Ili elektro šok zove usmjereni tok nabijenih čestica, kao što su elektroni. Električnom energijom se naziva i energija dobivena kao rezultat takvog kretanja nabijenih čestica, te osvjetljenje koje se dobiva na temelju te energije. Pojam "elektricitet" uveo je engleski znanstvenik William Gilbert 1600. godine u svom eseju O magnetu, magnetskim tijelima i velikom magnetu, Zemlji.
Gilbert je provodio pokuse s jantarom, koji je, kao rezultat trenja o tkaninu, mogao privući druga svjetlosna tijela, odnosno stekao je određeni naboj. A budući da se jantar s grčkog prevodi kao elektron, fenomen koji je promatrao znanstvenik nazvan je "elektricitet".
Struja
Malo teorije o elektricitetu
Električna energija može stvoriti električno polje oko vodiča električne struje ili nabijenih tijela. Pomoću električnog polja moguće je utjecati na druga tijela koja imaju električni naboj.fv
Električni naboji, kao što svi znaju, dijele se na pozitivne i negativne. Ovaj je izbor uvjetan, međutim, zbog činjenice da je već dugo povijesno napravljen, samo se iz tog razloga svakom naboju dodjeljuje određeni znak.
Tijela koja su nabijena istom vrstom predznaka odbijaju se, a ona koja imaju različite naboje, naprotiv, privlače.
Tijekom gibanja nabijenih čestica, odnosno postojanja elektriciteta, osim električnog polja nastaje i magnetsko polje. To vam omogućuje postavljanje odnos između elektriciteta i magnetizma.
Zanimljivo je da postoje tijela koja provode električnu struju ili tijela s vrlo velikim otporom, a to je otkrio engleski znanstvenik Stephen Gray 1729. godine.
Proučavanje električne energije, najcjelovitije i fundamentalno, bavi se takvom znanošću kao što je termodinamika. Međutim, kvantna svojstva elektromagnetskih polja i nabijenih čestica proučava jedna sasvim druga znanost - kvantna termodinamika, međutim, neki od kvantnih fenomena mogu se prilično jednostavno objasniti običnim kvantnim teorijama.
Osnove električne energije
Povijest otkrića elektriciteta
Za početak treba reći da ne postoji takav znanstvenik koji bi se mogao smatrati otkrivačem elektriciteta, budući da od davnina do danas mnogi znanstvenici proučavaju njegova svojstva i saznaju nešto novo o elektricitetu.
- Prvi koji se zainteresirao za elektricitet bio je starogrčki filozof Tales. Otkrio je da jantar, koji se trlja o vunu, dobiva svojstvo privlačenja drugih svjetlosnih tijela.
- Zatim je drugi starogrčki znanstvenik, Aristotel, proučavao neke jegulje, koje su neprijatelje pogađale, kao što sada znamo, električnim pražnjenjem.
- 70. godine nove ere rimski pisac Plinije proučavao je električna svojstva smole.
- Međutim, tada se dugo nije stjecalo nikakvo znanje o elektricitetu.
- I tek u 16. stoljeću dvorski liječnik engleske kraljice Elizabete 1, William Gilbert, počeo je proučavati električna svojstva i došao do brojnih zanimljivih otkrića. Nakon toga počelo je doslovno “električno ludilo”.
- Tek 1600. godine pojavio se pojam "elektricitet", koji je uveo engleski znanstvenik William Gilbert.
- Godine 1650. zahvaljujući gradonačelniku Magdeburga Ottu von Guerickeu, koji je izumio elektrostatički stroj, postalo je moguće promatrati učinak odbijanja tijela pod utjecajem struje.
- Godine 1729. engleski znanstvenik Stephen Gray, provodeći pokuse prijenosa električne struje na daljinu, slučajno je otkrio da nemaju svi materijali sposobnost prijenosa električne energije na isti način.
- Godine 1733. francuski znanstvenik Charles Dufay otkrio je postojanje dvije vrste elektriciteta koje je nazvao staklo i smola. Ova imena su dobili po tome što su otkriveni trljanjem stakla o svilu i smole o vunu.
- Prvi kondenzator, odnosno skladište električne energije, izumio je Nizozemac Pieter van Muschenbroek 1745. godine. Ovaj kondenzator je nazvan Leyden jar.
- Godine 1747. Amerikanac B. Franklin stvorio je prvu svjetsku teoriju o elektricitetu. Prema Franklinu, elektricitet je nematerijalna tekućina ili fluid. Još jedna Franklinova zasluga za znanost je što je izumio gromobran i njime dokazao da munja ima električno podrijetlo. Također je uveo koncepte kao što su pozitivni i negativni naboji, ali nije otkrio naboje. Do ovog otkrića došao je znanstvenik Simmer, koji je dokazao postojanje polova naboja: pozitivnih i negativnih.
- Proučavanje svojstava elektriciteta prešlo je u egzaktne znanosti nakon što je 1785. Coulomb otkrio zakon o sili međudjelovanja koja se javlja između točkastih električnih naboja, koji je nazvan Coulombov zakon.
- Zatim je 1791. godine talijanski znanstvenik Galvani objavio raspravu o tome da u mišićima životinja, kada se kreću, nastaje električna struja.
- Izum baterije drugog talijanskog znanstvenika - Volta 1800. godine doveo je do brzog razvoja znanosti o elektricitetu i niza važnih otkrića u tom području.
