Pagbabago ng enerhiya - elektrikal, thermal, mekanikal, ilaw

Ang konsepto ng enerhiya ay ginagamit sa lahat ng agham. Alam din na ang mga katawan ng enerhiya ay maaaring gumawa ng trabaho. Batas ng konserbasyon ng enerhiya nagsasaad na ang enerhiya ay hindi nawawala at hindi malilikha mula sa wala, ngunit lumilitaw sa iba't ibang anyo nito (halimbawa, sa anyo ng thermal, mekanikal, ilaw, elektrikal na enerhiya, atbp.).

Ang isang anyo ng enerhiya ay maaaring pumasa sa isa pa at sa parehong oras ay sinusunod ang tumpak na mga ratio ng dami ng iba't ibang uri ng enerhiya. Sa pangkalahatan, ang paglipat mula sa isang anyo ng enerhiya patungo sa isa pa ay hindi kailanman kumpleto, dahil palaging may iba pang (karamihan ay hindi ginustong) mga uri ng enerhiya. Halimbawa, sa de-kuryenteng motor hindi lahat ng elektrikal na enerhiya ay na-convert sa mekanikal na enerhiya, ngunit ang bahagi nito ay na-convert sa thermal energy (pagpainit ng mga wire sa pamamagitan ng mga alon, pag-init bilang resulta ng pagkilos ng frictional forces).

Ang katotohanan ng hindi kumpletong paglipat ng isang uri ng enerhiya sa isa pa ay nagpapakilala sa koepisyent ng kahusayan (kahusayan).Ang koepisyent na ito ay tinukoy bilang ratio ng kapaki-pakinabang na enerhiya sa kabuuang halaga nito o bilang ratio ng kapaki-pakinabang na kapangyarihan sa kabuuan.

Elektrisidad na enerhiya ito ay may kalamangan na ito ay medyo madali at may mababang pagkawala sa malalayong distansya at higit pa rito ay may napakalawak na hanay ng mga aplikasyon. Ang pamamahagi ng elektrikal na enerhiya ay medyo madaling pangasiwaan at maaaring maimbak at maimbak sa mga kilalang dami.

Sa isang araw ng trabaho, ang isang tao ay gumagamit ng average na 1000 kJ o 0.3 kW ng enerhiya. Ang isang tao ay nangangailangan ng humigit-kumulang 8000 kJ sa anyo ng pagkain at 8000 kJ para sa pagpainit ng mga tahanan, pang-industriya na lugar, pagluluto, atbp. kcal, o 60 kWh

Elektrisidad at mekanikal na enerhiya

Ang elektrikal na enerhiya ay na-convert sa mekanikal na enerhiya sa mga de-koryenteng motor at sa mas mababang lawak sa mga electromagnet… Sa parehong mga kaso ang nauugnay na mga epekto na may electromagnetic field… Ang pagkalugi ng enerhiya, iyon ay, ang bahaging iyon ng enerhiya na hindi nababago sa nais na anyo, ay pangunahing binubuo ng mga gastos sa enerhiya para sa mga wire ng pagpainit mula sa kasalukuyan at frictional na pagkalugi.

Ang mga malalaking de-koryenteng motor ay may kahusayan na higit sa 90%, habang ang maliliit na de-koryenteng motor ay may kahusayan na bahagyang mas mababa sa antas na ito. Kung, halimbawa, ang de-koryenteng motor ay may lakas na 15 kW at isang kahusayan na katumbas ng 90%, kung gayon ang mekanikal (kapaki-pakinabang) na kapangyarihan nito ay 13.5 kW. Kung ang mekanikal na kapangyarihan ng de-koryenteng motor ay dapat na katumbas ng 15 kW, kung gayon ang kuryenteng natupok sa parehong halaga ng kahusayan ay 16.67 kWh.

Ang proseso ng pag-convert ng elektrikal na enerhiya sa mekanikal na enerhiya ay nababaligtad, ibig sabihin, ang mekanikal na enerhiya ay maaaring ma-convert sa elektrikal na enerhiya (tingnan ang - Proseso ng conversion ng enerhiya sa mga de-koryenteng makina). Para sa layuning ito sila ay pangunahing ginagamit mga generatorna katulad ng disenyo sa mga de-koryenteng motor at maaaring paandarin ng mga steam turbine o hydraulic turbine. Ang mga generator na ito ay mayroon ding pagkawala ng enerhiya.

