Как происходит процесс преобразования лучистой энергии в электрическую

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Преобразование — лучистая энергия

Преобразование лучистой энергии в электрическую в фотоэлемен — — те осуществляется в результате отрыва электронов от атомов различных веществ под воздействием световой энергии. [1]

Преобразование лучистой энергии в электрический заряд пироэлектрической мишени не имеет принципиальных ограничений по длине волны. Это является большим преимуществом пирокона. Поскольку пироэлектрический эффект зависит от изменения температуры в каждой точке мишени, пирокон не воспроизводит теплового изображения стационарного объекта, а передает только динамику тепловой картины. Поэтому ИК-излучение, вызывающее изменение температуры пироэлектрической мишени, должно быть переменным. [2]

Фотоэлементы служат для преобразования лучистой энергии в электрическую энергию. [3]

Фотоэлектрическими называют приборы для преобразования лучистой энергии в электрическую энергию. Обратное преобразование энергии осуществляют излучающие приборы. [4]

Следовательно, в данной схеме происходит преобразование лучистой энергии в электрическую. [6]

О днако источники и физические механизмы преобразования лучистой энергии в системе атмосфера-подстилающая поверхность очень сильно, особенно в полосах поглощения атмосферных газов, зависят от длины волны. В этой связи вычисления интегральных характеристик радиационного поля практически невозможны без детальных исследований спектральных характеристик излучения. С повышением требований к точности расчета радиационного баланса системы должно использоваться все более высокое спектральное разрешение и при определении интегральных радиационных характеристик должны учитываться все более тонкие физические эффекты, оказывающие влияние на перенос лучистой энергии. [7]

Инфракрасные лучи, поглощаясь телами, вызывают преобразование лучистой энергии в тепловую. [8]

Фотоэлектрическими называют полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования лучистой энергии в электрическую энергию. [9]

В настоящем параграфе коротко остановимся на примерах преобразования химической, тепловой и лучистой энергии в электрическую. [11]

В основе зрительного процесса человека лежит фотохимическ ( преобразование лучистой энергии . Лучистый поток, отраженный ( рассматриваемого предмета ( объекта наблюдения), проходя через npi зрачную наружную роговую оболочку глаза ( рис. 4.1), через зрачо ] который является диафрагмируемым отверстием радужной оболочю попадает внутрь глаза. После преломления в хрусталике лучистый m ток проходит сквозь стекловидное тело ( жидкость, заполняющую m лость глазного яблока) и фокусируется на центральной ямке внутренне поверхности глазного яблока, покрытой сетчатой. При этом на сетча ке образуется обратное и уменьшенное изображение объекта наблюд ния. [12]

Фотоэлектрический способ регистрации основан на фотоэлектрическом эффекте — преобразовании лучистой энергии в электрическую. [13]

Принцип действия нагревателей с инфкрасными излучателями основан на преобразовании лучистой энергии в тепловую внутри материала заготовки, помещенной в зону действия излучателей. Этот процесс состоит в следующем. А это и есть превращение лучистой энергии в тепловую, которое выражается в повышении температуры ( в разогреве) заготовки. [14]

В настоящей главе не будут рассматриваться физические процессы, лежащие в основе преобразования лучистой энергии в электрическую. [15]

Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую

Рейтинг: 5 / 5 1 0 Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую

Часто ли мы задумываемся о том, какой путь проходит свет перед тем, как достичь Земли? А между тем Солнце, находящееся примерно в 150 миллионах километров от нас, не только может светить и греть нас своим теплом, оно доставляет световую энергию, которую пытливые умы человечества научились использовать для получения энергии электрической. Как это происходит и при каких условиях? Насколько эффективны современные солнечные панели? Можно ли отказаться от тепловых и атомных электростанций, оказывающих негативное влияние на окружающую среду? Обо всем по порядку.

Наверняка первые попытки использовать солнечный свет для бытовых нужд были предприняты на заре человечества интуитивно. Люди понимали, например, что мокрые вещи на солнце сохнут быстрее, чем в тени, то есть эмпирически оценивали количество солнечной радиации (излучения), приходящей на землю. Архимед использовал параболические зеркала для поражения вражеских кораблей. Параболические зеркала также применяли пастухи и бедуины для приготовления пищи. Что же было дальше?

1838 — французский физик Клод Пулье, используя простейший пирометр, измерил мощность солнечного излучения, приходящего на квадратный метр поверхности Земли. Величина получилась внушительная и близкая к современным оценкам – 1361 Вт/м 2 .

1839 — Беккерель обнаружил, что свет возможно преобразовать в электричество, а электричество, как известно – самый удобный для использования вид энергии.

1887-1890 — Герц и Столетов изучали явление, названное фотоэффектом. Суть его в том, что при облучении светом и вообще любым излучением вещества могут отдавать электроны – носители электрических зарядов. Это приводит к возникновению ЭДС, что позволяет использовать фотоэффект для получения электрического тока.

1905 – Эйнштейн, используя теорию Макса Планка о квантовой (состоящей из отдельных частиц) природе света, объяснил, как работает фотоэффект, за что потом и получил Нобелевскую премию. Вот так выглядит формула для фотоэффекта, выведенная создателем теории относительности:

Представим себе шар для боулинга, приклеенный к столу клеем. Это ядро атома. Стол представляет собой вещество. Вокруг ядра по окружности двусторонним скотчем приклеим теннисные мячи. Это электроны данного атома. Начнем стрелять по атому шариками для пинг-понга – фотонами, т.е. безмассовыми частицами света. Нетрудно представить, что они не сдвинут с места тяжелый шар для боулинга, т.е. ядро, но в зависимости от своей энергии они или просто оторвут теннисные мячи от скотча (это – красная граница фотоэффекта — ), или не только оторвут их, но и заставят двигаться, т.е. наши электроны приобретут кинетическую энергию W_k. Короче говоря, суть фотоэффекта в том, что фотоны отдают свою энергию на отрыв электронов от ядра (обязательно) и на придание им движения (необязательно, зависит от энергии фотонов). Движение электронов и представляет собой электрический ток — фототок.

Наконец, в 1954 году компания Bell объявила о создании кремниевых солнечных батарей. С тех пор и на земле, и в космосе свет начали использовать для получения электроэнергии с помощью фотоэлементов. Фотоэлементы представляют собой полупроводниковые приборы, использующие явление фотоэффекта. Как он проявляет себя здесь? Если мы будем светить на металл, то электроны вылетят в окружающее пространство и особой пользы не принесут. Фотоэлементы же устроены таким образом, что при освещении электроны скапливаются на противоположных электрических контактах, генерируя постоянное напряжение.

