Электрическая энергия: что это такое, формулы, единица измерения
Электроэнергия — это физический термин, отражающий способность электрического тока совершать механическую работу, выделять тепло или излучать свет.
В этой статье мы рассмотрим в целом это понятие. Вы узнаете, что такое электрическая энергия и важные формулы, которые её описывают.
Электроэнергия простыми словами
Заряжаете ли вы свой смартфон или просматриваете веб-страницы, электрическая энергия является неотъемлемой частью вашей повседневной жизни. Этот термин состоит из двух компонентов – “электрический” и “энергия”. Термин “энергия” может иметь различные значения. В этой статье вы можете думать о ней как о потенциальной энергии. С помощью слова “электрический” вам дают понять, что здесь имеется в виду потенциальная энергия электрически заряженной частицы.
Подобно тому, как ваша потенциальная энергия увеличивается, когда вы поднимаетесь в гору, электрическая энергия положительной частицы увеличивается, когда она “карабкается” в электрическом поле. Электрическое поле оставляет электрический потенциал в каждой точке пространства (аналогично горному ландшафту, который имеет разную высоту в каждой точке). Под “подъемом вверх по электрическому полю” подразумевается, что положительная частица перемещается из точки с низким электрическим потенциалом в точку с более высоким электрическим потенциалом.
Формулы
Подобно потенциальной энергии в гравитационном поле, существует формула для электрической энергии заряда с величиной заряда q, который находится в месте с электрическим потенциалом U : Eпот, эл = q * U . Приведенная формула отражает электрическую потенциальную энергию заряда q.
Но что происходит, когда течет электрический ток? Затем вы заменяете электрический заряд q в формуле для Epot на I * t, т.е. силу тока I, умноженную на время t. То есть вы получите формулу: Eпот, эл = I * t * U .
Конденсатор также может накапливать электрическую энергию. Формула для расчета накопленной энергии следующая: Ec = 0.5 * C * U 2 , где C – емкость конденсатора.
Единица измерения электрической энергии
Поскольку электрическая энергия является одной из форм энергии, она имеет единицу измерения – джоуль, сокращенно [ Дж ]. Обозначается как Eпот, эл . Также электрическую энергию измеряют и в ватт-секундах [ Вт * сек ]. То есть 1 Дж = 1 Вт * сек.
Чтобы дать вам представление о том, сколько составляет 1 Дж электрической энергии, вот небольшой пример: для того чтобы светодиодная лампа мощностью 1 Вт горела в течение одной секунды, вам нужна электрическая энергия в 1 Дж.
Давайте кратко рассмотрим единицы измерения для этого примера. Ватт – это единица измерения мощности. Мощность P определяется как работа за единицу времени, т.е. P = W / t .
Таким образом, мощность также имеет единицу измерения джоуль в секунду: [ P ] = Дж / с .
Таким образом, умножение мощности на время дает единицу энергии: [ P ] * [ t ] =с * Дж / с = Дж .
Кратная единица 1 Вт – это 1 киловатт-час: 1 кВт * ч = 3,6 * 10 6 Вт * с = 3,6 * 10 6 Дж .
Единица измерения “Ватт” названа в честь шотландского изобретателя ДЖЕЙМСА УАТТА (1776-1819), единица “Джоуль” – в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818-1889).
Что такое электрическая энергия?
В этом разделе мы подробнее рассмотрим электрическую энергию.
Распределения заряда
Представьте себе пустую комнату, поднося к ней один за другим электрические заряды. В результате у вас есть набор носителей заряда. Работа, которую вам пришлось проделать, теперь в какой-то мере содержится в этом наборе. То, какого рода эта энергия, здесь не имеет значения. Гораздо важнее тот факт, что это накопление оставляет электрический потенциал U (r) в каждой точке пространства.
Что делает этот электрический потенциал? Если теперь вы хотите перенести другой заряд с количеством заряда q в точку r, вы должны совершить работу Wэл : Wэл = q * U (r) .