Elektrisidad at thermal energy

Kung ang kawad ay dumadaloy kuryente, pagkatapos ay ang mga electron sa kanilang paggalaw ay bumangga sa mga atomo ng materyal ng konduktor at nagiging sanhi ng mga ito sa isang mas matinding thermal na paggalaw. Sa kasong ito, ang mga electron ay nawawalan ng ilan sa kanilang enerhiya. Ang nagresultang thermal energy, sa isang banda, ay humahantong, halimbawa, sa isang pagtaas sa temperatura ng mga bahagi at mga wire ng windings sa mga de-koryenteng makina, at sa kabilang banda sa pagtaas ng temperatura ng kapaligiran. Ang isang pagkakaiba ay dapat gawin sa pagitan ng kapaki-pakinabang na enerhiya ng init at pagkawala ng init.

Sa mga electric heating device (electric boiler, plantsa, heating stoves, atbp.) Maipapayo na magsikap na matiyak na ang elektrikal na enerhiya ay na-convert nang ganap hangga't maaari sa thermal energy. Hindi ito ang kaso, halimbawa, sa kaso ng mga linya ng kuryente o mga de-koryenteng motor, kung saan ang init na enerhiya na nabuo ay isang hindi gustong side effect at samakatuwid ay madalas na kailangang kunin upang alisin ito.

Bilang resulta ng kasunod na pagtaas ng temperatura ng katawan, ang thermal energy ay inililipat sa kapaligiran. Ang proseso ng paglipat ng enerhiya ng init ay nagaganap sa anyo heat conduction, convection at heat radiation… Sa karamihan ng mga kaso napakahirap magbigay ng tumpak na pagtatantya ng dami ng kabuuang dami ng inilabas na enerhiya ng init.

Kung papainitin ang katawan, dapat na mas mataas ang halaga ng huling temperatura nito kaysa sa kinakailangang temperatura ng pag-init. Ito ay kinakailangan upang makapagpadala ng kaunting init na enerhiya hangga't maaari sa kapaligiran.

Kung, sa kabaligtaran, ang pag-init ng temperatura ng katawan ay hindi kanais-nais, kung gayon ang halaga ng panghuling temperatura ng system ay dapat na maliit. Para sa layuning ito, ang mga kondisyon ay nilikha na nagpapadali sa pag-alis ng enerhiya ng init mula sa katawan (malaking ibabaw ng pakikipag-ugnay ng katawan sa kapaligiran, sapilitang bentilasyon).

Nililimitahan ng thermal energy na nagaganap sa mga electrical wire ang dami ng kasalukuyang pinapayagan sa mga wire na iyon. Ang maximum na pinahihintulutang temperatura ng konduktor ay tinutukoy ng thermal resistance ng pagkakabukod nito. Bakit, upang matiyak ang paglilipat ng ilang partikular puwersa ng kuryente, dapat mong piliin ang pinakamababang posibleng kasalukuyang halaga at naaayon sa mataas na halaga ng boltahe. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, mababawasan ang halaga ng wire material. Kaya, posible sa ekonomiya na magpadala ng mataas na kapangyarihan na de-koryenteng enerhiya sa mataas na boltahe.

Pagbabago ng thermal energy sa electrical energy

Ang thermal energy ay direktang binago sa elektrikal na enerhiya sa tinatawag na mga thermoelectric converter… Ang thermocouple ng isang thermoelectric converter ay binubuo ng dalawang metal conductor na gawa sa magkaibang mga materyales (hal. copper at constantan) at pinagsama-sama sa isang dulo.

Sa isang tiyak na pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng punto ng koneksyon at ng iba pang dalawang dulo ng dalawang wire, EMF, na sa unang pagtatantya ay direktang proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura na ito. Ang thermo-EMF na ito, katumbas ng ilang millivolts, ay maaaring i-record gamit ang mga sensitibong voltmeter. Kung ang voltmeter ay naka-calibrate sa degrees Celsius, pagkatapos kasama ang thermoelectric converter ang resultang aparato ay maaaring gamitin para sa direktang pagsukat ng temperatura.

Ang kapangyarihan ng conversion ay mababa, kaya ang mga naturang converter ay halos hindi ginagamit bilang mga mapagkukunan ng elektrikal na enerhiya. Depende sa mga materyales na ginamit sa paggawa ng thermocouple, ito ay gumagana sa iba't ibang mga saklaw ng temperatura. Para sa paghahambing, ang ilang mga katangian ng iba't ibang mga thermocouple ay maaaring ipahiwatig: ang isang tanso-constantan na thermocouple ay naaangkop hanggang sa 600 ° C, ang EMF ay humigit-kumulang 4 mV sa 100 ° C; ang isang iron-constant thermocouple ay naaangkop hanggang 800 °C, ang EMF ay humigit-kumulang 5 mV sa 100 °C.