Нужное количество таких фотоэлементов соединяют в группы последовательно. Это делается для увеличения генерируемого напряжения. Далее последовательные группы соединяются параллельно для увеличения выходного тока. Количество элементов в этих группах зависит от требуемого расчетного тока и напряжения. Для увеличения надежности батареи фотоэлементы шунтируются диодами. Вся эта система покрывается стеклом для защиты цепей от внешних воздействий. При нагревании солнечной панели эффективность генерации снижается. Ввиду непостоянства выдаваемой мощности к клеммам солнечных панелей присоединяют контроллер для заряда аккумуляторов, которые питают инвертор для создания переменного напряжения.

КПД современных батарей, представленных на рынке, обычно составляет 15-20 %. В лабораторных условиях получают КПД, близкий к 45 %. Луноходы и марсоходы успешно колесят и бурят грунт на удаленных небесных телах, а космические аппараты бороздят просторы Солнечной системы, питаясь энергией Солнца. На земле же 1.3 кВт мощности солнца приходится в ясный день перпендикулярно одному квадратному метру, и у нас картина получается не очень радужная. Здесь же вспомним о сравнительно высокой цене солнечных элементов, поэтому на сегодняшний день солнечная энергетика все еще остается перспективной отраслью. Вопрос времени, подобно электромобилям, а в свое время – двигателям внутреннего сгорания? Увидим.

Об альтернативной энергетике читайте в этой статье.

Солнечный коллектор — Средняя школа при посольстве России

Short Description

Download Солнечный коллектор — Средняя школа при посольстве России.

Description

Средняя общеобразовательная школа при Посольстве России в Монголии

ГЕЛИОЭНЕРГЕТИКА (систематизация способов получения электрической энергии из лучистой энергии солнца, с элементами прогнозирования их развития) Выполнил: Учащийся 7 класса «Б»

Г.Улан-Батор, 2013 год

Солнечная энергетика(гелиоэнергетика) — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.

Внимание! Презентация работает на гиперссылках

Наше Солнце – это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество. Как заставить солнце работать на себя, как сделать процесс извлечения энергии из солнечных лучей несложным, рентабельным и дешевым? Для того чтобы ответить на этот вопрос необходимо провести анализ имеющихся способов преобразования лучистой энергии и попробовать спрогнозировать их эволюцию в ближайшем будущем.

Потенциал солнечной энергии Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов (8,5 x 1013) кВт·ч энергии в год.

Цели и задачи работы: Я выбрал эту тему, потому что мне хотелось больше узнать про солнечную энергию, способы её преобразования. Я думаю, что преобразование лучистой энергии в электрический ток – единственный, экологический способ получения электрического тока в будущем. Но моя главная задача спрогнозировать возможные методы преобразования энергии солнца в индивидуальной солнечной энергетике.

Цель работы: С помощью системного оператора провести систематизацию способов преобразования лучистой энергии в другие виды энергии полезные для человека. Задачи: 1.Найти и систематизировать информацию по преобразованию лучистой энергии солнца в различных источниках. 2.Применить «системный оператор» для анализа конструктивных особенностей строения солнечных коллекторов и батарей. 3.Познакомится с новыми разработками в этой области

Солнечные лучи Пассивное — проект которых разработан с максимальным учетом местных климатических условий Абсорбер

Активное использование солнечной энергии осуществляется с помощью солнечных коллекторов и солнечных систем.

Трубчатые вакуумированные Фотоэлектриче ские системы

Индивидуальная солнечная энергетика

Тарельчатые Концентраторы Электростанции

Системы с аккумулятором

Системы, присоединённые к сети

Системы с генераторами

Системный оператор Над-система в прошлом

Над-система в настоящем

Над-система в будущем

(лучистая энергия прошедшая через атмосферу)

(лучистая энергия прошедшая через атмосферу)

Солнечные панели установленные на искусственных спутниках Земли

система в прошлом

система в настоящем

Солнечный коллектор принцип :

Солнечная батарея принцип: Солнце-электричество

солнце — вода — пар

Под-система в прошлом

Под-система в настоящем

Теплоноситель (вода или воздух),Коллекторы, Баланс вентили, Контрольный вентиль, Насос, Расширительный бак

Пластины проводника, Антибликовое покрытие, Кремний п- и р- типа, Металлическая подложка, Стеклянное покрытие, Фотоэлемент, Каркас, Рама

система в будущем

Индивидуальные браслеты для приема микроволн Гелиоактивное биологическое вещество Под-система в будущем Биологическая энергия преобразуется в электрическую, миниатюрные конденсаторы и аккумуляторы на основе углеродных нанотрубок

Путешествие в прошлое  Доподлинно известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией.  Древние жители Африки, Азии и Средиземноморья получали поваренную соль, выпаривая морскую воду  Шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцем до 88°С.  В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.

Пассивные солнечные системы

Один из методов применения пассивных технологий солнечной энергетики для обустройства офисов и жилых помещений. Суть этого метода заключается в использовании солнечного света в качестве альтернативы электрическим лампам и светильникам. Необходимость построения систем естественного освещения нужно продумывать на начальных стадиях планировки здания, так как здесь очень важную роль играет структура крыши дома, расположение окон. Помимо эстетического и психологического удовлетворения, системы естественного освещения могут помочь владельцам сэкономить на электричестве и выделиться среди когорты ценителей необычных архитектурных решений

Метод фокусировки солнечных лучей для выработки электричества или тепла, по причине дороговизны и сложности изготовления огромных линз, используют массивы вогнутых зеркал (классические зеркальные панели или листы полированного алюминия). Зеркала являются составной частью гелиоконцентратора – установки, собирающей параллельные солнечные лучи в одной точке. Если в эту точку-фокус поместить трубу с теплоносителем (водой или другой жидкостью), она нагреется.

Солнечный коллектор Солнечный коллектор (инсоляор) — устройство для сбора тепловой энергии Солнца, преобразующее её в тепловую энергию теплоносителя (вода).

Строение солнечного коллектора 1. Коллекторы 2. Баланс вентили 3. Контрольный вентиль 4. Насос 5. Бак 6. Расширительный бак

Солнечная батарея Солнечная батарея — несколько объединённые фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

Kак устроена солнечная батарея Тонкая пластина состоит из двух слоев кремния с различными физическими свойствами. Внутренний слой представляет собой чистый монокристаллический кремний, обладающий «дырочной проводимостью» (p-тип). Снаружи он покрыт очень тонким слоем «загрязненного» кремния, например с примесью фосфора (n-тип).

Строение солнечной батареи 1. а) б) в) г) д) е) ж) 1.

Фотопластинки Пластины проводника Антибликовое покрытие Кремний п- и р- типа Металлическая подложка Стеклянное покрытие Фотоэлемент Каркас Рама

Как работают солнечные панели Фотоэлектрического преобразователя (ФЭП). Это полупроводниковые устройства, напрямую преобразовывающие солнечную энергию в электричество, основаном на фотовольтаическом эффекте

Фотоэлектрические системы, присоединённые к сети В условиях централизованного энергоснабжения, подключенная к сети фотоэлектрическая система может обеспечивать часть необходимой нагрузки, другая часть при этом поступает из сети. В этом случае аккумулятор не используется.

