«Электр энергиясын алу, түрлендіру, жеткізу және пайдалану»

Аннотация

Талғар қаласындағы

№7 мектеп-лицейінің

9 «а» сынып оқушысы

Садыкова Динараның

физика пәні бойынша

«Электр энергиясын алу, түрлендіру, жеткізу және пайдалану»

тақырыбындағы жұмысы

Жұмыстың мақсаты: Экологиялық таза және табиғат ресурстарын үнемдеу жолымен электр энергиясының жаңа түрін өндіру, өндірілген электр энергиясының көлемі мен қуаттылығын және жеткіліктігін практикамен ұштастыру және өндіру жолдарына көз жеткізу, зерттеу.

Зерттеу жұмысының ғылыми болжамы: Механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіру әдісінің физикалық ғылыми практикалық фактілерін сарадай келіп мектеп қабырғасындағы ұрпақ көзқарасын ғылыми тұрғыда қалыптастыру болып табылады.

Зерттеудің теориялық мәнділігі: Механикалық энергияны электр энергиясына түрлендірудің жолын іздей отырып, энергия өндіретін құрылғыны демонстрациялау арқылы жұмыстың физикалық тұрғыда алғаш рет теориялық, практикалық зерттеулері қарастырылған.

Зерттеудің практикалық мәнділігі: Тақырып бойынша теорияны практикамен байланыстыра отырып, сызбаларды пайдаланып, эксперименттік жұмыстар жүргізе отырып материал орындалған.

Зерттеудің маңыздылығы мен дербестік нәтижесі: Тақырып бойынша ғылыми тұрғыда бүгінгі күнгі технологияларды қолданудың үндестігі қолданылды.

Жұмыстың орындалу тәсілдері: Физикалық ғылыми заңдылықтармен танысу, жинақтау, тәжірибе арқылы тез жеткізу, салыстырмалы талдау жасау, нәтижесін алу. Физикалық ғалымдардың еңбектерімен танысып, оқи отырып жұмыс жүргізу.

Электр энергиясын алу, түрлендіру, жеткізу және пайдалану

Біздің заманымызда қоғамдық өндірістік күштер дамуының ең басты көрсеткіші - өндіріс және энергия тұтыну дәрежесі. Сонда жетекші рөл атқаратын электр энергиясы - энергияның әмбебап және пайдалануға ыңғайлы түрі. Егер энергияны тұтыну дүние жүзінде 25 жылда (шамамен) екі есе артады десек, электр энергиясын тұтыну орта есеппен 10 жылда екі есе артады. Бұл - энергия ресурстарын жұмсаумен байланысты процесстар саны үсті-үстіне электр энергиясына көшеді деген сөз.

а) Электр энергиясын жеткізу

Электр энергиясының тұтынылатын орны көп. Ал оның өндірілетін орны көп емес, отын жіне гидроресурс көзіне жақын орындар. Электр энергиясын көп мөлшерін жинап сақтау (консервілеу) қолдан келмейді. Оны шығарып алысымен бірден тұтынып, іске жарату керек. Сондықтан электр энергиясын алысқа жеткізу қажеттігі туды.

Электр энергиясын алысқа жеткізу едәуір шығынмен байланысты. Мәселе мынада: электр тогы электр жеткізу желісінің (линиясының) сымдарын қыздырады. Желі сымдарын қыздыруға шығындалатын энергия Джоуль-Ленц заңына сәйкес мына формуламен анықталады:

Q = I²Rt

Мұндағы R- желінің кедергісі. Желі тым ұзын болғанда, энергия жеткізу үнемділік жағынанпайдасыз болуы мүмкін. Желі кедергісін едәуір азайту іс жүзінде өте қиын. Сондықтан ток күші мен кедергінің көбейтіндісіне пропорционал болғандықтан, жеткізілетін қуатты сақтау үшін жеткізу желісіндегі кернеуді жоғарылату керек. Мұнда жеткізу желісі ұзынырақ болса, жоғарырақ кернеуді пайдалану соғұрлым ұтымдырақ болады. Мысалы, Волга ГЭС-інен Мәскеуге жоғары вольттік жеткізу желісінде 500 кВ кернеуді пайдаланады. Ал енді айнымалы ток генераторы 16-20 кВ-тан аспайтын кернеуге арналып жасалады. Бұдан гөрі жоғарырақ кернеу генераторының орамаларын және басқа да бөліктерін изоляциялау үшін арнаулы шараларды қажет еткен болар еді.