Isang halimbawa ng praktikal na paggamit ng conversion ng thermal energy sa electrical energy — Mga generator ng thermoelectric

Elektrisidad at liwanag na enerhiya

Sa mga tuntunin ng pisika, ang liwanag ay electromagnetic radiation, na tumutugma sa isang tiyak na bahagi ng spectrum ng mga electromagnetic wave at kung saan ang mata ng tao ay maaaring maramdaman. Kasama rin sa spectrum ng mga electromagnetic wave ang mga radio wave, init at X-ray. tignan mo - Mga pangunahing halaga ng pag-iilaw at ang kanilang mga ratio

Posibleng makakuha ng light radiation gamit ang electrical energy bilang resulta ng thermal radiation at sa pamamagitan ng gas discharge.Ang thermal (temperatura) radiation ay nangyayari bilang isang resulta ng pag-init ng solid o likidong mga katawan, na, dahil sa pag-init, naglalabas ng mga electromagnetic wave ng iba't ibang mga wavelength. Ang pamamahagi ng intensity ng thermal radiation ay depende sa temperatura.

Habang tumataas ang temperatura, lumilipat ang maximum na intensity ng radiation sa mga electromagnetic oscillations na may mas maikling wavelength. Sa temperatura na humigit-kumulang 6500 K, ang maximum na intensity ng radiation ay nangyayari sa isang wavelength na 0.55 μm, i.e. sa wavelength na tumutugma sa pinakamataas na sensitivity ng mata ng tao. Para sa mga layunin ng pag-iilaw, walang solidong katawan ang maaaring magpainit sa ganoong temperatura, siyempre.

Ang Tungsten ay lumalaban sa pinakamataas na temperatura ng pag-init. Sa mga bote ng vacuum glass, maaari itong magpainit sa temperatura na 2100 ° C, at sa mas mataas na temperatura ay nagsisimula itong sumingaw. Ang proseso ng pagsingaw ay maaaring pabagalin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ilang mga gas (nitrogen, krypton), na ginagawang posible upang mapataas ang temperatura ng pag-init sa 3000 ° C.

Upang mabawasan ang mga pagkalugi sa mga lamp na maliwanag na maliwanag bilang resulta ng nagresultang kombeksyon, ang filament ay ginawa sa anyo ng isang solong o dobleng spiral. Sa kabila ng mga hakbang na ito, gayunpaman ang maliwanag na kahusayan ng mga maliwanag na lampara ay 20 lm / W, na medyo malayo pa sa theoretically achievable optimum. Ang mga mapagkukunan ng thermal radiation ay may napakababang kahusayan, dahil sa kanila ang karamihan sa mga de-koryenteng enerhiya ay na-convert sa enerhiya ng init at hindi sa liwanag.

Sa mga pinagmumulan ng liwanag na naglalabas ng gas, ang mga electron ay nagbabanggaan sa mga atomo ng gas o mga molekula at sa gayon ay nagiging sanhi ng mga ito na naglalabas ng mga electromagnetic na alon ng isang tiyak na haba ng daluyong. Ang buong dami ng gas ay kasangkot sa proseso ng pagpapalabas ng mga electromagnetic wave at, sa pangkalahatan, ang mga linya ng spectrum ng naturang radiation ay hindi palaging nasa hanay ng nakikitang liwanag. Sa kasalukuyan, ang mga pinagmumulan ng ilaw ng LED ay ang pinakamalawak na ginagamit sa pag-iilaw. tignan mo - Ang pagpili ng mga mapagkukunan ng liwanag para sa mga pang-industriyang lugar. 

Ang paglipat ng liwanag na enerhiya sa elektrikal na enerhiya

Ang liwanag na enerhiya ay maaaring ma-convert sa elektrikal na enerhiya at ang paglipat na ito ay posible sa dalawang magkaibang paraan mula sa pisikal na pananaw. Ang conversion ng enerhiya na ito ay maaaring resulta ng photoelectric effect (photoelectric effect). Upang mapagtanto ang epekto ng photoelectric, ginagamit ang mga phototransistors, photodiodes at photoresistors.

Sa interface sa pagitan ng ilan semiconductor (germanium, silicon, atbp.) at mga metal, isang boundary zone ay nabuo kung saan ang mga atomo ng dalawang contacting materials ay nagpapalitan ng mga electron. Kapag ang liwanag ay bumagsak sa boundary zone, ang electrical equilibrium sa loob nito ay nabalisa, bilang isang resulta kung saan ang isang EMF ay nangyayari, sa ilalim ng pagkilos kung saan ang isang electric kasalukuyang arises sa isang panlabas na closed circuit. Ang EMF at samakatuwid ang halaga ng kasalukuyang ay depende sa insidente ng liwanag na pagkilos ng bagay at ang wavelength ng radiation.