Фотоэлектрические системы с аккумулятором Даже в самых неблагоприятных условиях и в отдаленных пунктах фотоэлектрическая энергия, сохраняемая в аккумуляторах, может питать необходимое оборудование ( осветительные приборы, сенсоры, звукозаписывающее оборудование, бытовые приборы, телефоны, телевизоры и электроинструменты.)

Производство электроэнергии — Космическая солнечная электростанция Основной принцип идеи солнечных космических электростанций заключается в том, что установки, расположенные на поверхности Луны, или в космосе концентрируют солнечное излучение и передают его в виде микроволнового пучка на приемник, расположенный на поверхности Земли.

В целом, идею привлекательности космических солнечных электростанций можно пояснить так. Если на геостационарной орбите Земли разместить полосу шириной 1 километр, то такая полоса за один год получит 212 тераватт энергии. И это при том, что энергоемкость ВСЕХ разведанных запасов нефти составляет не более 250 тераватт.В целом космическая энергосистема выглядит так: зеркала-концентраторы направляют на солнечную панель излучение, которое преобразуется в мощный микроволновый луч с частотой 2,5 – 6 Ггц, который и направляют на приемную станцию, расположенную на поверхности Земли.

Достоинства и недостатки Достоинства Общедоступность и неисчерпаемость источника. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно). Недостатки Зависимость от погоды и времени суток. Как следствие необходимость аккумуляции энергии. Высокая стоимость конструкции. Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности от пыли. Нагрев атмосферы над электростанцией.

Обзор последних разработок Американским ученым удалось обнаружить в реке Потомак бактерию, способную вырабатывать электричество. Эта бактерия получила название «геобактер». бактерия Geobactersulfurreducens способна производить электричество, если пребывает на графитовом электроде или на поверхности иного проводника. Фактически, она поглощает органические субстанции, превращая их в электроэнергию. Биогенератор постоянного тока

Гелиоактивное биологическое вещество •

Познакомившись с основными параметрами работы, конструкцией гелиоустановок на подсистемном уровне (от простой механической к тепловой к электрической к более оргизованной энергии — биологической) можно предположить что в недалеком будущем появиться биологически активное вещество состоящее из бактерий, способных вырабатывать электричество в топливных элементах за счет преобразования химической энергии в электрическую или бактерий способные производить электроэнергию непосредственно. Это вещество можно назвать гелиоактивным биологическим веществом. Которое можно принимать ввиде таблеток, которые активизирую биологическую деятельность и преобразуют её в электрическую

Индивидуальные браслеты для приема микроволн Познакомившись с основными параметрами работы, конструкцией гелиоустановок на надсистемном уровне (количество солнечной энергии значительно теряется проходя через атмосферу земли) можно предположить что в недалеком будущем гелиоустановки будут находится в космосе. а электроэнергия будет передоваться с помощью микроволн на индивидуальнве браслеты для питания сотовых телефонов,, электронных часов, ноотбуков и т.д.

Обзор последних разработок Диодные часы на солнечной батареи . Время с точностью до минуты можно определить благодаря четырем дополнительным светодиодам, вмонтированным в крестовину каркаса.

Брелок LED фонарик, самозаряжаемый на солнечной батарее (3 светодиода)

Как происходит процесс преобразования лучистой энергии в электрическую

СОВРЕМЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

2.3. Технологический процесс преобразования химической энергии топлива в электроэнергию на ТЭС
Любая конденсационная паротурбинная электростанция включает в себя четыре обязательных элемента:

• энергетический котел, или просто котел, в который подводится питательная вода под большим давлением, топливо и атмосферный воздух для горения. В топке котла идет процесс горения — химическая энергия топлива превращается в тепловую и лучистую энергию. Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла. Сгорающее топливо является мощным источником теплоты, которая передается питательной воде. Последняя нагревается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегревается сверх температуры кипения. Этот пар с температурой 540 °С и давлением 13—24 МПа по одному или нескольким трубопроводам подается в паровую турбину;
• турбоагрегат, состоящий из паровой турбины, электрогенератора и возбудителя. Паровая турбина, в которой пар расширяется до очень низкого давления (примерно в 20 раз меньше атмосферного), преобразует потенциальную энергию сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток. Электрогенератор состоит из статора, в электрических обмотках которого генерируется ток, и ротора, представляющего собой вращающийся электромагнит, питание которого осуществляется от возбудителя;
• конденсатор служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разрежения. Это позволяет очень существенно сократить затрату энергии на последующее сжатие образовавшейся воды и одновременно увеличить работоспособность пара, т.е. получить большую мощность от пара, выработанного котлом;
• питательный насос для подачи питательной воды в котел и создания высокого давления перед турбиной.

Таким образом, в ПТУ над рабочим телом совершается непрерывный цикл преобразования химической энергии сжигаемого топлива в электрическую энергию.

Кроме перечисленных элементов, реальная ПТУ дополнительно содержит большое число насосов, теплообменников и других аппаратов, необходимых для повышения ее эффективности.

Рассмотрим технологический процесс производства электроэнергии на ТЭС, работающей на газе (рис. 2.2).

Основными элементами рассматриваемой электростанции являются котельная установка, производящая пар высоких параметров; турбинная или паротурбинная установка, преобразующая теплоту пара в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата, и электрические устройства (электрогенератор, трансформатор и т.д.), обеспечивающие выработку электроэнергии.

Основным элементом котельной установки является котел. Газ для работы котла подается от газораспределительной станции, подключенной к магистральному газопроводу (на рисунке не показан), к газораспределительному пункту (ГРП) 1. Здесь его давление снижается до нескольких атмосфер и он подается к горелкам 2, расположенным в поде котла (такие горелки называются подовыми).

Собственно котел представляет собой (вариант) П-образную конструкцию с газоходами прямоугольного сечения. Левая ее часть называется топкой. Внутренняя часть топки свободна, и в ней происходит горение топлива, в данном случае газа. Для этого к горелкам специальным дутьевым вентилятором 28 непрерывно подается горячий воздух, нагреваемый в воздухоподогревателе 25. На рис. 2.2 показан так называемый вращающийся воздухоподогреватель, теплоаккумулирующая набивка которого на первой половине оборота обогревается уходящими дымовыми газами, а на второй половине оборота она нагревает поступающий из атмосферы воздух. Для повышения температуры воздуха используется рециркуляция: часть дымовых газов, уходящих из котла, специальным вентилятором рециркуляции 29 подается к основному воздуху и смешивается с ним. Горячий воздух смешивается с газом и через горелки котла подается в его топку — камеру, в которой происходит горение топлива. При горении образуется факел, представляющий собой мощный источник лучистой энергии. Таким образом, при горении топлива его химическая энергия превращается в тепловую и лучистую энергию факела.