Если мы также предположим, что электрический потенциал в месте расположения контейнера равен нулю, то этот электрический заряд q содержит работу Wэл, которую вы совершили в форме потенциальной энергии. И именно эта потенциальная энергия называется электрической.
Аналогия с гравитацией
Давайте немного углубимся в аналогию с гравитацией. Чтобы рассчитать потенциальную энергию, когда вы находитесь на высоте h над землей, вы используете формулу: Eпот, г = m * g * h. В этой формуле m означает массу, а g – ускорения свободного падения. Чтобы сделать аналогию с электрической энергией более очевидной, объединим произведение g * h с обозначением Ug, т.е. Ug = g * h .
Таким образом, потенциальная энергия равна: Eпот, г = m * Ug .
Давайте вкратце рассмотрим единицу измерения Ug. Единицей потенциальной энергии является джоуль, а единицей массы – килограмм. Таким образом, применяется [ Ug ] = Дж / кг .
Вы получите формулу для электрической энергии, если теперь замените m на электрический заряд q, а Ug на электрический потенциал U: Eпот, эл = q * U .
Давайте рассмотрим здесь также единицу измерения U. Электрическая энергия имеет единицу измерения джоуль, а q – единицу измерения кулон. Таким образом, [ U ] = Дж / Кл .
Рис. 1. Аналогия между электричеством и гравитацией
Теперь вы понимаете аналогию между “электрическим падением” и гравитацией? Если нет, то, возможно, вам поможет следующая таблица:
| Тип | Потенциальная энергия | Единица измерения “Потенциала” |
| Гравитация | Eпот, г = m * Ug | [ Ug ] = Дж / кг |
| Электричество | Eпот, эл = q * U | [ U ] = Дж / Кл |
Однако у электричества есть особенность, которая не имеет аналогии с гравитацией: “масса” может быть только положительной, а электрический заряд может быть положительным или отрицательным. Смартфон всегда ускоряется по направлению к земле, потому что гравитационный потенциал там ниже, чем на высоте h. Положительные электрические заряды ведут себя аналогично: они ускоряются от места с высоким электрическим потенциалом к месту с более низким электрическим потенциалом.
Итак, в отличие от “массы” и положительных электрических зарядов, отрицательные заряды движутся в направлении более высокого электрического потенциала.
Аккумуляторы
Представьте себе простую электрическую цепь: аккумулятор, подключен к лампочке. Как только электрическая цепь замыкается, электрическая энергия, содержащаяся в отрицательных зарядах на отрицательной клемме, преобразуется в кинетическую энергию – отрицательные заряды ускоряются. Проходя через лампочку, они сталкиваются с атомами нити накаливания. При этом отрицательные заряды отдают часть своей кинетической энергии атомам нити. Затем они приводятся в вибрацию, в результате чего нить накала нагревается. Это нагревание приводит к испусканию света. И именно этот свет ваш глаз воспринимает как свечение лампочки.
Примечание: преобразование энергии аккумулятор-лампа-цепь:
Электрическая энергия отрицательных зарядов -> кинетическая энергия отрицательных зарядов -> кинетическая энергия атомов в нити накаливания -> излучение света.
Рис. 2. Пример простой схемы с аккумулятором
Что такое электроэнергия
Термин электроэнергия (электрическая энергия, электричество) является физическим и широко распространенным термином. В быту и промышленности он означает процесс производства (выработки), передачи и распределения электроэнергии, которая может быть получена 2 способами:
- от энергопоставляющей компании;
- с помощью специальных устройств, называемых генераторами.
Единицей измерения потребления электроэнергии является кВт-час. Электричество обладает рядом положительных свойств и благодаря им она широко применяется во всех отраслях нашего хозяйства и, конечно, в быту. К ним относят:
- простоту выработки;
- возможность передачи на огромные расстояния;
- способность преобразовываться в другие виды энергии;
- легко и просто распределяться между разными потребителями.