Жоғарылатқыш Төмендеткіш Төмендеткіш Төмендеткіш

трансформ. трансформ. трансформ. трансформ.

220 В

Генератор

11 кВ 1 10 кВ 35 кВ 6 кВ

Жеткізу Жеткізу Жеткізу

желісі желісі желісі

220. В

Сондықтан ірі электр станцияларында жоғарылатқыш трансформаторлар қойылады. Трансформациялар желідегі ток күшін неше есе кемітсе, кернеуді сонша есе арттырады.

Станоктардың электр жетегіндегі қозғалтқыштарында, жарықтандыру желісінде және тағы басқа мақсаттарда электр энергиясын тікелей пайдалану үшінжелі ұштарындағы кернеуді төмендету керек. Мұны төмендеткіш трансформатордың көмегімен істейді.

Тегінде кернеуді төмендету, соған сәйкес ток күшін арттыру, бірнеше кезеңнен өтеді. Әрбір кезең сайын кернеу төмендей береді де, электр желісімен қамтылған жерлер көбейе түседі. Электр энергиясын жеткізу және тарату схемасы берілген суретте көрсетілген.

Аз жоғары кернеу кезінде сымдар арасында, энергия шығынына ұшырататын тәж заряды басталады. Айналмалы кернеудің мүмкін амплитудасын, сымның көлденең қимасының ауданы берілген жағдайда, тәж разряды салдарынан энергия энергия шығыны аз ғана болатындай етіп сайлап алады.

Еліміздің бірқатар аудандарында электр станциялары жоғары вольтті жеткізу желілерімен біріктіріліп, ортақ электр желісі жасалған, ал тұтынушылар осыған қосылған. Энергия жүйесі деп аталатын осындай бірлестік таңертең және кешкі сағаттарда тұтынушыларға энергия жетіспей тапшылық ететін кездерді болдырмауға мүмкіндік береді. Энергия жүйесі тұтынушыларғақай жерде тұрғанына байланыссыз оларға энергия жеткізуді қамтамасыз етеді. Бұрынғы Кеңес Одағының барлық территориясы дерлік біріккен энергетика жүйесінің электр энергиясымен қамтамасыз етілген. Тәулігіне 1% электр энергиясын жоғалту миллиардтаған теңге шығын әкеледі.

Энергияны алыс қашықтықтарға азғантай шығынмен жеткізу - күрделі мәселе. Қазіргі кезде бұл мәселе жоғары кернеулі электр тогының көмегімен шешілуде.

ә) Электр энергиясын пайдалану

Өнеркәсіп электр энергиясының негізігі тұтынушысы болып табылады, оның үлесіне өндірілетін электр энергиясының 70%-ға жуығы тиеді. Сондай-ақ транспорт та ірі тұтынушы болып табылады. Темір жолдардың көпшілігі электрмен тарату жүйесіне көшіріліп отыр. Ұжымшарлар мен кеншарлардың барлығы дерлік өндірістік және тұрмыстық қажеттер үшін электр энергиясын электр станцияларынан алады. Электр энергиясын тұрғын үйлерді жарықтандыруда және тұрмыстық электр аспаптарында пайдаланатынын әркім-ақ біледі.

Пайдаланылатын электр энергиясының басым көпшілігі қазір механикалық энергияғаайналдырылады. Өнеркәсіптегі механизмдердің түгелін дерлік электр қозғалтқыштары қозғалысқа келтіреді. Олар ыңғайлы, шағын, өндірісті автоматтандыруға мүмкіндік береді.