Стены топки облицованы экранами 19 — трубами, к которым подается питательная вода из экономайзера 24. На схеме изображен так называемый прямоточный котел, в экранах которого питательная вода, проходя трубную систему котла только 1 раз, нагревается и испаряется, превращаясь в сухой насыщенный пар. Широкое распространение получили барабанные котлы, в экранах которых осуществляется многократная циркуляция питательной воды, а отделение пара от котловой воды происходит в барабане.

Пространство за топкой котла достаточно густо заполнено трубами, внутри которых движется пар или вода. Снаружи эти трубы омываются горячими дымовыми газами, постепенно остывающими при движении к дымовой трубе 26.

Сухой насыщенный пар поступает в основной пароперегреватель, состоящий из потолочного 20, ширмового 21 и конвективного 22 элементов. В основном пароперегревателе повышается его температура и, следовательно, потенциальная энергия. Полученный на выходе из конвективного пароперегревателя пар высоких параметров покидает котел и поступает по паропроводу к паровой турбине.

Мощная паровая турбина обычно состоит из нескольких как бы отдельных турбин — цилиндров.

К первому цилиндру — цилиндру высокого давления (ЦВД) 17 пар подводится прямо из котла, и поэтому он имеет высокие параметры (для турбин СКД — 23,5 МПа, 540 °С, т.е. 240 ат/540 °С). На выходе из ЦВД давление пара составляет 3—3,5 МПа (30—35 ат), а температура — 300— 340 °С. Если бы пар продолжал расширяться в турбине дальше от этих параметров до давления в конденсаторе, то он стал бы настолько влажным, что длительная работа турбины была бы невозможной из-за эрозионного износа его деталей в последнем цилиндре. Поэтому из ЦВД относительно холодный пар возвращается обратно в котел в так называемый промежуточный пароперегреватель 23. В нем пар попадает снова под воздействие горячих газов котла, его температура повышается до исходной (540 °С). Полученный пар направляется в цилиндр среднего давления (ЦСД) 16. После расширения в ЦСД до давления 0,2—0,3 МПа (2—3 ат) пар поступает в один или несколько одинаковых цилиндров низкого давления (ЦНД) 15.

Таким образом, расширяясь в турбине, пар вращает ее ротор, соединенный с ротором электрического генератора 14, в статорных обмотках которого образуется электрический ток. Трансформатор повышает его напряжение для уменьшения потерь в линиях электропередачи, передает часть выработанной энергии на питание собственных нужд ТЭС, а остальную электроэнергию отпускает в энергосистему.

И котел, и турбина могут работать только при очень высоком качестве питательной воды и пара, допускающем лишь ничтожные примеси других веществ. Кроме того, расходы пара огромны (например, в энергоблоке 1200 МВт за 1 с испаряется, проходит через турбину и конденсируется более 1 т воды). Поэтому нормальная работа энергоблока возможна только при создании замкнутого цикла циркуляции рабочего тела высокой чистоты.

Виды источников энергии и их влияние на окружающую среду

Энергия – это то, без чего невозможно существование не только человека, но и всего живого на земле. Поэтому вопросы, связанные с использованием различных источников энергии и их воздействия на окружающую среду будут стоять перед человечеством всегда. И если вопрос возобновляемости таких источников рано или поздно будет решен, то проблемы влияния на экологию планеты создаваемых людьми энергетических систем, будь то гидроэлектростанции, атомная энергетика или солнечные батареи вряд ли когда-нибудь потеряют свою актуальность.

Основные виды энергии, необходимой для жизни на планете и деятельности человека

Существуют разные классификации видов энергии. Одна из них — по форме, в которой она поступает на службу человеку. При этом количество энергии – величина постоянная. Происходит лишь перетекание её из одной формы в другую при помощи разного типа энергоносителей в ходе различных химических и физических процессов. Основными видами энергии на земле являются:

• химическая;
• лучистая (энергия света);
• тепловая;
• гравитационная;
• кинетическая;
• электрическая;
• ядерная.

Каждый из известных источников энергии даёт возможность получать как один, так и несколько её видов одновременно. Например, солнце – источник тепла, света и целого спектра других видов излучения. При этом солнечная батарея производит электрическую энергию, которая затем снова трансформируется в свет и тепло. Все виды энергии тесно связаны между собой.

Типы энергии ещё принято делить на:

• потенциальную (например, любое тело на земле, даже находясь в покое, обладает потенциальной энергией, источником которой является земная гравитация);
• кинетическую (то есть, связанную с любым видом движения).

Энергия также может являться:

• первичной (непосредственно исходящей от источника, например, солнечный свет, тепло);
• вторичной (возникающей в процессе преобразования первичной энергии, например, электрическая).

Следует заметить, что преобразование одного вида энергии в другой не является изобретением человека. Такие процессы присутствовали в природе всегда, они лежат в основе существования всего живого и самой планеты. Человек лишь сумел изучить законы, по которым они развиваются, и попытался поставить их себе на службу.

Так, например, химическая энергия, возникающая в процессе потребления людьми растительной или животной пищи, в процессе обмена веществ преобразуется в тепловую, поддерживающую температуру его организма, и кинетическую, дающую возможность работать его органам, а телу двигаться, снова отдавая энергию природе в виде тепла и химических процессов.

Такое перетекание энергии происходит постоянно, и до определённой поры человек не имел возможности вмешаться в этот процесс. Всё изменилось, когда он научился сознательно использовать её источники. Например, использование энергии пара стало величайшим открытием человечества перед изобретением электричества и совершило техническую революцию в XIX веке. Тепловая энергия горящего дерева, угля или нефтепродуктов, нагревая котёл с водой, преобразовывалась в кинетическую энергию пара, приводящего в движение промышленные станки, двигатели паровозов и пароходов. Началась эра активного воздействия человека на окружающую среду, но к чему это может привести, стало понятно далеко не сразу.

Основные виды источников энергии

Таких видов существует несколько и, возможно, в ходе технического прогресса к ним добавятся новые. Их классификации могут иметь в своей основе разные принципы. Наиболее глобальным из таких принципов является конечность источника либо способность его к возобновлению. На этой основе все они делятся на две большие группы:

• возобновляемые;
• невозобновляемые.

К возобновляемым источникам принято относить:

• Солнце;
• воздух (ветер);
• воду;
• гравитацию;
• геотермальные источники (вулканы, гейзеры и другие, основанные на термических процессах внутри Земли);
• биосфера планеты (как источник биологической массы растений).

Строго говоря, практически все перечисленные источники правильнее было бы назвать условно-возобновляемыми, так как не существует ничего вечного. Ядерные процессы, идущие на Солнце и в недрах Земли, которые сегодня являются мощнейшим источником энергии, безусловно конечны. Движение воды и воздуха возможно лишь при наличии таковых. О возобновляемости биомассы растений и говорить не приходится. Однако в обозримом будущем при отсутствии глобальных катастроф данные источники действительно представляются неистощимыми. По крайней мере, в результате деятельности человека.