В настоящее время тяжело представить производство, сельское хозяйство и быт людей без использования электричества. С его помощью освещаются здания, помещения и территории, работает различная техника, оборудование и устройства, передвигается электротранспорт, обогреваются дома и производственные площади, осуществляется связь и многое другое.
Генерация (преобразование различных видов энергии в электрическую) электроэнергии происходит с помощью тепло-, гидро-, ядерной и альтернативной энергетики. Вырабатывается электроэнергия на специальных электростанциях, функционирование и принцип действия которых определяется их названием.
Активная и реактивная электроэнергия
Передача электроэнергии осуществляется по линиям воздушным или кабельным. Такие линии называют электрическими сетями. Расчет потребляемой электроэнергии с абонентами производится с учетом полной мощности тока, проходящего через электрическую цепь. Затраты полной мощности делят на 2 показателя энергии:
- активная;
- реактивная.
Активная энергия, которая является составляющей выработанной полной мощности (измеряется в кВ·А), совершает полезную работу и у большинства электроприборов в расчетах она совпадает с ней. Например, если в паспорте на какое-то устройство (утюг, электропечь, обогреватель и т.д.) указана активная мощность в кВт, то и полная мощность будет такой же, только уже в кВ·А.
В электрических цепях с реактивными элементами (емкостной или индуктивной нагрузкой) часть полной мощности расходуется не на совершение полезной роботы. Это и будет реактивная электроэнергия. Такое понятие характерно для цепей переменного тока. Здесь присутствует такое явление, как несоответствие фазы напряжения фазе тока. Происходит или ее опережение (при емкостной нагрузке) или отставание (при индуктивной нагрузке). Потери происходят из-за нагревания. Многие бытовые и промышленные приборы и оборудование имеют реактивную составляющую (электродвигатели, переносной электроинструмент, бытовая техника и т.д.). Тогда при расчете за потребленную электроэнергию вводят поправочный коэффициент мощности. Обозначается он как cos fi и его величина лежит обычно в пределах от 0,6 до 0,9 (указывается в паспортных данных на конкретное электроустройство). Например, если в паспорте переносного инструмента указана мощность в 0,8 кВт и значение cos = 0,8, то в этом случае полная потребляемая мощность составит — 1 кВт(0,8/0,8). Считается негативным явлением и при уменьшении показателя cos снижается полезная мощность.
Обратите внимание! При отсутствии или потере паспорта на конкретное электроустройство для вычисления полной мощности применяют коэффициент cos = 0,7.
Чем выше значение cos , тем меньше потери активной электроэнергии и, конечно, такое электричество будет стоить дешевле. Для повышения этого коэффициента используются различные компенсирующие устройства. Это могут быть генераторы опережающего тока, батареи конденсаторов и др. устройства.
Помимо передачи по проводникам существует еще беспроводная передача электроэнергии. В данный момент существует технология беспроводной зарядки мобильных телефонов и некоторых бытовых устройств, электромобилей и т.п. Они имеют ограничения по дальности и малую эффективность передачи энергии, поэтому говорить об их широком применении не приходится.
Электроэнергия
Электрическую энергию приобретают участники оптового рынка у генерирующих компаний и потребители электрической энергии на розничном рынке у энергосбытовых компаний.
Электроэнергия — физический термин, широко распространенный в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем.
Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы).
Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электрический ток.
Электрическая энергия — также товар, который приобретают участники оптового рынка (энергосбытовые компании и крупные потребители-участники опта) у генерирующих компаний и потребители электрической энергии на розничном рынке у энергосбытовых компаний.
Цена на электрическую энергию выражается в рублях и копейках за потребленный киловатт-час (коп/кВт·ч, руб/кВт·ч) либо в рублях за тысячу киловатт-часов (руб/тыс кВт*ч).
Последнее выражение цены используется обычно на оптовом рынке.
Электроэнергия
Электроэнергия — физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы). Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электрический ток.
