Како функционише електрична енергија? Моћ се једноставно објашњава

Електрицитет је кретање или присуство електричног набоја, и постаје корисно када контролишемо то наелектрисање да преносимо енергију са једног места на друго. У свакодневном животу, електрична енергија претвара гориво, сунчеву светлост, ветар, воду или ускладиштену хемијску енергију у електричну енергију која може да путује кроз жице и уређаје за напајање.

Овај водич објашњава основе електричне струје, напона, наизменичне струје, производње струје, трансформатора, подстаница и шта се заправо дешава када нешто укључите у утичницу.

Шта је, заправо, струја?

Електрицитет је широка реч за понашање електричног набоја. У већини практичних система, посебно у жицама у зградама и далеководима, електрична енергија функционише јер електрони у проводним материјалима реагују на електрично поље и преносе енергију кроз коло.

Атоми садрже позитивно наелектрисане протоне, неутралне неутроне и негативно наелектрисане електроне. У материјалима као што су бакар и алуминијум, неки електрони су довољно лабаво повезани да се крећу кроз материјал. Ови материјали се називају проводницима јер омогућавају да се наелектрисање помера на контролисан начин.

Тај покрет се зовеелектрична струја. Струја није исто што и енергија, али је део начина на који се електрична енергија испоручује. Користан начин да то замислите је да замислите ред људи који пролазе поред кафе. Народ не треба да трчи од електране до ваше лампе; преносе енергију дуж линије. У жици, електрони се споро крећу, али електрични ефекат путује кроз коло врло брзо.

Електрична енергија може постојати и без струје. Статички електрицитет, на пример, је накупљање наелектрисања. Шок који осећате након ходања по тепиху се дешава када се то пуњење изненада помери. За напајање телефона, фрижидера или сијалице потребна је више контролисана путања: коло.

Основни делови електричног кола

Коло је затворена путања која омогућава електричном наелектрисању да се креће и испоручује енергију уређају. Ако је пут прекинут, струја се зауставља. Зато прекидач може да искључи светло: он отвара струјни круг тако да струја више не може да тече кроз лампу.

Најважнији концепти кола су напон, струја, отпор и снага. Они раде заједно, а њихово разумевање чини објашњење електрицитета далеко мање мистериозним.

Напон ствара притисак

Напон је електрични притисак или разлика потенцијала између две тачке. То је оно што гура наелектрисање кроз коло. Батерија има позитиван и негативан терминал, стварајући разлику напона која може покретати струју када је повезан комплетан пут.

У зидној утичници, напон производи електрична мрежа, а не мала хемијска батерија. Утичница обезбеђује електричну разлику између проводника, а уређаји су дизајнирани да ту разлику користе безбедно и предвидљиво.

Струја је ток

Електрична струја је брзина којом се електрични набој креће кроз коло. Мери се у амперима, често скраћено на ампере. Више струје значи да се више наелектрисања креће кроз коло сваке секунде.

Различити уређаји захтевају различите количине струје. Малој ЛЕД лампи је потребно врло мало. Електрични грејач, пећница или клима уређај црпе много више јер претвара велику количину електричне енергије у топлоту, кретање или обоје.

Отпор контролише проток

Отпор је опозиција струји. Материјали, жице, грејни елементи, мотори и електроника утичу на то како се струја креће. Отпор није увек лош. Тостер ради јер се његов грејни елемент одупире струји и претвара електричну енергију у топлоту.

Међутим, нежељени отпор може трошити енергију и стварати топлоту на погрешном месту. Лабаве везе, премале жице или оштећени каблови могу постати опасни јер се могу загрејати под оптерећењем.

Снага је стопа потрошње енергије

Електрична снага је брзина којом се енергија преноси. Обично се мери увати. Уређај веће снаге користи више електричне енергије у секунди док ради.

Због тога се и пуњач за телефон мале{0}}е снаге и-грејач простора велике снаге могу прикључити на електричну енергију у домаћинству, али се понашају веома различито. Дизајнирани су да повлаче различите количине струје и претварају електричну енергију на различите начине.

Како производња електричне енергије ствара електричну енергију

Производња електричне енергије је процес претварања другог облика енергије у електричну енергију. Струја се обично не „израђује ни из чега“. Уместо тога, електране и обновљиви системи трансформишу механичку, хемијску, радијантну или ускладиштену енергију у електричну енергију.

Многе електране користе генератор. Генератор ради путем електромагнетне енергијеиндукција: када се магнетно поље креће у близини намотаја жице, или се калемови крећу унутар магнетног поља, ствара се напон. Ако је коло спојено, тај напон може покретати електричну струју.

Неколико извора енергије може да окреће генератор:

Парне турбинекористите топлоту за кључање воде, стварајући пару која окреће лопатице турбине. Топлота може доћи од природног гаса, угља, нуклеарних реакција, биомасе или других извора.

Хидроелектранекористите покретну воду за окретање турбина.

Ветротурбинекористите ветар за ротирање лопатица повезаних са генератором.

Гасне турбинекористите вруће експандирајуће гасове за директно окретање турбине.

Соларни фотонапонски панели раде другачије. Они претварају сунчеву светлост директно у електричну енергију унутар полупроводничких материјала. Електрична енергија коју производе је једносмерна струја, која се често претвара у наизменичну струју за употребу у кућама и на мрежи.

Батерије се обично не сматрају производњом енергије у истом смислу, али су од виталног значаја за складиштење. Батерија претвара ускладиштену хемијску енергију у електричну када је повезана у коло. Пуњиве батерије обрћу тај процес током пуњења.

Како функционише наизменична струја?

АЦ струјаради тако што мења смер много пута у секунди док и даље преноси енергију кроз коло. Уместо да електрони равномерно теку у једном правцу, као у једносмерној струји, наизменична струја изазива осцилацију електричног поља и правца струје.

У Сједињеним Државама, кућно напајање наизменичном струјом се обично мења при 60 циклуса у секунди, или60 херца. У многим другим регионима,50 херцаје уобичајено. Тачан стандард зависи од земље и мрежног система.

АЦ може деловати контраинтуитивно јер се чини да струја "иде напред-назад" уместо да путује од електране до вашег уређаја. Али енергија се и даље испоручује. Електрично поље се креће кроз коло и преноси енергију на уређај, иако се појединачни електрони углавном померају на кратким удаљеностима.

АЦ наспрам ДЦ

Једносмерна струја или једносмерна струја тече у једном правцу. Батерије, многа електроника, соларни панели и УСБ системи за напајање користе ДЦ интерно. Наизменична струја или наизменична струја више пута мења смер и представља стандардни облик за већину дистрибуције електричне енергије.

АЦ је постао доминантан за мрежу јер се може ефикасно трансформисати на више или ниже напоне помоћу трансформатора. Висок напон је користан за-пренос на велике удаљености јер омогућава да се иста количина енергије креће са нижом струјом, смањујући енергију изгубљену као топлоту у далеководима.

ДЦ је и даље важан свуда. Ваш телефон, лаптоп, телевизија, ЛЕД светла и многи уређаји претварају наизменичну струју са зида у једносмерну за интерну електронику. Модерни енергетски системи често користе оба, са опремом за конверзију која управља транзицијом.

Зашто утичнице користе наизменичну струју, али уређајима често треба ДЦ

Када прикључите пуњач за лаптоп, пуњач не пропушта само зидну струју директно у рачунар. Конвертује наизменичну струју у једносмерну енергију нижег напона-која је потребна батерији и електроници. Иста идеја се односи на пуњаче телефона, рутере, конзоле за игре и безброј кућних уређаја.

Ово је један од разлога зашто се адаптери за напајање разликују. Они су дизајнирани да испоруче специфичне нивое напона и струје. Коришћење погрешног адаптера може проузроковати лоше перформансе, прегревање или оштећење.