С невозобновляемыми источниками дело обстоит совсем иначе. Их истощение в процессе эксплуатации людьми происходит на наших глазах. Основные их виды:

• дерево;
• уголь;
• нефть;
• газ;
• химические элементы, являющиеся источником радиоактивного излучения.

Использование дерева давно перестало быть актуальным ввиду катастрофического оскудения его запасов. Уничтожение лесов, наверное, самый первый значимый ущерб, который был нанесён природе энергетической деятельностью человека. Ещё в XX веке стало понятно, что истощение запасов нефти, газа и угля – перспектива не только реальная, но и достаточно близкая. Некоторые учёные уже пытаются точно рассчитать, когда это произойдёт. В качестве реального источника энергии в обозримом будущем остаются процессы ядерного распада, лежащие в основе атомной энергетики, где источникам в ближайшее время истощение не грозит. К сожалению, современный уровень развития технологий и достижения ядерной физики пока не могут гарантировать полную безопасность подобных процессов.

Именно системный кризис энергетики, а также сложная экологическая обстановка заставляют сегодня человечество всё чаще задумываться о возвращении к возобновляемым природным источникам.

Влияние на окружающую среду

Вторжение человека в природную энергетическую и экологическую системы планеты не может не отражаться на состоянии окружающей среды. Где-то такое воздействие почти незаметно, но где-то оно носит катастрофический характер. Принято считать, что практически все возобновляемые источники энергии являются экологически безопасными. Это не совсем верно. Да, большинство из них действительно не наносят вреда окружающей среде, и в этом их огромное преимущество. Многие учёные считают, что само выживание человечества будет зависеть от того, сумеет ли оно полностью заменить ими виды, наносящие вред экологии.

Солнце, воздух, гравитация и тепловая энергия Земли действительно являются «чистыми» источниками энергии, использование которых абсолютно безопасно для окружающей среды. Однако практически все они в настоящее время имеют слишком низкий КПД для того, чтобы полностью заменить собой экологически «вредные» источники. Большое будущее пророчат солнечным электростанциям после того как люди научатся более эффективно преобразовывать энергию звезды в электрическую на любых широтах и при любой погоде. Надо отметить, что положительные сдвиги в этом направлении наблюдаются уже сейчас. Солнечные панели, бывшие очень дорогими эксклюзивными установками для научных и государственных нужд, уже стали доступны для рядового потребителя, всё чаще выбирающего данный вариант электроснабжения для своего дома.

К сожалению, всё сказанное о возобновляемых источниках не относится к гидроэлектростанциям и установкам, работающим на биологическом топливе. Влияние последних пока недостаточно изучено, однако не вызывает сомнений, что любое вторжение человека в структуру биосферы, нарушающее биобаланс в природе, может иметь самые печальные последствия. С последствиями же использования рек для строительства гидроэлектростанций человечество знакомо достаточно хорошо.

Всплеск популярности данного вида электростанций относится к первой половине XX века. Тогда казалось, что вращающая турбины вода из естественного источника (перекрытой шлюзами и, как правило, сильно изменившей русло реки) является оптимальным вариантом экологически чистого и практически вечного источника энергии. То, что при таком вольном обращении с реками разрушается экосистема целых регионов, лежащих вверх и вниз по течению, люди заметили не сразу. Тревогу забили, когда в результате обезвоживания или, наоборот, заболачивания огромных территорий началась массовая гибель сначала рыбы, затем — животных и птиц, выветривание почв из-за потери лесов, истощение сельскохозяйственных земель из-за недостатка воды в засушливых районах и многое другое. Сегодня к строительству гидросооружений подходят с гораздо большей осторожностью, стараясь грубо не нарушать сложившуюся экосистему рек. Однако полностью избежать неблагоприятных воздействий очень трудно.

Но все остальные опасности блекнут на фоне того, что происходит с окружающей средой в результате эксплуатации тепловых электростанций. Основанные на энергии, получаемой в результате сжигания того или иного вида топлива, они по сей день представляют собой главный источник электроэнергии на планете. Они действительно эффективны и неприхотливы в использовании, могут работать на нефтепродуктах, газе, угле и любых других горючих материалах, что позволяет вырабатывать максимально дешевое электричество. Однако вред, наносимый теплоэлектростанциями окружающей среде, не сопоставим с причиняемым всеми остальными их видами вместе взятыми.

Безусловно, свою долю в загрязнение вносит также применение перечисленных энергоносителей и продуктов их переработки в других областях, прежде всего на транспорте и в промышленности. Сжигание угля, нефти, газа и других видов топлива, независимо от сферы их применения, кроме прямого загрязнения атмосферы, почвы и воды, приводит к колоссальным выбросам углекислого газа, которые, по мнению специалистов, являются главной причиной так называемого парникового эффекта. В более долгосрочной перспективе запускаемые ими процессы ведут к катастрофическим изменениям климата на планете со всеми вытекающими из этого последствиями.

На атомные электростанции многие сегодня возлагают большие надежды. При правильной работе они эффективны, безопасны для людей и окружающей среды, дают относительно недорогую электроэнергию. Если учёным удастся полностью взять под контроль процесс распада атомного ядра и поставить его на службу людям, человечество будет обеспечено чистым, доступным и дешевым источником энергии на много веков вперёд. К сожалению, пока огромным минусом данного вида электростанций являются катастрофические неподвластные человеку последствия, которые может повлечь за собой любая их авария.

Чудо-фольга для солнечных электростанций

Первые гелиотермические энергоустановки появились почти четверть века назад, однако над их совершенствованием инженеры трудятся еще и сегодня. Немецкие технологи предложили заменить стеклянные зеркала полимерными.

Всего за шесть часов пустыни нашей планеты получают в форме солнечного излучения больше энергии, чем все человечество расходует за целый год. Эти цифры приводит видный немецкий физик Герхард Киз (Gerhard Kies), один из инициаторов и научный руководитель международного проекта Desertec. Этот проект предусматривает возведение в пустынях, например, в Сахаре, целой сети мощных солнечных электростанций, способных обеспечить дешевой и экологичной энергией север Африки, ближний Восток и всю Европу.

Гелиотермия экологичнее и эффективнее солнечных батарей

Конечно, над решением проблемы высокоэффективного преобразования дармовой лучистой энергии Солнца в более удобные для практического применения виды энергии — прежде всего, электрическую — инженеры разных стран мира трудятся уже давно. В частности, были разработаны солнечные батареи, однако пока этот способ производства электроэнергии слишком дорог, а процесс изготовления самих фотоэлементов — недостаточно экологичен. Более перспективным, во всяком случае, в жарких регионах Земли, представляется иной принцип, положенный в основу гелиотермических энергетических установок. В отличие от солнечных батарей, действие которых основано на фотоэффекте и обеспечивает прямое преобразование лучистой энергии в электрическую, в гелиотермических системах используется промежуточная жидкая или газообразная среда — например, специальное термостойкое масло.

Монтаж энергоприемника на гелиотермической установке

По примеру Архимеда

Главный элемент такой конструкции — зеркальный желоб параболического сечения. Вдоль желоба тянется расположенная в его оптическом фокусе тонкая трубка с теплоносителем. Это энергоприемник. Солнечные лучи, отраженные зеркальной поверхностью желоба, направляются на энергоприемник, в результате плотность солнечной энергии на поверхности трубки оказывается в 50-80 раз выше, чем на поверхности зеркала, масло нагревается почти до 400 градусов.

Таким образом лучистая энергия Солнца преобразуется в тепловую энергию масла, которая затем с помощью теплообменника используется для получения пара, приводящего в движение турбины электрогенераторов. Каждый отдельный элемент такой гелиотермической установки способен развивать мощность до 160 мегаватт. Здесь работает тот же самый принцип, который, согласно преданию, использовал Архимед в борьбе с римским флотом при осаде Сиракуз во время 2-й Пунической войны в 213 году до нашей эры. Легенда гласит, что из начищенных до блеска щитов изобретатель соорудил желоб для фокусировки солнечных лучей, что позволило ему на значительном расстоянии поджигать вражеские корабли.

Карта проекта Desertec

Полимер легче и прочнее стекла

Но вернемся в сегодняшний день. Гелиотермические энергоустановки успешно эксплуатируются уже не только в Калифорнии, где они впервые появились 20 с лишним лет назад, но и в Аризоне, а также на юге Европы. Однако инженеры разных стран продолжают трудиться над повышением эффективности таких систем. В частности, немецкие специалисты — технологи компании 3М в Нойсе — разработали специальную зеркальную фольгу, призванную заменить вогнутые стеклянные зеркала, из которых сегодня принято составлять отражающий желоб.

Сотрудник компании Суат Акиоль (Suat Akyol) поясняет: «Стеклянные зеркала (те, что висят у нас в ванной или в гардеробе) отражают свет благодаря тонкому металлическому покрытию, нанесенному на изнанку стекла. Обычно для этого используется серебро, поскольку оно обладает самой высокой отражательной способностью. Наша фольга похожа на обыкновенное зеркало, только вместо стекла рефлектирующую поверхность покрывает спереди тонкий слой полимера. Этот слой столь тонок, что позволяет легко придать фольге практически любую форму».

Преимущество легкой, гибкой и прочной фольги перед тяжелым и хрупким стеклом имеет, так сказать, и денежное выражение: благодаря более простой конструкции опор для желоба расходы на возведение энергоустановки снижаются на 5-10 процентов. Это означает, что если бы, скажем, при строительстве солнечной электростанции Andasol-1 в Испании в 2009 году вместо стеклянных зеркал были использованы полимерные, экономия составила бы от 10 до 20 миллионов евро.

Будущее — за многослойной фольгой

Есть, правда, у зеркал из фольги и недостаток, признает Суат Акиоль: «Единственным недостатком может оказаться повышенный износ, вызываемый песчаными бурями, типичными для пустынь. В этом отношении стекло, конечно, выносливее. Однако по нашим расчетам, и фольга с полимерным покрытием вполне способна выдержать нагрузки, ожидаемые в процессе эксплуатации в реальных условиях пустыни».

Фольга компании 3М промышленно выпускается с ноября прошлого года и уже нашла применение на одной из гелиотермических установок в США. Вопрос о применении этой фольги в рамках проекта Desertec пока не решен. А специалисты из Нойса уже разрабатывают фольгу следующего поколения. «Представьте себе фольгу, состоящую из сотен слоев с разными показателями преломлении, — говорит Суат Акиоль. — Эти слои можно подобрать так, чтобы повысить отражательную способность фольги. Сегодня мы используем такую фольгу в разного рода дисплеях, например, дисплеях мобильных телефонов, но для гелиотермических установок она пока не годится, потому что недостаточно устойчива к воздействию ультрафиолетового излучения. Вот над этим мы сейчас и работаем. И если наша работа увенчается успехом, то это позволит повысить КПД солнечных станций. Мы исходим из прироста в 3 процентных пункта. То есть если отражательная способность стеклянных зеркал составляет сегодня 93 процента, то для многослойной фольги этот показатель достигнет 96 процентов».

Сегодня — Испания, в 2015 году — Марокко

По мнению Суата Акиоля, эти работы займут еще года два. Но в том, что гелиотермия — самая перспективная технология, он уверен уже сегодня: «Я думаю, без этого типа энергоустановок нам никак не обойтись, поскольку это те электростанции, которые позволяют не только вырабатывать, но хранить энергию. То есть жарким днем можно произвести много энергии и накопить ее, а расходовать потом равномерно на протяжении всех суток». Ни ветрогенераторы, ни солнечные батареи такой возможности не дают. Именно поэтому ставка сегодня делается на гелиотермию. Уже в этом году в Испании к солнечным энергоустановкам Andasol-1 и Andasol-2 присоединится Andasol-3 мощностью 50 мегаватт. А в 2015 году в Марокко может появиться и первая электростанция в рамках проекта Desertec.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман

Как происходит процесс преобразования лучистой энергии в электрическую

Энергия солнца. Солнечные батареи и солнечные коллекторы

Солнечное излучение — один из наиболее перспективных источников энергии будущего. В ясную погоду на 1м² земной поверхности в среднем падает 1000 Ватт световой энергии солнца. Солнечная энергия поступает на Землю неравномерно: в одной местности солнце светит 320-350 дней в году, в другой солнечные дни — редкость. Исходя из этого, прежде чем ставить солнечные батареи с целью выработки электричества, необходимо рассчитать эффективность применения данного метода в конкретных климатических условиях.

Преобразование солнечной энергии осуществляется двумя способами:

• фотоэлектрическим (прямое преобразование световой энергии в электрическую);
• фототермическим (преобразование световой энергии в тепловую, а затем, при необходимости, в электрическую).

По данным Европейской ассоциации фотовольтаической индустрии (EPIA) в 2011 г. в мире подключено около 28 ГВт новых солнечных станций, их суммарная установленная мощность составила 67,4 ГВт.
На сегодняшний день солнечный кВТ·ч дороже традиционного. Однако планируется, что уже в 2012 г. в некоторых районах мира будет достигнуто равенство стоимости «солнечного» и «традиционного» киловатта. Доля «солнечного» электричества в общей выработке электроэнергии в России к 2020 г. составит 4-7%, а в Европе — 12%.

Принцип действия солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) состоит в прямом преобразовании солнечного света в постоянный электрический ток. Энергия может использоваться как напрямую, так и запасаться в аккумуляторных батареях. Если требуется получить 220 В переменного тока, нужно использовать преобразователи — инверторы.

