Explainer: Hvad er elektricitet?

Elektricitet er en form for energi. Elektricitet er strømmen af ​​elektroner. Alt stof består af atomer, og et atom har et centrum, kaldet en kerne. Kernen indeholder positivt ladede partikler kaldet protoner og uladede partikler kaldet neutroner. Atomets kerne er omgivet af negativt ladede partikler kaldet elektroner. Den negative ladning af et elektron er lig med den positive ladning af en proton, og antallet af elektroner i et atom er normalt lig med antallet af protoner. Når afbalanceringskraften mellem protoner og elektroner forstyrres af en udvendig kraft, kan et atom vinde eller miste et elektron. Når elektroner er "tabt" fra et atom, udgør den frie bevægelse af disse elektroner en elektrisk strøm.

Elektricitet er en grundlæggende del af naturen, og det er en af ​​vores mest anvendte energiformer. Vi får elektricitet, som er en sekundær energikilde, fra konvertering af andre kilder til energi som kul, naturgas, olie, atomkraft og andre naturlige kilder, der kaldes primære kilder. Mange byer blev bygget ved siden af ​​vandfald (en primær kilde til mekanisk energi), der vendte vandhjul til at udføre arbejde. Inden elektricitetsproduktionen begyndte for lidt over 100 år siden, blev husene tændt med parafinlamper, mad blev afkølet i iskasser, og værelserne blev opvarmet af brændeovne eller kulbrændende brændeovne. Fra og med

For at løse problemet med at sende elektricitet over lange afstande, George Westinghouse udviklede en enhed kaldet en transformer. Transformatoren gjorde det muligt at transmittere elektricitet effektivt over lange afstande. Dette gjorde det muligt at levere elektricitet til huse og virksomheder beliggende langt fra det elektriske produktionsanlæg.

På trods af sin store betydning i vores daglige liv stopper de fleste af os sjældent med at tænke, hvordan livet ville være uden elektricitet. Som luft og vand har vi en tendens til at tage elektricitet for givet. Hver dag bruger vi elektricitet til at udføre mange funktioner for os - fra belysning og opvarmning / afkøling af vores hjem til at være strømkilden til fjernsyn og computere. Elektricitet er en kontrollerbar og praktisk form for energi, der bruges til anvendelse af varme, lys og strøm.

I dag er USA's (USA) elektriske kraftindustri oprettet for at sikre, at der er tilstrækkelig strømforsyning til rådighed til at imødekomme alle krav til efterspørgsel på ethvert givet tidspunkt.

En elektrisk generator er en enhed til at konvertere mekanisk energi til elektrisk energi. Processen er baseret på forholdet mellem magnetisme og elektricitet. Når en ledning eller andet elektrisk ledende materiale bevæger sig hen over et magnetfelt, opstår der en elektrisk strøm i ledningen. De store generatorer, der bruges af elektricitetssektoren, har en stationær leder. En magnet fastgjort til enden af ​​en roterende aksel er placeret inde i en stationær ledende ring, der er indpakket med et langt, kontinuerligt stykke tråd. Når magneten roterer, inducerer den en lille elektrisk strøm i hver ledningsdel, når den passerer. Hver ledningssektion udgør en lille, separat elektrisk leder. Alle de små strømme i individuelle sektioner udgør en strøm af betydelig størrelse. Denne strøm er hvad der bruges til elektrisk strøm.

Et elektrisk elværk anvender enten en turbin, motor, vandhjul eller lignende maskine til at køre en elektrisk generator eller en enhed, der konverterer mekanisk eller kemisk energi til elektricitet. Dampturbiner, forbrændingsmotorer, gasforbrændingsturbiner, vandturbiner og vindmøller er de mest almindelige metoder til at generere elektricitet.

Det meste af elektriciteten i USA produceres i dampturbiner. En turbin konverterer den kinetiske energi fra en bevægende væske (væske eller gas) til mekanisk energi. Dampturbiner har en række klinger monteret på en aksel, mod hvilken dampen tvinges, og roterer således akslen, der er forbundet til generatoren. I en fossilbrændt dampturbine brændes brændstoffet i en ovn for at opvarme vand i en kedel for at producere damp.

Kul, råolie (olie) og naturgas brændes i store ovne for at opvarme vand til dannelse af damp, der igen skubber på bladene i en turbin. Vidste du, at kul er den største enkeltstående primære energikilde, der bruges til at generere elektricitet i USA? I 1998 brugte mere end halvdelen (52%) af amtets 3,62 billioner kilowatt-timer elektricitet kul som energikilde.

Naturgas kan ud over at blive brændt til opvarmning af vand til damp også brændes for at producere varmt forbrændingsgasser, der passerer direkte gennem en turbine, der spinder turbinens klinger for at generere elektricitet. Gasturbiner bruges ofte, når der er stor efterspørgsel efter brugen af ​​elektricitetsværktøj. I 1998 blev 15% af landets elektricitet brændt af naturgas.

