什么是电能 – 发电、输电、配电和利用
日常生活中的许多功能都需要能量。自然界中能量以不同的形式存在,但最重要的能量形式是电能(或电力)。正如我们所体验到的,电力已成为我们生活中不可或缺的一部分,因为没有电力,我们无法想象我们的生活。
本文旨在解释电能的概念,包括它的产生、传输、分配和利用。
什么是电能?
电能是由亚原子带电粒子(如电子、质子等)产生的能量形式。电能是改变人类文明的主要发明之一。在当今世界,电能用于执行多种功能,因此成为日常生活中的基本必需品。
从基础科学中,我们知道宇宙中所有物质都由多个原子组成,每个原子都有一定数量的亚原子粒子,即电子、质子和中子。其中,电子是带负电的粒子,质子是带正电的粒子,中子是无电荷或中性粒子。
但在普通情况下,每种物质都保持中性,这意味着它具有相同数量的质子和电子。电能的存在是由于带电粒子(电子和质子)。这些带电粒子可以是静止的或移动的。当粒子静止并表现出电能时,称为静电。另一方面,当移动的带电粒子表现出电能时,则称为电流。
正如我们上面所讨论的,在正常情况下,一块材料中电子和质子的数量相同。但是,当从材料中去除一些电子时,它就会出现负电荷不足。因此,材料会带正电。另一方面,如果向材料中提供一些电子,则会出现负电荷过剩。因此,材料会带负电。实际上,电子是从材料中去除或提供给材料的,因为质子牢固地结合在原子的原子核中,因此不容易分离。
在实际应用中,材料中电子的浓度总是试图保持均匀,即材料试图整体保持中性。这就是电能背后的唯一原因。这可以通过一个例子来理解,在这个例子中,两个带电体具有不同的电子浓度,并通过导线连接。在这种情况下,电子从电子浓度较高的物体移动到电子浓度较低的物体。电子的这种移动将持续进行,直到两个物体的电子浓度相等。这种电子的移动称为电能,更具体地说,是电流。
发电
将任何形式的能量转换成电能的过程称为发电。用于发电的组件系统称为发电厂或发电站。目前,发电的方法有很多,下面将讨论一些重要的过程:
电力产生的机电过程
在电力产生的机电过程中,导体在磁场中移动。当导体切割磁力线时,由于电磁感应,在导体中会产生电力。用于在这种方法中发电的设备称为发电机。根据产生的电力性质,发电机可以是直流发电机或交流发电机。这是世界上最广泛使用的发电方法之一。
电力产生的电化学过程
在这种方法中,化学能转化为电能。这种发电过程最常见的例子是电池产生的电能。在电池中,电能是由于化学反应产生的。此过程用于小规模发电。
固态发电
这是一种现代的发电过程。在这种方法中,使用半导体器件(如光伏电池)将光能转换为电能。当高强度光束照射到光伏电池上时,会产生许多载流子(电子和空穴),从而产生电势差。当外部电路连接到光伏电池时,电流开始流动。
其他发电过程
还有其他几种发电过程,例如风力涡轮机、沼气、生物质能、地热能、潮汐能等。这些大多是可再生能源。
输电
电力在发电站产生后,由升压变压器将其电压提高,以便远距离传输。虽然低压发电在实践中是可行和经济的,但高压输电在实践中是可行和经济的。
输电是借助大型钢塔支撑的输电导体(线路)进行的。通常的做法是用非常高的电压以交流电或直流电的形式进行输电。在交流输电的情况下,使用三相三线制输电系统。输电线路通常终止于接收站和变电站。
配电和用电
配电是指向最终用户供电以供其使用。为此,在城市的各个地点建立了多个配电变电站。这些配电变电站通过输电线路接收高压电,并将电压降低到较低的电压。现在,这种低压电通过配电线路和馈线供给消费者。消费者使用这种电力来驱动电机、风扇、灯泡等电力负荷。
结论
在本文中,我们讨论了电能,包括它的产生、传输、分配和利用。正如我们上面所讨论的,电能是一种从其他形式的能量中获得的能量。电能是利用称为发电厂的机制产生的。然后,它通过输电线路以非常高的电压传输。最后,它被降压到所需的电压等级,并分配给最终用户以供其使用,即为电机、灯具和其他机械设备供电。