• экологичность
• простота в обслуживании
• автономность работы
• бесшумность работы (достигается отсутствием движущихся частей)
• значительный срок службы

Солнечные батареи сохраняют работоспособность при:

• диапазоне температур от –50 до +75 °С
• атмосферном давлении 84-106,7 кПа;
• относительной влажности до 100%;
• интенсивности дождя до 5мм/мин;
• снеговой, ветровой нагрузке до 2000 Па.

Типы фотоэлектрических преобразователей

Автономные фотоэлектрические преобразователи предназначены для автономного энергоснабжения объекта — объектов, удаленных от основных линий электропередачи (в труднодоступных местах, куда затруднена или экономически невыгодна прокладка линий). Их мощность колеблется в пределах 0,01-100 кВт.

Фотоэлектрические станции, подключенные к электрическим сетям, отдают выработанную энергию в сеть, откуда она распределяется потребителям. Такие системы, установленные в городе, могут обеспечивать электричеством здание и компенсировать энергодефицит при пиковом энергопотреблении в полуденное время. Их мощность достигает нескольких МВт.

Резервные фотоэлектрические преобразователи подключается к сетям централизованного электроснабжения и в случае отключения электроэнергии.

Солнечный коллектор

Солнечный коллектор – установка, использующая энергию солнечной радиации для нужд отопления и горячего водоснабжения. Различают несколько типов солнечных коллекторов: плоские, с концентраторами, промышленные, вакуумные и комбинированные. Для использования солнечного коллектора в условиях отрицательных температур перспективным является вакуумный коллектор, имеющий высокий КПД.

Поглощает радиацию в солнечном коллекторе специальная поверхность, соединенная с медными трубками, по которым циркулирует теплоноситель. Теплоноситель, проходя по всей площади коллектора, нагревается и попадает в резервуар, где отдает тепло через теплообменник в бак — аккумулятор тепла. Коллекторы и трубопроводы имеют хорошую теплоизоляцию, уменьшающие потери энергии. Вся эта конструкция находится в стеклянных вакуумированных трубках. Стекло обладает высокой степенью химической стойкости, теплостойкости и ударной прочности. В кольцеобразном пространстве между внутренней и наружной трубами создается вакуум для эффективного уменьшения потери тепла. Такие трубки функционируют в пасмурную погоду и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Благодаря этому коллектор сохраняет до 95% тепловой энергии.

Солнечный коллектор позволяет поддерживать положительную температуру в здании зимой и удовлетворять потребности в горячей воде летом, а кроме того экономить электроэнергию. Однако минимальная мощность гелиосистемы должна быть не ниже 100 Вт/м2. В зависимости от солнечной радиации и температуры окружающей среды КПД солнечного коллектора может быть от 20 до 65%. При ярком солнце — до 650 Вт/м2, а в пасмурную погоду – порядка 10 Вт/м2.

Применение такой системы поможет сократить затраты на отопление на 30%, на горячее водоснабжение – на 70%. В климатических условиях средней полосы России солнечные водонагревательные установки могут эффективно использоваться в течение 6-7 месяцев в году (с марта по сентябрь) — в частных домах, мини-отелях, на базах отдыха, а также как резервный источник горячей воды в больницах, детских садах, на автомойках, АЗС и т.д. В летнее время солнечная установка из 2-3 м2 солнечных коллекторов будет обеспечивать ежедневный нагрев 100 л воды до температуры не менее 45 0С с вероятностью 70-80%.

В Белгородской области среднегодовая продолжительность солнечного сияния составляет 2300 часов в год. Использование солнечной энергетики в регионе целесообразно в сочетании с другими способами получения энергии.

Источник радиантной энергии или электричество из воздуха

Рубрика: Спецвыпуск

Дата публикации: 14.09.2016 2016-09-14

Статья просмотрена: 2362 раза

Библиографическое описание:

Жилеев, Александр. Источник радиантной энергии или электричество из воздуха / Александр Жилеев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 17.1 (121.1). — С. 88-89. — URL: https://moluch.ru/archive/121/33583/ (дата обращения: 03.12.2020).

В данной статье мы затронули источники выработки электрической энергии (традиционная и нетрадиционная), а также более подробно углубились в изучение альтернативной энергетики. Описан «Прибор для утилизации лучистой энергии», приведены результаты работы и показаны области практического применения данного прибора.

Ключевые слова: источники электрической энергии, прибор для утилизации лучистой энергии, радиантная энергия.

В настоящее время очень актуальной стала тема альтернативной энергетики. Связано это с тем, что она использует неограниченные (или почти неограниченные) ресурсы, такие как ветер, энергия приливов и отливов, энергия солнца. Одним из первых «радиантной» энергией заинтересовался изобретатель Никола Тесла, он же предложил наиболее простой способ ее получения. «Радиантная» (свободная) энергия, по моему мнению, может иметь большие перспективы развития в будущем.

Научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов.

К традиционным источникам электрической энергии в первую очередь относятся:

— энергия потока воды.

Нетрадиционные источники электрической энергии:

— Тепловая энергия океана

— Энергия приливов и отливов

— Энергия морских течений

Но мы остановились на способе получения электричества из солнечной энергии, а именно на изобретении Николы Тесла под названием «Прибор для Утилизации Лучистой Энергии»

Концепция заключается в следующем. Солнце испускает частицы, каждая из которых переносит столь маленький заряд, что они способны двигаться с огромной скоростью. Положительные частицы останавливаются в ионосфере и между ионосферой и отрицательными зарядами в земле возникает большая разность потенциалов. Намерение состоит в том, чтобы собрать эту энергию, пойманную между землей и ее верхней атмосферой и преобразовать в электрический ток.

Через десяток лет после патентования успешного метода для вырабатывания переменного тока, Никола Тесла объявил об изобретении электрического генератора, который не должен «потреблять никакого топлива». [1]

Прибор, который наиболее соответствует ожидаемому эффекту можно найти в патенте Тесла «Прибор для Утилизации Лучистой Энергии» № 685,957, что был заявлен и удовлетворен 21 марта 1901.

Преобразователь радиантной энергии — это трансформатор энергии из одного состояния в другое. Под термином «радиантная «энергия понимается особый вид излучения, который обладает высокой энергоемкостью и может использоваться для передачи энергии между атомами вещества. Этот вид излучения имеет волновую природу. [2] [3]

Концепция на более старом техническом языке выглядит просто. Изолированная металлическая пластина поднимается в воздух на столько высоко, на сколько это возможно. Изолированная плоскость или проводящее тело должны быть как можно больше по площади поверхности. Количество энергии, переданной к ней за единицу времени, при других идентичных условиях пропорционально облучаемой площади поверхности. Кроме того, поверхность должна быть чистой и желательно высоко отполированной. Пластина должна находится вертикально или почти вертикально. Другая металлическая пластина помещается в землю. Провод протягивается от металлической пластины к одной стороне конденсатора и второй провод идет от земли на другой конец конденсатора. Толщина провода должна быть диаметром 8 мм, для уменьшения потерь. Ток течет в конденсатор так долго как изолирующее тело подвергается действию лучей, и при условиях в дальнейшем предусмотренных неопределенное аккумулирование электроэнергии в конденсаторе имеет место. Эта энергия после соответствующего временного интервала, в течении которого допускаются к воздействию, может выявить себя в мощном разряде, который может быть утилизирован для задействования или контролирования механических или электрических приборов или становится полезным многими другими путями. Затем от самих конденсаторов идет подключение к потребителям энергии.