Ang ilang mga semiconductor na materyales ay ginagamit bilang photoresistors.Bilang resulta ng epekto ng liwanag sa photoresistor, tumataas ang bilang ng mga libreng carrier ng electric charges dito, na nagiging sanhi ng pagbabago sa electrical resistance nito. Kung magsasama ka ng photoresistor sa isang electrical circuit, ang kasalukuyang nasa circuit na ito ay magdedepende sa mga energies ng liwanag na bumabagsak sa photoresistor.

Tingnan din - Ang proseso ng pag-convert ng solar energy sa kuryente

Kemikal at elektrikal na enerhiya

Ang mga may tubig na solusyon ng mga acid, base at salts (electrolytes) ay nagsasagawa ng mas marami o mas kaunting electric current, na dahil sa ang kababalaghan ng electrical dissociation ng mga sangkap… Ang ilan sa mga molekula ng solute (ang laki ng bahaging ito ay tumutukoy sa antas ng paghihiwalay) ay naroroon sa solusyon sa anyo ng mga ion.

Kung mayroong dalawang electrodes sa solusyon kung saan inilalapat ang isang potensyal na pagkakaiba, ang mga ion ay magsisimulang gumalaw, kasama ang mga positibong sisingilin na mga ion (cation) patungo sa katod at ang mga negatibong sisingilin na mga ion (anion) patungo sa anode.

Pagdating sa kaukulang elektrod, nakukuha ng mga ion ang kanilang mga nawawalang electron o, sa kabaligtaran, isuko ang mga karagdagang at, bilang resulta, nagiging neutral sa kuryente. Ang masa ng materyal na idineposito sa mga electrodes ay direktang proporsyonal sa singil na inilipat (batas ni Faraday).

Sa boundary zone sa pagitan ng electrode at electrolyte, ang dissolution elasticity ng mga metal at ang osmotic pressure ay sumasalungat sa isa't isa. (Ang Osmotic pressure ay nagdudulot ng pagtitiwalag ng mga metal ions mula sa mga electrolyte papunta sa mga electrodes. Ang prosesong kemikal na ito lamang ang may pananagutan sa potensyal na pagkakaiba).

Pagbabago ng elektrikal na enerhiya sa enerhiya ng kemikal

Upang makamit ang pagtitiwalag ng isang sangkap sa mga electrodes bilang resulta ng paggalaw ng mga ions, kinakailangan na gumastos ng elektrikal na enerhiya. Ang prosesong ito ay tinatawag na electrolysis. Ang conversion na ito ng elektrikal na enerhiya sa kemikal na enerhiya ay ginagamit sa electrometallurgy upang makakuha ng mga metal (tanso, aluminyo, sink, atbp.) sa isang kemikal na dalisay na anyo.

Sa electroplating, ang aktibong pag-oxidize ng mga metal ay natatakpan ng mga passive na metal (gilding, chrome plating, nickel plating, atbp.). Sa electroforming, ang mga three-dimensional na impression (clichés) ay ginawa ng iba't ibang mga katawan, at kung ang naturang katawan ay gawa sa isang non-conductive na materyal, dapat itong sakop ng isang electrically conductive layer bago gawin ang impression.

Pagbabago ng enerhiya ng kemikal sa enerhiyang elektrikal

Kung ang dalawang electrodes na gawa sa iba't ibang mga metal ay ibinaba sa electrolyte, kung gayon ang isang potensyal na pagkakaiba ay lumitaw sa pagitan nila, dahil sa pagkakaiba sa pagkalastiko ng paglusaw ng mga metal na ito. Kung ikinonekta mo ang isang receiver ng elektrikal na enerhiya, halimbawa, isang risistor, sa pagitan ng mga electrodes sa labas ng electrolyte, kung gayon ang isang kasalukuyang ay dadaloy sa nagreresultang electrical circuit. Narito kung paano sila gumagana galvanic cells (pangunahing elemento).

Ang unang copper-zinc galvanic cell ay naimbento ni Volta. Sa mga elementong ito, ang enerhiya ng kemikal ay na-convert sa elektrikal na enerhiya. Ang pagpapatakbo ng mga galvanic cell ay maaaring hadlangan ng hindi pangkaraniwang bagay ng polariseysyon, na nangyayari bilang isang resulta ng pag-aalis ng isang sangkap sa mga electrodes.

Ang lahat ng mga galvanic na selula ay may kawalan na ang enerhiya ng kemikal ay hindi maibabalik sa kanila sa mga de-koryenteng enerhiya, iyon ay, ang mga galvanic na selula ay hindi maaaring ma-recharge. Wala sila sa disbentaha na ito mga nagtitipon.