- Uslijedila su otkrića Faradaya, Maxwella i Ampèrea, koja su se dogodila u samo 20 godina.
- Godine 1874. ruski inženjer A. N. Lodygin dobio je patent za žarulju sa žarnom niti s karbonskom šipkom izumljenu 1872. godine. Tada je u svjetiljci korištena volframova šipka. A 1906. godine prodao je svoj patent tvrtki Thomas Edison.
- Godine 1888. Hertz registrira elektromagnetske valove.
- Godine 1879. Joseph Thomson otkriva elektron, koji je materijalni prijenosnik elektriciteta.
- Godine 1911. Francuz Georges Claude izumio je prvu neonsku lampu na svijetu.
- Dvadeseto stoljeće dalo je svijetu teoriju kvantne elektrodinamike.
- Godine 1967. učinjen je još jedan korak prema proučavanju svojstava elektriciteta. Ove godine nastala je teorija elektroslabih interakcija.
Međutim, ovo su samo glavna otkrića do kojih su došli znanstvenici, a koja su doprinijela korištenju električne energije. Ali istraživanja se nastavljaju i sada, a svake godine dolazi do otkrića na polju električne energije.
Svi su sigurni da je najveći i najmoćniji po otkrićima vezanim uz elektricitet bio Nikola Tesla. I sam je rođen u Austrijskom Carstvu, sada je to teritorij Hrvatske. U njegovoj prtljazi izuma i znanstvenih radova: izmjenična struja, teorija polja, eter, radio, rezonancija i još mnogo toga. Neki dopuštaju mogućnost da fenomen “Tunguskog meteorita” nije ništa drugo nego djelo ruku samog Nikole Tesle, naime, eksplozija goleme snage u Sibiru.
Gospodar svijeta - Nikola Tesla
Neko se vrijeme vjerovalo da elektricitet ne postoji u prirodi. Međutim, nakon što je B. Franklin utvrdio da munja ima električno podrijetlo, to mišljenje je prestalo postojati.
Značaj električne energije u prirodi, kao iu životu čovjeka, vrlo je velik. Uostalom, munja je dovela do sinteze aminokiselina i, posljedično, do pojave života na zemlji..
Procesi u živčanom sustavu ljudi i životinja, poput kretanja i disanja, nastaju zahvaljujući živčanom impulsu koji nastaje zbog elektriciteta koji postoji u tkivima živih bića.
Neke vrste riba koriste struju, odnosno električno pražnjenje, kako bi se zaštitile od neprijatelja, traže hranu pod vodom i dobivaju je. Te ribe su: jegulje, lampure, raže pa čak i neki morski psi. Sve ove ribe imaju poseban električni organ koji radi na principu kondenzatora, odnosno nakuplja dovoljno veliki električni naboj, a zatim ga ispušta na žrtvu koja je dotakla takvu ribu. Također, takav organ radi na frekvenciji od nekoliko stotina herca i ima napon od nekoliko volti. Jakost struje električnog organa riba mijenja se s godinama: što je riba starija, to je jačina struje veća. Također, zahvaljujući električnoj struji, ribe koje žive na velikim dubinama snalaze se u vodi. Električno polje je iskrivljeno djelovanjem predmeta u vodi. A ta iskrivljenja pomažu ribi u kretanju.
Smrtonosna iskustva. Struja
Dobivanje struje
Elektrane su posebno stvorene za proizvodnju električne energije. Elektrane koriste generatore za stvaranje električne energije, koja se zatim dalekovodima prenosi do mjesta potrošnje. Električna struja nastaje prijelazom mehaničke ili unutarnje energije u električnu. Elektrane se dijele na: hidroelektrane ili hidroelektrane, termonuklearne, vjetroelektrane, plimne, solarne i druge elektrane.
U hidroelektranama, turbine generatora, krećući se pod utjecajem protoka vode, proizvode električnu energiju. U termoelektranama ili drugim riječima kogeneracijama također se stvara električna struja, ali se umjesto vode koristi vodena para koja nastaje u procesu zagrijavanja vode pri izgaranju goriva, poput ugljena.
Vrlo sličan princip rada koristi se u nuklearnoj elektrani ili nuklearnoj elektrani. Samo nuklearne elektrane koriste drugu vrstu goriva - radioaktivne materijale, poput urana ili plutonija. Dolazi do fisije njihovih jezgri pri čemu se oslobađa vrlo velika količina topline koja se koristi za zagrijavanje vode i pretvaranje u vodenu paru koja zatim ulazi u turbinu koja proizvodi električnu energiju. Ove stanice zahtijevaju vrlo malo goriva za rad. Dakle, deset grama urana stvara istu količinu električne energije kao automobil ugljena.
Korištenje električne energije
U današnje vrijeme život bez električne energije postaje nemoguć. Prilično je gusto ušao u život ljudi dvadeset i prvog stoljeća. Često se električna energija koristi za rasvjetu, primjerice pomoću električne ili neonske svjetiljke, te za prijenos svih vrsta informacija putem telefona, televizije i radija, a nekada i telegrafa. Također, još u dvadesetom stoljeću pojavilo se novo područje primjene električne energije: izvor energije za elektromotore u tramvajima, podzemnim vlakovima, trolejbusima i električnim vlakovima. Električna energija je neophodna za rad raznih kućanskih aparata, koji značajno poboljšavaju život moderne osobe.
