Преобразование электрической энергии в тепловую энергию

Если электрическую цепь замкнуть, то в ней возникнет электрический ток. При этом расходуется энергия источника питания, и он совершает работу по перемещению заряда по всей замкнутой цепи.

Согласно закона Ома для участка цепи:

Величину, которая характеризует скорость совершения работы, называют мощностью.

Мощность, отдаваемая источником:

Мощность потерь энергии внутри источника:

Мощность потребителей:

Единица измерения мощности: [Вт*с] = [Дж]

На практике используют более крупную единицу: [кВт*ч] = 3600000 Вт*с

Когда в цепи с сопротивлением R существует ток, электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника. При этом кинетическая энергия электронов пере­дается ионам, что приводит к увеличению амплитуды колебательного движения ионов, и, следовательно, к нагреванию проводника. Количество теплоты, выделенной в проводнике:

Q = I*Rt.

Приведенная зависимость носит название закона Ленца — Джоуля: количество теплоты, выделяемой при прохождении тока в проводнике, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводни­ка и времени прохождения тока.

Преобразование электрической энергии в тепловую имеет большое практическое значение и широко используется в различных нагревательных приборах, как в промышленности, так и в быту. Однако часто тепловые потери являются нежелательными, так как они вызывают непроизводительные расходы энергии, например, в электрических машинах, трансформаторах и других устройствах, что снижает их КПД.

Преобразование электрической энергии в тепловую. Электрическая мощность. При прохождении электрического I по участку цепи с сопротивлением r происходит преобразование в.

Количество электрической энергии W, преобразуемой в тепловую энергию за время t, определяется по закону Джоуля — Ленца:

Общие свойства измерительных цепей и приборов В агропромышленном производстве необходима информация о нескольких сотнях параметров. При этом значительное число параметров измеряют и контролируют при помощи электрических средств. Это обусловлено рядом особенностей электрических средств – малой инерционностью приборов, возможностью измерения на расстоянии и простотой автоматизации измерений и обработки результатов.

W = I2rt (1.7)

Мощность Р представляет собой количество энергии, преобразуемой в единицу времени:

(1.7а)

(1.76)

Заменив в выражении (1.7а) произведение Ir напряжением U, получим формулу для мощности Р, характеризующей интенсивность процесса преобразования электрической энергии тепло или другие виды энергии:

P = UI (1.8)

Основными единицами измерений являются: для мощности — ватт (вт), а электрической энергии—ватт-секунда (вт-сек) или джоуль (дж). На практике чаще применяют укрупненные единицы измерении:

1 киловатт (кВт) = 1000 Вт,

1 киловатт-час (кВт>×ч) = 3,6×106.Ватт-сек (Дж).

Рассмотрим баланс мощностей в простейшей цепи (см. рис. 1.3). Для этого умножим все члены уравнения (1.3а) на I.

EI = I2rг + I2rл I2rн (1.9)

Произведение EI представляет собой полную электрическую мощность Рэ, развиваемую источником. Часть этой мощности >DРr = I2 r теряется в самом источнике в виде тепла. Разность Рэ - DРг представляет собой мощность, отдаваемую источником во внешнюю цепь. В проводах линии также теряется в виде тепла часть мощности DРл = I2 rл Остальная мощность Pнагр = I2rн = Uнагр I потребляется нагрузкой. Баланс мощностей рассмотренной цепи можно наглядно иллюстрировать энергетической диаграммой (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Энергетическая

диаграмма простейшей цепи

постоянного тока

Потери мощности в источниках питания современных электроэнергетических установок относительно невелики. Мощные электрические генераторы имеют высокий к.п.д., достигающий значения 0,95 и выше.

При передаче потребителям одной и той же мощности Рнагр = Uнагр I ток, протекающий по линии, будет тем меньше, чем выше напряжение установки. Потеря в как известно, пропорциональна квадрату тока. В связи с этим повышение напряжения, например 10 раз, приводит к снижению потери линии передачи 100 следовательно, повышению ее экономичности. Этим объясняется использование все более высоких напряжений электроэнергетических установках.

Источниками электрической энергии служат устройства, в которых происходит преобразование различных видов энергии в электрическую. По виду преобра­зуемой энергии источники электрической энергии могут быть разделены на химические и физические. Химическими источниками электрической энергии принято называть устройства, вырабатывающие энергию за счет окислительно-восстановительного процесса между химическими реагентами. К химическим источникам относятся первичные (гальванические элементы и батареи), вторичные (аккумуляторы и аккумуляторные батареи) и резервные (при хранении элек­тролит никогда гальванически не связан с электродами), а также электрохимические генераторы (топливные элементы).

Светодиод - полупроводниковый прибор для преобразования электрической энергии в световую

Также известны другие понятия слова светодиод:

• светодиод - Полупроводниковый прибор, преобразующий эл. энергию в световую.
• Светодиод - или светоизлучающий диод - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его спектральные характеристики зависят в том числе от химического состава использованных в нём полупроводников

Химическая энергия

Первым в "истории человечества искусственно вызванным химическим процессом было, пожалуй, горение - разложение при помощи окисления растительной массы, имеющей сложный химический состав, на вещества более простые такие, как вода, углекислый газ и др. Огонь помог человеку использовать и другие химические процессы: именно благодаря огню человек смог сделать свои продукты питания мягче, вкуснее и удобоваримее.

Со временем люди научились использовать не только огонь, но и другие химические процессы. Однако только к концу XVIII века люди овладели законами природы настолько, что научились искусственно вызывать химические процессы и проводить их целенаправленно. Но теперь уже в большинстве случаев целью этих процессов было не разложение вещества, т.е. получение более простых по своему составу соединений, а наоборот, синтез веществ более сложного состава из простых "кирпичиков". Разумеется, химическое разложение сложных веществ ни в коей мере не потеряло своего значения: на нем основана, например, выплавка металлов из руды, при которой металлы высвобождаются из соединений. Продукция многих других отраслей промышленности есть результат разложения вещества сложного состава на более простые. Превращение одних химических веществ в другие сопровождается изменением химической энергии. Целесообразное и хорошо продуманное применение определенных видов энергии дает возможность в границах, установленных объективными законами природы, планомерно управлять химическими реакциями. На этой основе в последнее время стремительно развивается химическая промышленность, требующая все больших затрат энергии.

Световая энергия

Долгое время человек получал световую энергию исключительно при помощи сжигания (окисления) нагретых до каления твердых веществ. В факелах, масляных лампах, в свечах, керосиновых лампах газовых фонарях свет излучают либо возникающие в результате неполного сгорания раскаленные угольные частички, либо введенные в пламя другие твердые вещества. В современных лампах накаливания свет дает также раскаленное твердое вещество (вольфрамовая нить накаливания), но здесь свет излучается не благодаря освобождающейся в результате окислительного процесса химической энергии, а за счет превращения электрической энергии в световую.

Все же превращение электрической энергии в световую при посредстве тепла не экономично. Поэтому ныне прилагаются усилия к исключению тепла как посредника при этом превращении. В новейших осветительных приборах электрическая энергия превращается в световую без сколько-нибудь значительного выделения тепла, поэтому такие приборы отдают при одинаковом потреблении электрической энергии в три-четыре раза больше световой энергии, чем лампы накаливания.