Czym jest energia elektryczna?

Co to jest energia elektryczna?

Energia elektryczna wykorzystywana jest w każdym gospodarstwie domowym, w każdej firmie i produkcji. Aktualnie świat nie jest wstanie obejść się bez dostaw energii elektrycznej. Jest ona najważniejszym składnikiem gospodarki światowej. Warto więc znać podstawowe parametry jakie składają się na tzw. potocznie prąd, oraz jakie są różnice między dwoma rodzajami napięcia. Jako pierwszy prace nad elektrycznością w 1660 r rozpoczął Otto von Guericke budując pierwszy generator elektrostatyczny. Następnie przez lata badań udoskonalano technologie aż w roku 1823 Samuel Morse wykorzystał zjawisko elektromagnetyzmu i zbudował pierwszy telegraf. W roku 1882 Thomas Edison jako pierwszy uruchomił na dużą skalę sieć elektryczną opartą o napięcie stałe by w roku 1887 pracownik Thomasa Edisona Nikola Tesla wniósł patent na energię elektryczną opartą o prąd przemienny taki jaki dziś płynie w naszych gniazdkach. Historia elektryfikacji jest dużo szersza i bogatsza niż opisana w niniejszym artykule. Mamy jednak zamiar bardziej przybliżać aspekty techniczne niż historyczne.

Co to jest napięcie stałe?

Pierwszym kto zastosował napięcie stałe był Thomas Edison. Wykorzystał on je do zasilania oświetlenie i elektryfikacji pobliskiego miasta. Napięcie stałe charakteryzuje się liniowym i stałym przepływem. Świetnie nadaje się do zasilania urządzeń zarówno oporowych takich jak grzałka, żarówka wolframowa jak i do urządzeń elektronicznych. Wszystkie urządzanie takie jak komputer, kalkulator, telewizor itp. pracują z napięciem stałym najczęściej uzyskiwanym poprzez proces transformacji napięcia zmiennego. Bardzo ważną cechą napięcia stałego jest możliwość jego magazynowania np. w akumulatorach. Z uwagi na liniowy przepływ bez problemu może być przechowywane w bateriach kwasowych, kadmowych, czy litowo-jonowych wybór jest znacznie szerszy niż tylko trzy pozycje. Napięcie stałe powszechnie używane jest w elektrowniach fotowoltaicznych bezakumulatorowych jak i w elektrowniach z akumulatorami. Przy niskich napięciach do 48V jest stosunkowo bezpieczne. Oporność skóry ludzkiej wystarcza aby nie odczuwać napięcia 48V. Należy jednak pamiętać, że przy niskiej oporności na przy zwarciu kabli nawet napięcie 12V może być niebezpieczne jeżeli posiada wystarczająco duże natężenie.

Napięcia wyższe prądu stałego np. 200-600 V mogą powodować wyskakiwanie tzn. łuku elektrycznego, który wyjątkowo ciężko jest ugasić z uwagi na fakt, że napięcie jest stałe. Napięcie prądu stałego o takich wartościach możemy znaleźć między innymi w elektrowniach słonecznych bezakumulatorowych.

Napięcie stałe jest spotykane bardzo często, częściej niż nam się wydaje. Wszystkie urządzenia, które nas otaczają zasilane są właśnie z takiego napięcia pomimo, że podłączamy je do prądu zmiennego w gniazdu. Zmiana napięcia ze zmiennego na stałe zostaje wykonana już w samym urządzeniu za pomocą wbudowanego transformatora, takie rozwiązania zapobiega spadkom na przesyle napięcia stałego.

Warto zapytać, dlaczego nie używamy tylko napięcia stałego skoro jest takie powszechne. Otóż duży problem występuje z jego przesyłem. Już na pierwszych metrach występują spadki napięcia aby po kilkudziesięciu lub lub kilkuset metrów w zależności od wartości napięcia, przekroju przewodu oraz prądu i obciążenia zaniknąć prawie całkowicie.

Co to jest napięcie przemienne?

Napięcie przemienne w roku 1887 opatentował Nikola Tesla. Było to odkrycie przełomowe bo pozwoliło na przesył energii elektrycznej na duże odległości. Pierwszą najważniejsza cechą jest fakt, że napięcie nie spada tak drastycznie jak w przypadku napięcia stałego, dzięki czemu możliwe stało się zasilanie całych oddalonych miast od elektrowni. Napięcie przemienne tak jak jego nazwa wskazuje ma przebieg sinusoidalny przemienny i okresowo zmienia swoją wartość na ujemną oraz dodatnią. W sieci energetycznej odbywa się to z częstotliwością 50 Hz herców czyli 50 razy na sekundę. W chwili kiedy sinusoida napięcia przechodzi przez zero napięcie zanika by po chwili pojawić się z wartością odwrotną.

Napięcie przemienne możemy wykorzystywać do zasilania wszystkich urządzeń oporowych typu czajnik, grzałki, grzejniki, żarówki wolframowe itp. oraz do zasilania silników w tym elektro narzędzi. Zastosowanie napięcia przemiennego jest dużo mniejsze niż napięcia stałego ale z uwagi na możliwość przesyłu na duże odległości występuje wszędzie. Zmiana napięcia przemiennego na napięcie stałe następuje przeważnie w samym odbiorniku aby zminimalizować straty na przesyle napięcia stałego.

Co to jest Volt, Amper, Wat?

Wspólna cechą napięcia stałego oraz zmiennego są 3 wartości opisujące wartość energii elektrycznej. Wszystkie 3 zmienne są przemienne i można je dowolnie mnożyć i dzielić. Np. Napięcie * Amper = Wat, Wat / Napięcie = Amper lub Wat / Amper - Volt.

Dobrym przykładem zastosowania powyższych działań może być przesył energii elektrycznej na duże odległości. Dzięki podniesieniu napięcia nawet do 100.000 V możliwe jest zredukowanie prądu czyli Amperów i przesłanie energii na relatywnie dużą odległość bez znaczących spadków. Wykorzystuje się do tego linie przesyłowe energetyczne wysokiego napięcia. Napięcie takie występuje jedynie na głównych liniach przesyłowych. Na podstacjach transformatorowych napięcie jest zmniejszane aż a końcu na transformatorze w pobliżu odbiorcy zmniejszane było do napięcia użytkowego czy 230V lub 400V. Finalnie u odbiorcy końcowego napięcie przemienne 230V zmieniane jest w napięcie stałe w celu zasilenia telewizora.

Co to jest napięcie trójfazowe?

Napięcie trójfazowe powstaje z trzech źródeł napięcia stałego o napięciu 230V oraz wspólnej masie. Napięcie trójfazowe dysponuje napięciem 400V i umożliwia przesył znacznie większej ilości energii niż trójfazowe zasilanie 230V. Stosuje się je do zasilania dużych maszyn, grzejników, pomp itp. Uzyskanie napięcie trójfazowego możliwe jest również z energii słonecznej. Dzięki zastosowaniu 3 oddzielnych falowników przystosowanych do takiej pracy możemy osiągnąć napięcie 400V.

Jeżeli spodobał ci się nasz wpis polub naszą stronę. Dziękujemy :)