Мрежа помера електричну енергију од извора до употребе

Тхеелектрична мрежаје велики повезани систем за премештање електричне енергије из извора за производњу електричне енергије у домове, предузећа, јавне зграде, фабрике и инфраструктуру. Укључује генераторе, далеководе, трафостанице, трансформаторе, дистрибутивне водове, бројила, заштитну опрему и системе управљања.

Мрежа мора да уравнотежи понуду и потражњу у реалном времену. Када многи људи укључе клима-уређаје, пећнице, индустријску опрему или светла, потражња расте. Мрежни оператери и аутоматизовани системи морају да обезбеде довољно енергије на располагању док одржавају напон и фреквенцију унутар прихватљивих опсега.

Поједностављени пут изгледа овако:

Генерација:Електрана, ветропарк, соларно постројење, хидроелектрана или други извор производи електричну енергију.

Степ-трансформација:Енергетски трансформатор подиже напон за ефикасан{0}}пренос на велике удаљености.

Преношење:Високо{0}}водови преносе снагу на велике удаљености.

Контрола подстанице:Електрична подстаница усмерава струју, мења напон и обезбеђује заштиту.

Дистрибуција:Ниже{0}}напонске линије преносе струју кроз квартове и пословне округе.

Сервисна веза:Коначни трансформатор и сервисне жице испоручују употребљив напон у зграду.

Крајња употреба:Апарати, светла, мотори, електроника и пуњачи претварају електричну енергију у топлоту, светлост, кретање, звук или ускладиштену енергију.

Овај ланац је дизајниран да помера велике количине енергије уз ограничавање губитака и заштиту опреме. Такође пружа флексибилност, тако да струја може доћи из више извора, а не из једног генератора.

​​​​Зашто мрежа користи енергетске трансформаторе и подстанице?

Мрежа користиенергетских трансформатораитрафостаницејер се електрична енергија лакше преноси на високом напону али је безбеднија и практичнија за коришћење на нижем напону. Трансформатори мењају нивое напона, док подстанице повезују, штите, надгледају и усмеравају струју кроз систем.

A енергетски трансформаторради крозелектромагнетна индукција. У основном облику, има намотаје жице омотане око магнетног језгра. Када наизменична струја тече кроз један калем, ствара променљиво магнетно поље, које индукује напон у другом калему. Однос између намотаја одређује да ли се напон повећава или смањује.

Степ{0}}трансформатори подржавају{1}}пренос на велике удаљености

Након производње електричне енергије, струја често треба да пређе много миља. Ако би мрежа покушала да помери огромне количине енергије при ниском напону, струја би била веома висока. Велика струја узрокује већи губитак топлоте у жицама и захтевала би много веће проводнике.

Трансформатор{0}}више повећава напон и смањује струју за исту количину снаге. Ово чини пренос ефикаснијим. Снага је и даље иста основна електрична енергија, али се преноси у облику који више одговара-кретњама на велике удаљености.

Ниже{0}} трансформатори чине снагу употребљивом

Пренос високог{0}}напона није погодан за директну употребу у зградама. Пре него што струја стигне до кућа и предузећа, трансформатори за смањење напона-смањују постепено. Велики трансформатори могу опслуживати читава подручја, док мањи дистрибутивни трансформатори опслужују улице, зграде или групе купаца.

Због тога можете да видите цилиндричне трансформаторе или трансформаторе у облику кутије-на стубовима, у зеленим орманима-монтираним на подлогу или у помоћним просторијама. Њихов посао је да приближе електричну енергију напону који обична опрема може да користи.

Подстанице делују као контролне тачке

Анелектрична подстаницаје више од места са трансформаторима. То је контролна тачка мреже и тачка повезивања. Подстанице могу пребацити кола, изоловати кварове, подесити напон, заштитити опрему и помоћи у усмеравању струје са једне линије на другу.

Заштитни уређаји у подстаницама могу да искључе опрему током кварова, као што су кратки спојеви или пренапони{0}}у вези са муњом. Ово помаже у спречавању оштећења и смањује ризик да локални проблем постане шири испад.