Danas se električna energija koristi i za proizvodnju kvalitetnih materijala i njihovu obradu. Uz pomoć električnih gitara, koje pokreće struja, možete stvarati glazbu. Također, struja se i dalje koristi kao humani način ubijanja kriminalaca (električna stolica) u zemljama koje dopuštaju smrtnu kaznu.
Također, s obzirom na to da život modernog čovjeka postaje gotovo nemoguć bez računala i mobitela, koji za rad zahtijevaju električnu energiju, važnost električne energije bit će teško precijeniti.
Elektricitet u mitologiji i umjetnosti
U mitologiji gotovo svih naroda postoje bogovi koji su sposobni bacati munje, odnosno koji znaju koristiti struju. Na primjer, kod Grka je takav bog bio Zeus, kod Hindusa Agni koji se znao pretvoriti u munju, kod Slavena Perun, a kod skandinavskih naroda Thor.
I crtići imaju struju. Tako u Disneyevom crtiću Crni rt postoji antijunak Megavolt, koji je u stanju upravljati strujom. U japanskoj animaciji, Pokemon Pikachu ima struju.
Zaključak
Proučavanje svojstava elektriciteta počelo je u davnim vremenima i traje do danas. Naučivši osnovna svojstva elektriciteta i naučivši ih pravilno koristiti, ljudi su si znatno olakšali život. Električna energija se također koristi u tvornicama, tvornicama i sl., odnosno može se koristiti za dobivanje drugih pogodnosti. Značaj električne energije, kako u prirodi tako iu životu suvremenog čovjeka, je ogroman. Bez takvog električnog fenomena kao što je munja, život ne bi nastao na zemlji, a bez živčanih impulsa, koji također nastaju zbog struje, ne bi bilo moguće osigurati usklađen rad između svih dijelova organizama.
Ljudi su oduvijek bili zahvalni na struji, čak i kada nisu znali za njeno postojanje. Svoje glavne bogove obdarili su sposobnošću bacanja munje.
Suvremeni čovjek također ne zaboravlja na struju, ali je li moguće zaboraviti na nju? Likove iz crtića i filmova obdaruje električnim sposobnostima, gradi elektrane za proizvodnju električne energije i još mnogo toga.
Dakle, električna energija je najveći dar koji nam je dala sama priroda i koji smo, srećom, naučili koristiti.
Za stabilan život naše metropole potrebna je energija jednaka 100 milijuna kWh dnevno, a to je oko 38 milijardi kWh godišnje. Tko i što opskrbljuje Moskvu strujom? Na nasipu Raushskaya nalazi se hidroelektrana br. 1 (najstarija elektrana u glavnom gradu), koja nije samo spomenik UNESCO-a, već također proizvodi električnu energiju za opskrbu Državne dume, Kremlja, trga Lubyanka i metroa. Nazivna snaga stanice je 86 MW. Stanica je izgrađena po nalogu cara Aleksandra III kako bi se prvi tramvaji priključili na struju. Tijekom 114 godina postojanja HE-1 njezin je kapacitet povećan 10 puta.
Glavni izvor opskrbe električnom energijom u Moskvi su termoelektrane, u količini od 15 jedinica.
Još jedna značajka opskrbe električnom energijom Moskve je Moskovski energetski prsten, koji se sastoji od dalekovoda visokog napona (napon 500 kV) i skupine snažnih trafostanica (SS) smještenih u gradu iu moskovskoj regiji. Osnovna zadaća ovih čvornih trafostanica je snižavanje napona sa 500 na 220 i 110 kV i prijenos na čvorne distribucijske trafostanice.
Dragi čitatelji i samo posjetitelji našeg časopisa! O tome kako se, uz pomoć kojih energenata, proizvodi električna energija u elektranama, pišemo dosta i pobliže. Atom, plin, voda – bili su naši s vama „heroji“, samo što do alternativnih, „zelenih“ opcija još nismo uspjeli doći. Ali, ako bolje pogledate, priče su bile daleko od potpune. Nikada nismo pokušavali detaljno pratiti put električne energije od turbine do naših utičnica, s putovima koji će osvijetliti naša naselja i prometnice, osigurati rad brojnih crpki koje osiguravaju udobnost naših domova.
Te ceste i staze nisu nimalo jednostavne, ponekad krivudave i mnogo puta mijenjaju smjer, ali znati kako one izgledaju dužnost je svakog kulturnog čovjeka 21. stoljeća. Stoljeće čiji je izgled uvelike određen električnom energijom koja nas je osvojila, a koju smo naučili transformirati tako da sve naše potrebe budu zadovoljene - kako u industriji, tako iu privatnoj upotrebi. Struja u žicama dalekovoda i struja u baterijama naših gadgeta vrlo su različite struje, ali ostaju ista električna energija. Kakvi napori moraju uložiti elektroenergetičari i inženjeri kako bi osigurali najsnažnije struje čeličana i male, sitne struje, primjerice, ručnih satova? Koliko posla moraju obaviti svi oni koji podržavaju sustav transformacija, prijenosa i distribucije električne energije, kojim se metodama osigurava stabilnost tog sustava? Koja je razlika između "Operatora sustava" i "Federalne mrežne tvrtke", zašto su obje ove tvrtke bile, jesu i bit će u Rusiji ne privatne, već državne?
Pitanja je puno, na njih morate znati odgovore kako biste koliko-toliko razumjeli zašto nam trebaju toliki energetici i što oni, grubo rečeno, rade? Uostalom, toliko smo navikli da je sa strujom u kućama i gradovima sve u najboljem redu, da se elektrotehničara sjetimo tek kad nešto iznenada prestane raditi, kad ispadnemo iz uobičajene zone komfora. Mračno je i hladno – to je samo kad govorimo o energetskim pićima, i izgovaramo riječi koje sigurno nećemo ispisati.
Sigurni smo da smo imali iskrenu sreću - pravi profesionalac pristao je preuzeti ovu tešku, potrebnu, pa i golemu temu. Molimo volite i favorizirajte - Dmitry Talanov, inženjer s velikim slovom. Znate, postoji takva zemlja - Finska, u kojoj je titula inženjera toliko značajna da je svojedobno godišnje izlazio katalog s popisom specijalista koji su je imali. Volio bih da se takva slavna tradicija jednog dana pojavi u Rusiji, jer je u našem elektroničkom i internetskom dobu mnogo lakše pokrenuti takav katalog koji se ažurira godišnje.
Članak koji vam predstavljamo o inženjerstvu kratak je, točan i opsežan. Naravno, sve što je Dmitrij napisao može se ispričati mnogo detaljnije, a svojedobno je naš časopis započeo seriju članaka o tome kako je u 19. stoljeću pobijeđena električna energija.
Georg Ohm, Heinrich Hertz, André-Marie Ampère, Alessandro Volt, James Watt, Faraday, Jacobi, Lenz, Gramm, Fontaine, Lodygin, Dolivo-Dobrovolsky, Tesla, Yablochkov, Depreux, Edison, Maxwell, Kirchhoff, braća Siemens i Braća Westinghouse - u povijesti električne energije ima mnogo slavnih imena vrijednih da ih pamtimo. Općenito, ako se netko želi prisjetiti detalja kako je sve počelo, dobrodošli ste, a Dmitryjev članak početak je sasvim druge priče. Zaista se nadamo da će vam se svidjeti, a nastavak članaka Dmitrija Talanova vidjet ćemo u vrlo bliskoj budućnosti.
Dragi Dmitry u svoje ime - s debijem, svim čitateljima, molim - ne štedite na komentarima!
Što je električna struja, odakle dolazi i kako dolazi do naših domova?
Zašto nam treba električna energija i koliko nam ona pomaže u životu svatko može saznati kritički pogledavši svoj dom i radno mjesto.
Prvo što upada u oči je rasvjeta. I istina je da bi se bez njega i radni dan od 8 sati pretvorio u brašno. Doći na posao u mnogim megapolisima već je mala sreća, ali što ako to morate učiniti u mraku? A zimi ide obostrano! Plinske svjetiljke će pomoći na glavnim autocestama, ali okrenute malo u stranu, i ne možete vidjeti nijedno svjetlo. Lako možete pasti u podrum ili jamu. A izvan grada u prirodi, obasjanoj samo svjetlošću zvijezda?
Ulična rasvjeta noću, Foto: pixabay.com
Također nema ničega što bi uklonilo toplinu iz ureda, gdje sam jedva stigao, bez struje. Možete, naravno, otvoriti prozore i vezati mokri ručnik oko glave, ali koliko dugo će to pomoći. Pumpe koje pumpaju vodu također trebaju struju ili ćete morati redovito hodati s kantom do ručnog stupca.
Kava u uredu? Zaboraviti! Samo odjednom i ne često, da dim od izgaranja ugljena ne truje radnu atmosferu. Ili za dodatni novac dobiti iz obližnje konobe.
Poslati pismo u obližnji ured? Trebate uzeti papir, rukom napisati pismo, pa ga nositi nogama. Na drugi kraj grada? Zovemo kurira. U drugu zemlju? Znate li koliko će koštati? Osim toga, ne očekujte odgovor ranije od šest mjeseci iz susjednih zemalja i od jedne do pet godina iz inozemstva.
Vratio se kući, potrebno je zapaliti svijeće. Čitanje pred njima je muka za oči, pa morate raditi nešto drugo. S čim? Nema TV-a, nema računala, nema pametnih telefona – a njih nema, jer ih nema čime napajati. Lezite na klupu i gledajte u strop! Iako će natalitet sigurno rasti.
Dodajmo tome da se sva plastika i gnojiva sada dobivaju iz prirodnog plina u tvornicama u kojima se vrte tisuće motora koje pokreće ista električna energija. Stoga je popis dostupnih gnojiva znatno skraćen na ona koja se mogu pripremiti od prirodnih sirovina u bačvama, umiješajući u njih otrovnu gnojnicu ručnim, vodenim ili parnim lopatama. Kao rezultat toga, obujam proizvedenih proizvoda je znatno smanjen.
Zaboravite na plastiku! Ebonit je naša najveća sreća s dugog popisa. A od metala, lijevano željezo postaje najpovoljnije. Od medicine, kao glavni alat na pozornici ponovno se pojavljuju stetoskop i skalpel koji brzo hrđa. Ostalo će potonuti u zaborav.
Možete nastaviti dugo, ali ideja bi do sada trebala biti jasna. Trebamo struju. Možemo preživjeti i bez toga, ali kakav bi to život bio! Odakle onda taj čarobni elektricitet?
