Selittäjä: Mikä on sähkö?

Sähkö on eräs energian muoto. Sähkö on elektronien virtaus. Kaikki aine koostuu atomista, ja atomilla on keskusta, jota kutsutaan ytimeksi. Ydin sisältää positiivisesti varautuneita hiukkasia, joita kutsutaan protoneiksi, ja varaamattomia hiukkasia, joita kutsutaan neutroneiksi. Atomin ydin ympäröi negatiivisesti varautuneita hiukkasia, joita kutsutaan elektroniksi. Elektronin negatiivinen varaus on yhtä suuri kuin protonin positiivinen varaus, ja atomien elektronien lukumäärä on yleensä yhtä suuri kuin protonien lukumäärä. Kun protonien ja elektronien välinen tasapainotusvoima häiritsee ulkoista voimaa, atomi voi saada tai kadottaa elektronin. Kun elektronit "katoavat" atomista, näiden elektronien vapaa liikkuvuus muodostaa sähkövirran.

sähkö on perusosa luonnosta ja se on yksi yleisimmin käytetyistä energiamuodoistamme. Saamme sähköä, joka on sekundaarinen energialähde, muuntamalla muut lähteet energia, kuten hiili, maakaasu, öljy, ydinvoima ja muut luonnolliset lähteet, joita kutsutaan primaariksi lähteet. Monet kaupungit rakennettiin vesiputouksien (ensisijainen mekaanisen energian lähde) rinnalle, jotka käänsivät vesipyörät työn suorittamiseen. Ennen sähköntuotannon aloittamista hieman yli 100 vuotta sitten talot valaistettiin petrolilampuilla, ruoka jäähdytettiin jäälaatikoihin ja huoneita lämmitettiin puu- tai hiilipolttouuneilla. Alkaen

Ratkaistaksesi ongelma, joka liittyy sähkön lähettämiseen pitkiä matkoja, George Westinghouse kehitti muuntajan nimeltä laitteen. Muuntaja mahdollisti sähkön tehokkaan siirron pitkillä etäisyyksillä. Tämä mahdollisti sähkön toimittamisen koteihin ja yrityksiin, jotka sijaitsevat kaukana sähköntuotantolaitoksesta.

Huolimatta siitä, että sillä on suuri merkitys jokapäiväisessä elämässämme, suurin osa meistä lakkaa harvoin ajattelemasta, millainen elämä olisi ilman sähköä. Mutta kuten ilma ja vesi, meillä on taipumus pitää sähköä itsestään selvänä. Käytämme joka päivä sähköä monien toimintojen suorittamiseen meille - kodin valaistuksesta ja lämmityksestä / jäähdytyksestä televisioiden ja tietokoneiden virtalähteeksi. Sähkö on hallittavissa oleva ja kätevä energian muoto, jota käytetään lämmön, valon ja energian sovelluksissa.

Nykyään Yhdysvaltojen (USA) sähköntuotantoteollisuus on perustettu varmistamaan, että käytettävissä on riittävästi sähköä kaikkien kysyntävaatimusten täyttämiseksi yhdellä hetkellä.

Sähkögeneraattori on laite mekaanisen energian muuntamiseksi sähköenergia. Prosessi perustuu magneettisuuden ja sähkön välinen suhde. Kun lanka tai muu sähköä johtava materiaali liikkuu magneettikentän poikki, lankassa tapahtuu sähkövirta. Sähköteollisuuden käyttämillä suurilla generaattoreilla on kiinteä johdin. Pyörivän akselin päähän kiinnitetty magneetti on sijoitettu kiinteän johtavan renkaan sisään, joka on kääritty pitkällä, jatkuvalla lankapalalla. Kun magneetti pyörii, se indusoi pienen sähkövirran jokaisessa johdinosassa kulkiessaan. Jokainen johdinosa muodostaa pienen erillisen sähköjohtimen. Kaikki yksittäisten osien pienet virrat lisäävät yhden huomattavan suuren virran. Tätä virtaa käytetään sähköön.

