі для
сям’і з 4-х чалавек лічыць 135кВт-гадз. у месяц;
- агульнае спажыванне электраэнергіі складзе
41млрд.кВт-гадз. у год.
- прырост спажывання ~23% у параўнанні з
2000г.