Otkriće elektriciteta
Svi znamo fizičku istinu da ništa ne nestaje bez traga, već samo prelazi iz jednog stanja u drugo. Grčki filozof Tales iz Mileta susreo se s ovom istinom u 7. stoljeću pr. e. otkrivanje elektriciteta kao oblika energije trljanjem komadića jantara vunom. Pritom se dio mehaničke energije pretvorio u električnu i jantar (na starogrčkom “elektron”) se naelektrizirao, odnosno dobio je svojstva privlačenja lakih predmeta.
Ova vrsta električne energije danas se naziva statički elektricitet i našla je široku primjenu, uključujući i sustave za pročišćavanje plinova u elektranama. Ali u staroj Grčkoj on nije našao primjenu, a da Thales iz Mileta nije za sobom ostavio zapise o svojim eksperimentima, nikada ne bismo saznali tko je bio prvi mislilac koji je svoju pozornost usmjerio na oblik energije, koji je možda najčišći od svih s kojima smo do danas upoznati. Također je najprikladniji za upravljanje.
Izraz "elektricitet" - odnosno "jantar" - skovao je William Gilbert 1600. godine. Od tog vremena počeli su naširoko eksperimentirati s elektricitetom, pokušavajući razotkriti njegovu prirodu.
Kao rezultat toga, od 1600. do 1747. godine uslijedio je niz uzbudljivih otkrića i pojavila se prva teorija o elektricitetu, čiji je autor Amerikanac Benjamin Franklin. Uveo je pojam pozitivnog i negativnog naboja, izumio gromobran i uz njegovu pomoć dokazao električnu prirodu munje.
Zatim je 1785. otkriven Coulombov zakon, a 1800. Talijan Volta izumio je galvansku ćeliju (prvi izvor istosmjerne struje, preteča strujnih baterija i akumulatora), koja je bila stup od cinkovih i srebrnih krugova odvojenih papirom natopljenim u slanoj vodi. S pojavom tog tada stabilnog izvora električne energije nova i važna otkrića brzo se nižu jedno za drugim.
Michael Faraday drži božićno predavanje na Kraljevskoj ustanovi. Fragment litografije, Fotografija: republic.ru
Godine 1820. danski fizičar Oersted otkrio je elektromagnetsku interakciju: zatvarajući i otvarajući strujni krug s istosmjernom strujom uočio je cikličke oscilacije igle kompasa smještene u blizini vodiča. A 1821. godine francuski fizičar Ampere otkrio je da se oko vodiča s izmjeničnom električnom strujom stvara izmjenično elektromagnetsko polje. To je omogućilo Michaelu Faradayu da 1831. otkrije elektromagnetsku indukciju, opiše električno i magnetsko polje jednadžbama i stvori prvi generator izmjenične struje. Faraday je gurnuo zavojnicu žice u magnetiziranu jezgru, a kao rezultat toga, u namotu zavojnice pojavila se električna struja. Faraday je također izumio prvi električni motor - vodič s električnom strujom koji se okreće oko trajnog magneta.
Nemoguće je u ovom članku spomenuti sve sudionike “električne utrke”, no rezultat njihovog truda bila je eksperimentalno dokaziva teorija koja detaljno opisuje elektricitet i magnetizam, prema kojoj mi sada proizvodimo sve što je za funkcioniranje potrebno za struju.
Istosmjerna ili izmjenična struja?
Krajem 1880-ih, prije svjetskih standarda za proizvodnju, distribuciju i potrošnju industrijske električne energije, izbila je bitka između zagovornika uporabe istosmjerne i izmjenične struje. Tesla i Edison stajali su na čelu suprotstavljenih vojski.
Obojica su bili talentirani izumitelji. Osim ako je Edison imao puno razvijenije poslovne sposobnosti i do početka “rata” uspio patentirati mnoga tehnička rješenja koja su koristila istosmjernu struju (tada je u SAD-u istosmjerna struja bila zadani standard; konstantna struja je struja čija smjer se ne mijenja tijekom vremena).
Ali postojao je jedan problem: u to je vrijeme istosmjernu struju bilo vrlo teško transformirati u viši ili niži napon. Uostalom, ako danas primamo električnu energiju na 240 volti, a našem telefonu je potrebno 5 volti, u utičnicu uključimo univerzalnu kutiju koja pretvara sve u bilo što u rasponu koji nam je potreban, koristeći moderne tranzistore kojima upravljaju sićušni logički sklopovi sa sofisticiranim softverom. A što se moglo učiniti kad je do izuma najprimitivnijih tranzistora ostalo još 70 godina? I ako je, prema uvjetima električnih gubitaka, bilo potrebno povećati napon na 100.000 volti kako bi se električna energija isporučila na udaljenost od 100 ili 200 kilometara, bilo kakvi Voltovi stupovi i primitivni DC generatori pokazali su se nemoćnima.
Shvaćajući to, Tesla je zagovarao izmjeničnu struju, čija transformacija u bilo koje naponske razine ni u ono doba nije bila teška (varijabla je struja čija se veličina i smjer povremeno mijenjaju tijekom vremena čak i uz konstantan otpor toj struji; na frekvenciji mreže od 50 Hz to se događa 50 puta u sekundi). Edison je, ne želeći izgubiti patentne naknade za sebe, pokrenuo kampanju za diskreditaciju izmjenične struje. Uvjeravao je da je ova vrsta struje posebno opasna za sva živa bića, a kao dokaz javno je ubijao mačke i pse lutalice tako što je na njih stavljao elektrode spojene na izmjeničnu struju.
Edison je izgubio bitku kada je Tesla ponudio da osvijetli cijeli grad Buffalo za 399.000 dolara protiv Edisonove ponude da učini isto za 554.000 dolara. Na dan kada je grad bio osvijetljen električnom energijom dobivenom iz stanice smještene na slapovima Niagare i koja je proizvodila upravo izmjeničnu struju, tvrtka General Electric izbacila je istosmjernu struju iz razmatranja u svojim budućim poslovnim projektima, u potpunosti podržavajući izmjeničnu struju svojim utjecajem i novcem.
Thomas Edison (SAD), sl.: cdn.redshift.autodesk.com
Može se činiti da je izmjenična struja zauvijek osvojila svijet. Međutim, on ima nasljedne bolesti koje proizlaze iz same činjenice varijabilnosti. Prije svega, to su električni gubici povezani s gubicima u induktivnoj komponenti žica dalekovoda, koji se koriste za prijenos električne energije na velike udaljenosti. Ti su gubici 10-20 puta veći od mogućih gubitaka u istim dalekovodima u slučaju istosmjerne struje koja njima teče. Plus, povećana složenost sinkronizacije čvorova elektroenergetskog sustava utječe (za bolje razumijevanje, recimo, pojedinačnih gradova), jer to zahtijeva ne samo izjednačavanje napona čvorova, već i njihove faze, jer je izmjenična struja sinusoidni val.
Odavde je vidljiva mnogo veća posvećenost “ljuljanjima” čvorova jednih u odnosu na druge, kada se napon-frekvencija počinje mijenjati gore-dole, na što prosječan potrošač obraća pažnju kada u njegovom stanu treperi svjetlo. . Obično je to najava kraja zajedničkog rada čvorova: veze između njih su pokidane, a neki čvorovi su s nedostatkom energije, što dovodi do smanjenja njihove frekvencije (tj. do smanjenja brzina vrtnje istih elektromotora i ventilatora), a neki s viškom energije koji uzrokuje opasno povećanje napona na cijelom mjestu, uključujući naše utičnice s uređajima spojenim na njih. A s dovoljno velikom duljinom dalekovoda, što je, primjerice, kritično za Rusku Federaciju, počinju se pojavljivati i drugi učinci koji kvare raspoloženje električara. Ne ulazeći u detalje, može se istaknuti da postaje teško, a ponekad i nemoguće, prenijeti izmjeničnu struju preko žica na iznimno velike udaljenosti. Za informaciju, valna duljina od 50 Hz je 6000 km, a kako se približavate polovici ove duljine - 3000 km - počinju utjecati učinci putujućih i stojećih valova, plus učinci povezani s rezonancijom.
Ovi učinci su odsutni kada se koristi istosmjerna struja. To znači da se povećava stabilnost energetskog sustava u cjelini. Uzimajući to u obzir, kao i činjenicu da računala, LED diode, solarni paneli, baterije i još mnogo toga za svoj rad koriste istosmjernu struju, možemo zaključiti da rat s istosmjernom strujom još nije izgubljen. Vrlo je malo ostalo za moderne istosmjerne pretvarače za bilo koju snagu i napon koji se danas koriste da bi bili jednaki cijeni AC transformatora poznatih čovječanstvu. Nakon toga će, očito, započeti trijumfalna povorka planetom već istosmjerne struje.
Električna energija je sastavni dio našeg života. Svaki dan bez razmišljanja koristimo mnoge kućanske električne uređaje, a o proizvodnji da i ne govorimo. Odakle dolazi energija koja nam je potrebna? Čak i djeca znaju odgovor na ovo pitanje: proizvode ga elektrane. Ali ne znaju svi kako iz elektrane dolazi do nas, potrošača. Pokušat ćemo odgovoriti na ovo pitanje u našem članku.
Dakle, počnimo s elektranama. Svi znaju glavne vrste elektrana: nuklearne elektrane, hidroelektrane, termoelektrane. Mnogi su vjerojatno čuli za postojanje dizel agregata i mini elektrana koje se sve više koriste na gradilištima, kao zaštita od nestanka struje u bolnicama, a mogu opskrbiti strujom i privatnu kuću itd. U Europi se energija vjetra i sunca također koriste za proizvodnju električne energije. Znanstvenici diljem svijeta također rade na alternativnim vrstama električne energije, kao što su fuzijske reakcije, elektrane na biomasu.
U našoj zemlji danas su glavni izvori električne energije nuklearne elektrane, hidroelektrane i termoelektrane. Više od polovice električne energije proizvedu termoelektrane. Najčešće se takve elektrane nalaze na mjestima gdje se vadi gorivo. U gradovima se također mogu koristiti kombinirane toplinske i elektrane koje gradu osim električne energije osiguravaju i toplu vodu i toplinu. Najjeftiniju električnu energiju proizvode hidroelektrane.
Nuklearne elektrane su najmodernije. Jedna od najvažnijih prednosti je činjenica da nisu vezani uz izvor sirovina, te se stoga mogu postaviti gotovo bilo gdje. Nuklearne elektrane također ne zagađuju okoliš, uz uvjet da se uzmu u obzir svi prirodni čimbenici i ispune uvjeti za njihovu izgradnju.
Ali ovdje imamo elektranu koja proizvodi struju. Što je slijedeće? A zatim se električna energija iz elektrodemontažnih guma dovodi u električni dio elektrane koji može biti otvoreni, zatvoreni i kombinirani. U elektro dijelu nalazi se upravljačka soba za upravljanje elektranom, automatizirani sustav upravljanja procesima (APCS), rasklopni uređaji, relejna zaštita, instrumentacija i alarmi, visokonaponski uzlazni i silazni transformatori, visokonaponski prekidači , sabirnice i autotransformatori. Nakon pretvorbe energije, električna energija se dovodi u visokonaponski dalekovod (VTL). Dalekovodi za prijenos električne energije na velike udaljenosti moraju imati veliki kapacitet i male gubitke, a sastoje se od žica, stupova, spojnih elemenata, užadi za zaštitu od groma i pomoćnih uređaja. Prema namjeni dalekovodi se dijele na ultraduge, magistralne i distribucijske. Glavni elementi nadzemnih vodova su metalni stupovi koji se postavljaju na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Oni su sidro, srednji i kutni. Sidreni nosači postavljaju se na početku i kraju dalekovoda, kao i na mjestima križanja inženjerskih objekata ili prirodnih prepreka. Srednji nosači postavljaju se na ravnim dionicama i dizajnirani su za podupiranje žica s dopuštenim progibom od 6-8 metara u naseljenim područjima i 5-7 metara u nenaseljenim područjima. Kutni nosači postavljeni su pod kutovima rotacije dalekovoda. Za promjenu redoslijeda na stupovima, kao i za odvajanje žica od glavnog voda nadzemnog dalekovoda postavljaju se posebni transpozicijski stupovi. Za prijenos električne energije u visokonaponskim dalekovodima koriste se neizolirane žice izrađene od aluminija i čelika-aluminija sljedećih klasa: AN, AZh, AKP (aluminij) i VL, AS, AKS, ASKP, ASK (čelik- aluminij). Žice se pričvršćuju na stupove pomoću potpornih ili zateznih izolatora, koji se montiraju na stup ovješeno, i montažnih okova. S druge strane, izolatori su porculan, obložen glazurom, staklo, kaljeno staklo i polimer, od posebne plastike. Za zaštitu dalekovoda od udara groma na stupove se navlače gromobranske užadi, postavljaju odvodnici, a stupovi se uzemljuju. Budući da vod obično prolazi na velikim udaljenostima, koriste se međustanice s pojačanim transformatorima kako bi se izbjegli gubici napona.
Za daljnju distribuciju električne energije, distribucijske trafostanice spajaju se na glavne nadzemne dalekovode, koji pak distribuiraju električnu energiju do nižih trafostanica. Prilikom distribucije električne energije od trafostanice do PTS-a mogu se koristiti 2 vrste polaganja kabela: nadzemni i podzemni. U zračnom polaganju obično se koriste aluminijske ili čelično-bakrene gole žice koje su obješene na nosače. Za podzemno polaganje koristi se energetski kabel s bakrenim ili aluminijskim vodljivim vodičima i oklopom, koji osigurava pouzdanu zaštitu od mehaničkih naprezanja. Kabeli ove vrste uključuju marke dizajnirane za rad na naponima do 35 kV, na primjer, ili (6-10 kV) ili (10-35 kV). Ako se trafostanica nalazi na velikoj udaljenosti, tada uporaba kabela za napajanje neće biti ekonomski isplativa, u kojem se slučaju koristi zračno polaganje.
Iz silazne trafostanice duž dalekovoda energija se distribuira između PTS-a, koji su podijeljeni na jarbol i kiosk (prolazni i mrtvi kraj). Kompletne transformatorske stanice provode smanjenje napona od 10 (6) do 0,4 kV izmjenične struje s frekvencijom od 50 Hz i dizajnirane su za opskrbu električnom energijom privatnih kuća, pojedinačnih naselja ili malih industrijskih objekata. U jarbolnim transformatorskim podstanicama, ulaz i izlaz kabela provodi se pomoću nadzemnih vodova. Tip kioska KTP služi za iste svrhe, ali se ugrađuje u najjednostavniju betonsku platformu i ima ozbiljnu prednost - omogućuje ulaz i izlaz, kako zračnim tako i podzemnim putem.
Za uklanjanje nadzemnih vodova koriste se samonosive aluminijske izolirane SIP žice koje se pomoću montažnih spojnica vješaju na drvene ili betonske nosače. Ova metoda polaganja distribucijske linije koristi se u privatnim sektorima, garažnim zadrugama ili tamo gdje je potrebno opskrbiti veliki broj potrošača koji se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Za polaganje podzemnih vodova koristi se energetski kabel s aluminijskim ili bakrenim vodičima, izoliran od raznih materijala, oklopljen, oklopljen, sa ili bez zaštitnog omotača. Ovisno o načinu polaganja, mogu se koristiti različite marke kabela. Za polaganje u posebne valovite cijevi s dvostrukom stijenkom, energetske kabele bez zaštitnog pokrova i oklopa, kao što su AVVG ili. Za polaganje u rovove koriste se kabeli s oklopom i zaštitnim poklopcima koji imaju dobru zaštitu od fizičkih i mehaničkih utjecaja. To su kabeli tipa i (s oklopom i zaštitnim omotom) ili i (s oklopom bez zaštitnog omotača). Osim toga, ovisno o prirodi lutajućih struja, mogu se koristiti energetski kabeli s različitim vrstama ekrana, koji su dizajnirani za polaganje iu rovovima iu zaštićenim cijevima. Ovi kabeli uključuju marke ili.
Iz trafostanice električna energija se odabranim žicama prenosi do razdjelnih točaka, koje se nalaze u posebno određenim prostorijama (pločama). U kontrolnim sobama ugrađeni su razvodni uređaji koji ne samo da osiguravaju prijenos struje u stanove, već i opskrbljuju podnu i hitnu rasvjetu, dizala, ventilaciju, klimatizaciju i sigurnosne sustave. Razvod od razvodnih do etažnih razvodnih ormara izvodi se kabelima koji prema protupožarnim uvjetima ne smiju širiti izgaranje i imati malu emisiju dima i plinova. Takve marke kabela uključuju (aluminijske vodiče), (bakrene vodiče). Za polaganje magistralnog voda također se koriste posebni nosači za pričvršćivanje koji osiguravaju sigurnost kabela tijekom cijelog radnog vijeka. Osim toga, kanal sabirnice može se koristiti za napajanje od razvodne ploče do podnih štitova, što ima niz prednosti u usporedbi s kabelskom magistralom. To uključuje jednostavnost ugradnje (sekcije se sastavljaju i montiraju u niši bez ikakvih problema), manje dimenzije u usporedbi s kabelskom linijom (sekcije se sastoje od bakrenih ili aluminijskih guma, koje su ogoljene metalnim kućištem), jednostavnost daljnjeg rada. I, konačno, s podnih ploča struja se dovodi do brojila ili mjerno-razvodne ploče stana.
Ovo pitanje je kao kupus, otvaraš, otvaraš, ali još je daleko od „temeljnog“ panja. Iako se pitanje, očito, tiče ove same stabljike, ipak morate pokušati prevladati sav kupus.
Na najpovršniji pogled, priroda struje se čini jednostavnom: struja je kada se nabijene čestice kreću. (Ako se čestica ne kreće, onda nema struje, postoji samo električno polje.) Pokušavajući shvatiti prirodu struje, a ne znajući od čega se struja sastoji, odabrali smo smjer struje koji odgovara smjer kretanja pozitivnih čestica. Kasnije se pokazalo da se nerazlučiva struja, potpuno istog učinka, dobiva kada se negativne čestice kreću u suprotnom smjeru. Ova simetrija je izvanredan detalj prirode struje.
Ovisno o tome gdje se čestice kreću, različita je i priroda struje. Sam trenutni materijal je drugačiji:
- Metali imaju slobodne elektrone;
- U metalnim i keramičkim supravodičima - također elektroni;
- U tekućinama, ioni koji nastaju tijekom kemijskih reakcija ili kada su izloženi primijenjenom električnom polju;
- U plinovima - opet ioni, kao i elektroni;
- Ali u poluvodičima, elektroni nisu slobodni i mogu se pomicati "relejno". Oni. Nije elektron taj koji se može kretati, već, takoreći, mjesto gdje ga nema - "rupa". Takvo provođenje naziva se rupičasto provođenje. Na šiljcima različitih poluvodiča, priroda takve struje dovodi do učinaka koji čine svu našu radioelektroniku mogućom.
Struja ima dvije mjere: jakost struje i gustoću struje. Između struje naboja i struje npr. vode u crijevu više je razlika nego sličnosti. Ali takav pogled na struju prilično je produktivan za razumijevanje prirode potonje. Struja u vodiču je vektorsko polje brzina čestica (ako se radi o česticama s istim nabojem). Ali te detalje obično ne uzimamo u obzir kada opisujemo struju. Osrednjavamo ovu struju.
Ako uzmemo samo jednu česticu (prirodno nabijenu i gibajuću), tada struja jednaka umnošku naboja i trenutne brzine u određenom trenutku postoji upravo tamo gdje se ta čestica nalazi. Sjetite se kako je to bilo u pjesmi dueta Ivasi "Vrijeme je za pivo": "...ako je klima teška i neprijateljska astrala, kad bi vlak krenuo i sve tračnice ponio..." :)
I tako smo došli do onog na početku spomenutog panja. Zašto čestica ima naboj (čini se da je s kretanjem sve jasno, ali što je naboj)? Najfundamentalnije čestice (sada sigurno:) naizgled nedjeljive) koje nose naboj su elektroni, pozitroni (antielektroni) i kvarkovi. Nemoguće je izvući i proučavati jedan kvark zbog zatvorenosti, čini se da je lakše s elektronom, ali također još nije sasvim jasno. Trenutno je jasno da je struja kvantizirana: nema naboja manjeg od naboja elektrona (kvarkovi se promatraju samo u obliku hadrona s ukupnim nabojem jednakim ili nula). Električno polje odvojeno od nabijene čestice može postojati samo u sprezi s magnetskim poljem, kao elektromagnetski val, čiji je kvant foton. Možda neko tumačenje prirode električnog naboja leži u polju kvantne fizike. Na primjer, Higgsovo polje koje je predvidjela i nedavno otkrilo (postoji bozon, postoji polje) objašnjava masu niza čestica, a masa je mjera kako čestica reagira na gravitacijsko polje. Možda će se s nabojem, kao i s mjerom odziva na električno polje, otkriti neka slična priča. Zašto postoji masa i zašto postoji naboj – to su donekle povezana pitanja.
Mnogo se zna o prirodi električne struje, ali najvažnije još nije poznato.