Sähkökäyttöinen voimalaitos käyttää joko turbiinia, moottoria, vesipyörää tai muuta vastaavaa kone sähkögeneraattorin käyttämiseksi tai laite, joka muuntaa mekaanisen tai kemiallisen energian sähköä. Höyryturbiinit, polttomoottorit, kaasupoltoturbiinit, vesiturbiinit ja tuuliturbiinit ovat yleisimmät menetelmät sähkön tuottamiseksi.

Suurin osa Yhdysvaltojen sähköstä tuotetaan vuonna 2003 höyryturbiinit. Turbiini muuntaa liikkuvan nesteen (neste tai kaasu) kineettisen energian mekaaniseksi energiaksi. Höyryturbiineissa on sarja siipiä, jotka on asennettu akselille, jota vasten höyry pakotetaan, pyörittäen siten generaattoriin kytkettyä akselia. Fossiilikäytössä olevassa höyryturbiinissa polttoaine poltetaan uunissa veden lämmittämiseksi kattilassa höyryn tuottamiseksi.

Hiiltä, ​​öljyä (öljyä) ja maakaasua poltetaan suurissa uuneissa veden lämmittämiseksi höyryn tuottamiseksi, joka puolestaan ​​työntää turbiinin siipiä. Tiesitkö, että kivihiili on suurin yksittäinen energian lähde, jota käytetään sähkön tuottamiseen Yhdysvalloissa? Vuonna 1998 yli puolet (52%) läänin 3,62 biljoonaa kilowattituntia sähköstä käytti kivihiiltä energialähteenä.

Sen lisäksi, että maakaasua poltetaan lämpöä varten höyryä varten, se voidaan myös polttaa kuumana polttokaasut, jotka kulkevat suoraan turbiinin läpi, pyörittäen turbiinin lapoja tuottamaan sähköä. Kaasuturbiineja käytetään yleisesti, kun sähkölaitosten käyttö on suurta kysyntää. Vuonna 1998 maakaasu poltti 15 prosenttia maan sähköstä.

Maaöljyä voidaan käyttää myös höyryn valmistukseen turbiinin kääntämiseksi. Jäännöspolttoöljy, raakaöljystä puhdistettu tuote, on usein öljytuote, jota käytetään sähkölaitoksissa, jotka käyttävät öljyä höyryn valmistukseen. Maaöljyä käytettiin tuottamaan alle kolme prosenttia (3%) kaikesta Yhdysvaltain sähkölaitoksissa tuotetusta sähköstä vuonna 1998.

Ydinvoima on menetelmä, jossa höyryä tuotetaan kuumentamalla vettä ydinfissioksi kutsutun prosessin kautta. Ydinvoimalaitoksessa reaktori sisältää ydinpolttoainetta, pääasiassa rikastettua uraania. Kun uraanin polttoaineen atomit osuvat neutroneihin, ne hajoavat (jakautuvat) vapauttaen lämpöä ja lisää neutroneja. Valvotuissa olosuhteissa nämä muut neutronit voivat lyödä enemmän uraaniatomeja, jakamalla enemmän atomeja ja niin edelleen. Siten voi tapahtua jatkuva fissio, joka muodostaa ketjureaktion, joka vapauttaa lämpöä. Lämpöä käytetään veden muuttamiseen höyryksi, joka puolestaan ​​pyörii turbiinia, joka tuottaa sähköä. Vuonna 2015 ydinvoimalla tuotetaan 19,47 prosenttia koko maan sähköstä.

Vuodesta 2013 lähtien vesivoiman osuus Yhdysvaltojen sähköntuotannosta on 6,8 prosenttia. Sen prosessi, jossa virtaavaa vettä käytetään generaattoriin kytketyn turbiinin pyörittämiseen. Sähköä tuottavia vesivoimajärjestelmiä on pääasiassa kahta tyyppiä. Ensimmäisessä järjestelmässä virtaava vesi kerääntyy patoihin luotuihin säiliöihin. Vesi putoaa putkiksi kutsutun putken läpi ja kohdistaa painetta turbiinin siipiin generaattorin ohjaamiseksi sähkön tuottamiseksi. Toisessa järjestelmässä, jota kutsutaan juoksevaksi, joen virran voima (sen sijaan että putoava vesi) kohdistaa paineita turbiinin siipiin sähkön tuottamiseksi.