Струја унутар зграде

Када струја стигне у зграду, она улази кроз сервисну опрему и дистрибуира се кроз панеле, прекидаче, ожичење, утичнице, прекидаче и уређаје. Електрични панел дели улазну снагу у кола, од којих је свако дизајнирано за одређено оптерећење.

Прекидачи или осигурачи су заштитни уређаји. Ако тече превише струје, они прекидају коло. Ово помаже у заштити ожичења од прегревања. Прекидач не постоји да би прво заштитио уређај; његов главни задатак је да заштити ожичење кола од несигурне струје.

Грана кола и оптерећења

Гранични круг преноси електричну енергију од панела до утичница, светла или ожичене опреме. Уређаји повезани у коло називају се оптерећењем јер користе електричну енергију.

Оптерећења се могу понашати на различите начине:

Отпорна оптерећењапретварају електричну енергију углавном у топлоту, као што су електрични грејачи, сијалице са жарном нити и тостери.

Оптерећења моторапретварају електричну енергију у кретање, као што су вентилатори, компресори, пумпе и машине за прање веша.

Електронска оптерећењапретварају и контролишу електричну енергију за кола, екране, батерије, сензоре и процесоре.

Оптерећења осветљењаможе да користи ЛЕД диоде, флуоресцентне лампе или друге технологије за претварање електричне енергије у видљиву светлост.

Нека оптерећења накратко повлаче додатну струју при покретању. Мотори, компресори и извори напајања могу имати пренапоне при покретању. То је један од разлога зашто кола и опрема морају бити правилно оцењени.

Уземљење и безбедносни путеви

Уземљење даје струји квара сигурнији пут и помаже да заштитни уређаји раде исправно. Ако проводник под напоном случајно додирне метално кућиште уређаја, уземљење може помоћи директној струји квара тако да се прекидач активира уместо да остави изложени метал под напоном.

Савремени електрични системи такође користе уређаје као што су -прекидачи кола са грешком уземљења и лучни{1}}окидачи кола на многим локацијама. Ови уређаји су дизајнирани да смање специфичне ризике од удара и пожара. Детаљи се разликују у зависности од захтева за инсталацију и код, тако да електрични радови треба да прате локална правила и да их по потреби обављају квалификовани стручњаци.

Шта се дешава када окренете прекидач

Када укључите прекидач за светло, затварате струјни круг. Напон из електричног система ствара електрично поље кроз проводнике, струја тече кроз лампу, а електрична енергија се претвара у светлост и топлоту.

Процес се чини тренутним јер се електрични ефекат креће кроз коло веома брзо. Електрони већ постоје у целој жици; прекидач не мора да шаље нове електроне скроз из удаљеног извора. Уместо тога, коло постаје комплетно и почиње пренос енергије.

Једноставан светлосни круг укључује:

Извор напајања из ожичења зграде.

Врући проводник који води напон до прекидача.

Прекидач који отвара или затвара струјно коло.

Уређај или лампа која користи електричну енергију.

Повратни пут, који се често назива неутралним у многим системима наизменичне струје.

Заштитно уземљење где је потребно.

Различити системи могу бити повезани на различите начине, а кодови боја се разликују у зависности од земље. Основни принцип остаје исти: корисна електрична енергија захтева контролисан пут, извор напона и оптерећење које претвара енергију у жељени резултат.

Уобичајене заблуде о електричној енергији

Струја је позната, али неколико свакодневних објашњења може да доведе у заблуду. Њихово чишћење чини цео систем лакшим за разумевање.

"Струја је потрошена"

Уређаји не троше електроне на начин на који аутомобил троши гориво. У нормалном колу, наелектрисање тече кроз петљу. Оно што уређај користи је електрична енергија. Енергија се претвара у светлост, топлоту, кретање, звук, рачунање или складиштење хемикалија.