Өнеркәсіптің тұтынылатын электр энергиясының үштен бірі технологиялық мақсаттар (электрмен пісіру, электрмен жылыту және металдарды балқыту, электролиз, т.с.с.) үшін пайдаланылады.

Қазіргі заманғы цивилизацияны электр энергиясынсыз елестету мүмкін емес. Үлкен Қаланы электр энергиясымен жабдықтаудың бұзылуы ондағы өмірді тып-типыл таптатады дерлік.

Электр энергиясына мұқтаждық өндірісте де, транспортта да, ғылыми мекемелерде де, сонымен қатар, тұрмыста да үнеміартып отырады. Бұл мұқтаждықты екі түрлі жолмен өтеуге болады.

Бір қарағанда табиғи және бірден-бір тәсіл - жаңа қуатты жылу, гидравликалық және атом электр станцияларын салу. Алайда жаңа ірі электр станцияларын салу үшін бірнеше жыл уақыт және көп қаражат керек.

Осы кезде жылу электр станциялары қалпына келтірмейтін табиғат ресурстарын көмір, мұнай және газды пайдаланады. Сонымен қатар, бұл бір мезгілде біздің планетамыздың экологиялық тепе-теңдігіне үлкен кесел келтіреді.

Алдыңғы қатарлы технологиялар электр энергиясына мұқтаждықты басқа жолмен қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Электр станцияларының қуатын арттыру емес, электр энергиясын пайдаланудың тиімділігін арттыру алдыңғы шепке шығуы тиіс.

Электр энергиясын тиімді пайдалану мүмкіндіктері бар және олар аз емес. Соның бірі жарықтандырумен байланысты, оған мәселен, өндірілген энергияның 25%-ына жуығы кетеді.

Қазіргі кезде АҚШ-та және басқа елдерде ықшам люминесценттік шамдар жасалынған, олар қыздыру шамдарына қарағанда энергияны 80%-ға дерлік аз пайдаланады. Мұндай шамдарадың құны жай шамдарға қарағанда қымбаттырақ, бірақ олар тез есесін қайтарады. Мұнымен қатар, үйлерді және өндірістік орындарды жарықтандыруды үнемді жүргізу бойынша жүргізілген қарапайым шаралардың өзі бірталай эффект (тиімді) береді. Қажетсіз кезде шамдарды жағып қалдырмау керек, жұмыс орындары және т.б. жерлер ғана жарықтандырылатындай етуге тырысу керек.

Электр энергиясын тұрмыста мұздатқыш қондырғыларды, теледидарда, компьютерлерде және т,б, пайдаланудың тиімділігін арттырудың көптеген басқа да мүмкіншіліктері бар. Үнемделген қаржыны күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғыларды жасап шығуға пайдалануға болады. Ғалымдар басқарылатын термоядролық реакция көмегімен энергия алуына үлкен үміт артады. Мұндай қондырғы кәдімгі атомдық электр станциясы сияқты үлкен қауіп келтірмейді.

Энергияның басқа түрлерімен салыстырғанда, электр энергиясының артқыштығы сөзсіз. Оны сым арқылы өте алыс жерлерге аз шығынмен жеткізу, тұтынушыларға таратып беру ыңғайлы. Ең бастысы, өте қарапайым құрылғылардың көмегімен бұл энергия: механикалық, ішкі (денелердің қызуы), жарық энергиясына т.с.с. энергияның кез-келген басқа түрлеріне оңай айналады. Тұрақты токқа қарағандаайнымалы токтың артықшылығы кернеу мен ток күшін энергия шығыны болмайтындай дерлік өте кең ауқымда түрлендіруге (трансформациялауға) болады. Көптеген электр және радиотехникалық құрылғыларды әлгіндей түрлендіру қажет. Бірақ, әсіресе, электр энергиясын алыс жерге жеткізуде кернеу мен токты трансформациялаудың қажеттігі әбден білінеді.