Maalämpö tulee lämpöenergiasta, joka on haudattu maan pinnan alle. Joillakin maan alueilla magma (sulan aine maapallonkuoren alla) virtaa riittävän lähellä maata Maan pinta lämmittää maanalaista vettä höyryksi, jota voidaan hyödyntää höyryturbiinissa käytettäväksi kasveja. Vuodesta 2013 lähtien tämä energialähde tuottaa vähemmän kuin 1% maan sähköstä, tosin Yhdysvaltain energiantuotannon arvio Tietohallinto, että yhdeksän länsimaata voi mahdollisesti tuottaa tarpeeksi sähköä toimittamaan 20 prosenttia maan kansakunnasta energian tarpeet.

Aurinkovoima saadaan auringon energiasta. Auringon energiaa ei kuitenkaan ole saatavana täysipäiväisesti ja se on hajallaan. Auringon energiaa käyttävän sähkön tuottamiseksi käytetyt prosessit ovat historiallisesti olleet kalliimpia kuin perinteisten fossiilisten polttoaineiden käyttö. Aurinkosähkömuunnos tuottaa sähköä suoraan aurinkovalosta aurinkosähkökennossa. Aurinkolämpögeneraattorit käyttävät auringon säteilyenergiaa höyryn tuottamiseksi turbiinien käyttämiseksi. Vuonna 2015 alle 1% maan sähköstä toimitettiin aurinkovoimalla.

Tuulivoima on johdettu tuulen sisältämän energian muuntamisesta sähköksi. Tuulivoima, kuten aurinko, on yleensä kallis sähköntuotannon lähde. Vuonna 2014 sitä käytettiin noin 4,44 prosenttia maan sähköstä. Tuuliturbiini on samanlainen kuin tyypillinen tuulimylly.

Biomassa (puu, kiinteät yhdyskuntajätteet (roskat) ja maatalouden jätteet, kuten maissilakit ja vehnän oljet) ovat joitain muita energianlähteitä sähkön tuottamiseksi. Nämä lähteet korvaavat kattilan fossiiliset polttoaineet. Puun ja jätteiden polttaminen tuottaa höyryä, jota käytetään tyypillisesti tavanomaisissa höyry-sähkölaitoksissa. Vuonna 2015 biomassan osuus on 1,57 prosenttia Yhdysvalloissa tuotetusta sähköstä.

Generaattorin tuottama sähkö kulkee kaapeleita pitkin muuntajaan, joka muuttaa sähkön matalasta jännitteestä korkeaan. Sähköä voidaan siirtää pitkiä matkoja tehokkaammin korkeajännitteellä. Siirtojohtoja käytetään sähkön kuljettamiseen sähköasemalle. Sähköasemissa on muuntajat, jotka muuttavat korkeajännitesähköä matalajännitteiseksi sähköksi. Sähköasemalta jakelujohdot kuljettavat sähköä koteihin, toimistoihin ja tehtaisiin, jotka tarvitsevat matalajännitteistä sähköä.

Sähkö mitataan tehoyksiköinä, joita kutsutaan watteiksi. Se nimettiin kunniaksi James Watt, keksijä höyrykone. Yksi watti on erittäin pieni määrä tehoa. Se vaatisi lähes 750 wattia yhtä hevosvoimaa vastaavaksi. Kilowatti edustaa 1 000 wattia. Kilowattitunti (kWh) on yhtä suuri kuin 1 000 watin energia, joka toimii tunnin ajan. Voimalaitoksen tuottaman tai asiakkaan tietyn ajan kuluessa käyttämän sähkön määrä mitataan kilowattitunteina (kWh). Kilowattitunnit määritetään kertomalla tarvittavien kW-määrien lukumäärä käyttötuntien lukumäärällä. Jos esimerkiksi käytät 40 watin hehkulamppua 5 tuntia päivässä, olet käyttänyt 200 wattia tehoa tai 0,2 kilowattituntia sähköenergiaa.

Enemmänsähkö: Historia, elektroniikka ja kuuluisat keksijät