Выше описанная конструкция — это модуль который может брать неограниченную энергию из воздуха. Чем больше модулей, тем больше мощности. Дополнительные модули могут быть присоединены без ограничений и без существенной доработки конструкции.

Так же увеличение мощности происходит при большем поднятии листа над землей. Поскольку лист соединен с землей, есть вероятность поражения системы грозовым разрядом либо атмосферным электричеством. Поэтому в целях безопасности можно установить защитный разрядник между антенной и землей, ближе к схеме. Можно так же установить молниеотвод высотой 1–2 метра выше листа металла.

Нами была проведена сборка источника радиантной энергии и измерение его электрических показателей.

Для того чтобы собрать источник радиантной энергии необходимо сделать следующие действия:

— Вырезаем из листа железа нужный нам кусок и просверливаем в нем отверстие для крепления проводника.

— В качестве конденсаторной батареи я использовал 3 конденсатора емкостью 2000мкф каждый. В качестве потребителя энергии я использовал 2 светодиода.

— Соединяем конденсаторы параллельно и закрепляем их в корпусе.

На выходе получаем постоянное напряжение. С помощью данной конструкции нам удалось выработать напряжение равное 6 вольт.

§ 13. Работа и мощность электрического тока

Электрическая энергия. В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой (рис. 30). В источниках электрической энергии различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. Например, в электрических генераторах 1, приводимых во вращение каким-либо механизмом, происходит превращение в электрическую энергию механической, в термогенераторах 2 — тепловой, в аккумуляторах 9 при их разряде и гальванических элементах 10 — химической, в фотоэлементах 11 — лучистой.
Приемники электрической энергии, наоборот, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр. Например, в электродвигателях 3 электрическая энергия превращается в механическую, в электронагревательных приборах 5 — в тепловую, в электролитических ваннах 8 и аккумуляторах 7 при их заряде — в химическую, в электрических лампах 6 — в лучистую и тепловую, в антеннах 4 радиопередатчиков — в лучистую.

Рис. 30. Пути превращения энергии из одного вида в другой

Мерой количества энергии является работа. Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия:

W = UIt (29)

Работа, совершаемая электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В в течение 1 с, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж). Джоуль, который называют также ватт-секундой (Вт*с), — очень маленькая единица измерения, поэтому на практике для измерения электрической энергии приняты более крупные единицы — ватт-час (1 Вт*ч = 3600 Дж), киловатт-час (1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3,6*10 6 Дж), мегаватт-час (1 МВт*ч=1000 кВт*ч=3,6*10 9 Дж).

Электрическая мощность. Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 с, называется мощностью. Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I:

P = UI (30)

Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения в зависимости от сопротивления R и проводимости G, можно получить и другие выражения для мощности. Если заменить в формуле (30) напряжение U=IR или силу тока I=U/R=UG, то получим

P = I 2 R (31)

P = U 2 /R = U 2 G (32)

Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному на проводимость.

Мощность, которая создается силой тока 1 А при напряжении 1 В, принята за единицу измерения мощности и называется ватт (Вт). В технике мощность измеряют более крупными единицами: киловаттами (1 кВт =1000 Вт) и мегаваттами (1 МВт=1 000 000 Вт).

Потери энергии и коэффициент полезного действия. При превращении электрической энергии в другие виды энергии или наоборот не вся энергия превращается в требуемый вид энергии, часть ее непроизводительно затрачивается (теряется) на преодоление трения в подшипниках машин, нагревание проводов и пр. Эти потери энергии неизбежны в любой машине и любом аппарате.
Отношение мощности, отдаваемой источником или приемником электрической энергии, к получаемой им мощности, называется коэффициентом полезного действия источника или приемника. Коэффициент полезного действия (к. п. д.)

Р₂ — отдаваемая (полезная) мощность;
Р₁ — получаемая мощность;
?Р — потери мощности.

К. п. д. всегда меньше единицы, так как в любой машине и любом аппарате имеются потери энергии. Иногда к. п. д. выражают в процентах. Так, тяговые двигатели электровозов и тепловозов имеют к. п. д. 86—92 %, мощные трансформаторы — 96—98 %, тяговые подстанции — 94—96 %, контактная сеть электрифицированных железных дорог — около 90 %, генераторы тепловозов — 92—94 %.
Рассмотрим в качестве примера распределение энергии в электрической цепи (рис. 31). Генератор 1, питающий эту цепь, получает от первичного двигателя 2 (например, дизеля) механическую мощность Р_mx = 28,9 кВт, а отдает электрическую мощность Р_эл = 26 кВт (2,9 кВт составляют потери мощности в генераторе). Поэтому он имеет к. п. д. ? _ген = Р_эл/Р_mx = 26/28,9 = 0,9.

Мощность Р_эл = 26 кВт, отдаваемая генератором, расходуется на питание электрических ламп (6 кВт), на нагрев электрических плиток (7,2 кВт) и на питание электродвигателя (10,8 кВт). Часть мощности ? P _пр = 2 кВт теряется на бесполезный нагрев проводов, соединяющих генератор с потребителями.

Рис. 31. Схема преобразования энергии в электрической цепи

В каждом приемнике электрической энергии также имеют место потери мощности. В электрическом двигателе 3 потери мощности составляют 0,8 кВт (он получает из сети мощность 10,8 кВт, а отдает только 10 кВт), поэтому к. п. д. ?дв = 10/10,8 = 0,925. Из мощности 6 кВт, полученной лампами, лишь незначительная часть идет на Создание лучистой энергии, большая часть ее бесполезно рассеивается в виде тепла. В электрической плитке на нагрев пищи расходуется не вся полученная мощность 7,2 кВт, так как часть созданного ею тепла рассеивается в окружающем пространстве. При рассмотрении электрических цепей наряду с определением токов и напряжений, действующих на отдельных участках, необходимо определять и передаваемую по ним мощность. При этом должен соблюдаться так называемый энергетический баланс мощностей. Это означает, что мощность, получаемая каким-либо устройством (источником тока или потребителем) или участком электрической цепи, должна быть равна сумме отдаваемой ими мощности и потерь мощности, которые возникают в данном устройстве или участке цепи.