Petroleum kan også bruges til at fremstille damp til at dreje en turbin. Restolie, et produkt raffineret fra råolie, er ofte det olieprodukt, der bruges i elektriske anlæg, der bruger olie til at fremstille damp. Petroleum blev brugt til at generere mindre end tre procent (3%) af al elektricitet, der blev produceret i amerikanske elektricitetsanlæg i 1998.

Atomkraft er en metode, hvor damp produceres ved opvarmning af vand gennem en proces kaldet nuklear fission. I et atomkraftværk indeholder en reaktor en kerne af nukleart brændstof, primært beriget uran. Når atomer af uranbrændstof rammes af neutroner, splittes de (splittes), frigiver varme og flere neutroner. Under kontrollerede forhold kan disse andre neutroner ramme flere uranatomer, splitte flere atomer osv. Derved kan kontinuerlig fission finde sted, hvilket danner en kædereaktion, der frigiver varme. Varmen bruges til at omdanne vand til damp, der igen spinder en turbin, der genererer elektricitet. I 2015 bruges kernekraft til at generere 19,47 procent af al landets elektricitet.

Fra 2013 udgør vandkraft 6,8 procent af den amerikanske elproduktion. Det er en proces, hvor strømmende vand bruges til at spin en turbin, der er forbundet til en generator. Der er hovedsageligt to basistyper af hydroelektriske systemer, der producerer elektricitet. I det første system ophobes strømmende vand i reservoirer oprettet ved brug af dæmninger. Vandet falder gennem et rør, der kaldes en penstock, og udøver tryk mod turbinebladene for at drive generatoren til at producere elektricitet. I det andet system, der kaldes løb af floden, udøver strømmen af ​​floden (snarere end faldende vand) tryk på turbinebladene for at producere elektricitet.

Geotermisk kraft kommer fra varmeenergi begravet under jordoverfladen. I nogle områder af landet strømmer magma (smeltet stof under jordskorpen) tæt nok til jordoverfladen for at opvarme underjordisk vand til damp, som kan tappes til brug ved dampturbine planter. Fra 2013 genererer denne energikilde mindre end 1% af elektriciteten i landet, skønt en vurdering fra den amerikanske energi Information Administration om, at ni vestlige stater potentielt kan producere nok elektricitet til at levere 20 procent af landets energibehov.

Solenergi stammer fra solens energi. Solens energi er imidlertid ikke tilgængelig på fuld tid, og den er vidt spredt. Processerne, der bruges til at producere elektricitet ved hjælp af solens energi har historisk set været dyrere end at bruge konventionelle fossile brændstoffer. Fotovoltaisk konvertering genererer elektrisk strøm direkte fra solens lys i en fotovoltaisk (solcelle) celle. Sol-termiske elektriske generatorer bruger den strålende energi fra solen til at producere damp til at drive turbiner. I 2015 blev mindre end 1% af landets elektricitet forsynet med solenergi.

Vindkraft stammer fra konverteringen af ​​energien indeholdt i vinden til elektricitet. Vindkraft, som solen, er normalt en dyr kilde til produktion af elektricitet. I 2014 blev det brugt til ca. 4,44 procent af landets elektricitet. En vindmølle ligner en typisk vindmølle.

Biomasse (træ, kommunalt fast affald (skrald) og landbrugsaffald, såsom majsskolber og hvedestrå, er nogle andre energikilder til produktion af elektricitet. Disse kilder erstatter fossile brændstoffer i kedlen. Forbrænding af træ og affald skaber damp, der typisk bruges i konventionelle dampelektriske anlæg. I 2015 tegner biomasse sig for 1,57 procent af den producerede elektricitet i USA.

Elektriciteten produceret af en generator kører langs kabler til en transformer, der skifter elektricitet fra lav spænding til høj spænding. Elektricitet kan flyttes lange afstande mere effektivt ved hjælp af højspænding. Transmissionsledninger bruges til at føre elektricitet til en station. Stationer har transformere, der ændrer højspændingselektricitet til lavere spændingselektricitet. Fra transformerstationen fører distributionsledninger elektriciteten til hjem, kontorer og fabrikker, der kræver lavspændingselektricitet.

Elektricitet måles i effektenheder kaldet watt. Det blev navngivet til ære James Watt, opfinderen af damp maskine. En watt er en meget lille mængde strøm. Det kræver næsten 750 watt for at svare til en hestekræft. En kilowatt repræsenterer 1.000 watt. En kilowattime (kWh) er lig med energien på 1.000 watt, der arbejder i en time. Mængden af ​​elektricitet, som et kraftværk producerer, eller som en kunde bruger over en periode, måles i kilowatt-timer (kWh). Kilowatt-timer bestemmes ved at multiplicere antallet af kW krævet med antallet af brugstimer. Hvis du for eksempel bruger en 40-watts pære 5 timer om dagen, har du brugt 200 watt strøm eller .2 kilowatt-timer elektrisk energi.

Mere omElektricitet: Historie, elektronik og berømte opfindere