Зато рачуни за струју наплаћују енергију, често мерену у киловат{0}}сатима. Киловат-сат је количина енергије коју троши оптерећење од 1000 вати које ради један сат.

"Струја излази само са једне стране утичнице"

У системима наизменичне струје струја мења смер. Термини врућ и неутралан описују улоге проводника у систему, а не једноставан једносмерни ток-као вода која се излива из цеви. Врући проводник је под напоном у односу на нулу и уземљење, док неутрални обезбеђује повратни пут у нормалном раду.

Ова разлика је важна за безбедност. Чак и ако је уређај искључен, делови кола могу и даље бити под напоном у зависности од тога како је ожичен.

"Низак напон је увек сигуран"

Нижи напон често смањује ризик, али не чини електричну енергију аутоматски безопасном. Тренутни пут, стање коже, контактна површина, трајање, расположива снага и окружење су све важни. Ниско-систем са високом доступном струјом и даље може да изазове опекотине, варнице или оштећење опреме.

Најсигурнија претпоставка је једноставна: не додирујте изложене проводнике, не преоптерећујте каблове или утичнице и не заобилазите заштитне уређаје.

Практични начини размишљања о употреби електричне енергије

Разумевање начина на који струја функционише такође вам може помоћи да направите бољи избор код куће или на послу. Не морате да будете инжењер да бисте читали етикете, проценили потрошњу енергије или идентификовали очигледне знакове упозорења.

Почните са снагом. ЛЕД лампа од 10 вати користи много мање енергије од грејача од 1.500 вати. Време је такође важно. Мали уређај који ради цео дан може да користи више укупне енергије од већег уређаја који се користи кратко.

Користите ову брзу контролну листу када размишљате о употреби електричне енергије и безбедности:

Проверите снагу:Већи вати значе брже коришћење енергије док уређај ради.

Узмите у обзир време извођења:Потрошња енергије зависи и од снаге и од времена.

Избегавајте преоптерећене утичнице:Превише{0}}уређаја велике снаге на једном струјном колу може да активира прекидаче или да прегреје ожичење.

Пази на топлоту:Топли утикачи, зујање утичница, мириси паљевине или треперење светла заслужују пажњу.

Користите прави пуњач или адаптер:Ускладите захтјеве напона, струје и конектора уређаја.

Заштитни каблови:Оштећена изолација, згњечени каблови и лабави утикачи могу створити опасности.

Поштујте влажне локације:Вода повећава ризик од шока, посебно око купатила, кухиња, гаража и на отвореном.

Позовите квалификованог стручњака:Рад на панелу, нова кола, поновљена искључења прекидача и непознати проблеми са ожичењем не би требало да се нагађају.

Енергетска ефикасност није само куповина ефикасних уређаја. Такође се ради о коришћењу правог уређаја за посао. Грејање и хлађење обично захтевају много више енергије од мале електронике, тако да изолација, навике термостата, одржавање опреме и избор уређаја могу имати велики утицај на укупну потрошњу електричне енергије.

​​​​Склапање система

Струја функционише јер наелектрисане честице реагују на електрична поља, а пројектовани системи воде то понашање кроз кола. Напон обезбеђује притисак, електрична струја носи наелектрисање кроз путању, а уређаји претварају електричну енергију у корисне резултате. Исти основни принципи важе за батеријску лампу, кућну утичницу, пуњач за телефон, енергетски трансформатор и велику електричну подстаницу.

У највећем обиму, производња електричне енергије ствара електричну енергију из других извора енергије. Трансформатори подижу напон за ефикасан пренос и поново га спуштају за практичну употребу. Подстанице усмеравају и штите мрежу, док ожичење у згради испоручује струју у кола која људи користе сваки дан.

Најједноставнији одговор је следећи: електрична енергија је контролисан пренос енергије кроз електрични набој. Једном када разумете улоге напона, струје, отпора, наизменичне струје и мреже, невидљива сила која стоји иза савременог живота постаје много лакша за предочење и много лакше за мудро коришћење.

Контактирајте сада