Электрическая энергия является также товаром, который приобретают участники оптового рынка (энергосбытовые компании и крупные потребители-участники опта) у генерирующих компаний и потребители электрической энергии на розничном рынке у энергосбытовых компаний. Цена на электрическую энергию выражается в рублях и копейках за потребленный киловатт-час (коп/кВт·ч, руб/кВт·ч) либо в рублях за тысячу киловатт-часов (руб/тыс кВт·ч). Последнее выражение цены используется обычно на оптовом рынке.
Содержание
Мировое производство электроэнергии
Динамика мирового производства электроэнергии (Год — млрд Квт*час):
- 1890 — 9
- 1900 — 15
- 1914 — 37,5
- 1950 — 950
- 1960 — 2300
- 1970 — 5000
- 1980 — 8250
- 1990 — 11800
- 2000 — 14500
- 2005 — 18138,3
- 2007 — 19894,8
Крупнейшими в мире странами-производителями электроэнергии являются вырабатывающие по 20 % от мирового производства США, Китай и уступающие им в 4 раза Япония, Россия, Индия.
Промышленное производство электроэнергии
В эпоху индустриализации подавляющий объем электроэнергии вырабатывается промышленным способом на электростанциях.
| Вид электростанции | Доля вырабатываемой электроэнергии в России (2000 г. [1] ) | Доля вырабатываемой электроэнергии в мире | Доля энергии, преобразуемая в электрическую | Доля потерь энергии при ее производстве |
|---|---|---|---|---|
| Теплоэлектростанции (ТЭС) | 67 %, 582,4 млрд кВт·ч | |||
| Гидроэлектростанции (ГЭС) | 19 %; 164,4 млрд кВт·ч | |||
| Атомные станции (АЭС) | 15 %; 128,9 млрд кВт·ч |
В последнее время, в связи с экологическими проблемами, дефицитом ископаемого топлива и его неравномерным географическим распределением, становится целесообразным вырабатывать электроэнергию используя ветроэнергетические установки, солнечные батареи, малые газогенераторы.
В некоторых государствах, например в Германии, приняты специальные программы, поощряющие инвестиции в производство электроэнергии домохозяйствами.
См. также
Примечания
- ↑Энергетика // журнал Наука и жизнь
Ссылки
- Доклад ООН // Photon Consulting // пресс-конференция газеты «Известия»
- Энергия
- Электротехника
- Электростанции
- Электроэнергетика
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое «Электроэнергия» в других словарях:
электроэнергия — электроэнергия … Орфографический словарь-справочник
электроэнергия — электричество, лепестричество, энергия Словарь русских синонимов. электроэнергия сущ., кол во синонимов: 3 • лепестричество (2) • … Словарь синонимов
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ — широко распространенный термин, используемый для определения количества энергии, отдаваемой электростанцией в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Единица измерения кВт.ч … Большой Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ — ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, и, ж. Электрическая энергия. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
электроэнергия — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electrical energy … Справочник технического переводчика
электроэнергия — [нэ], и; ж. Энергия электрического тока. Производство и потребление электроэнергии в стране. Дешёвая э. Ежемесячная плата за электроэнергию. * * * электроэнергия широко распространённый термин, используемый для определения количества энергии,… … Энциклопедический словарь
электроэнергия — (см. электро. ) анергия электрического тока. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009. электроэнергия энергия электрического тока; энергия, обусловленная силами электрических зарядов (энергия электрического поля) Большой словарь… … Словарь иностранных слов русского языка
электроэнергия — elektros energija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Buityje ir technikoje vietoj elektrinės energijos vartojamas terminas. atitikmenys: angl. electric energy; electric power vok. Elektroenergie, f rus. электроэнергия, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
электроэнергия — elektros energija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electric power vok. Elektroenergie, f rus. электроэнергия, f pranc. énergie électrique, f … Fizikos terminų žodynas
электроэнергия — elektros energija statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Elektros krūvių potencinė energija, sukaupta elektriniame lauke. atitikmenys: angl. electric energy; electric power; electrical energy vok. elektrische Energie, f;… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas