ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ  ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

 Η ηλεκτρική ενέργεια είναι ένας γενικός όρος που καλύπτει ένα ευρύ φάσμα φαινομένων που προκύπτουν από την παρουσία και τη ροή του ηλεκτρικού φορτίου.Σε αυτά περιλαμβάνονται πολλά εύκολα αναγνωρίσιμα φαινόμενα,όπως η αστραπή,στατικό ηλεκτρισμό,και τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό καλώδιο.AL AKEDI     ANMAR      USAMA   

Ηλεκτρικές συσκευές που λειτουργούν με ηλεκτρική ενέργεια

 Κάθε μέρα κλείνεις ένα διακόπτη για να θέσεις σε λειτουργία ένα λαμπτήρα,το ραδιόφωνο ή την τηλεόραση,χειρίζεσαι έναν ανελκυστήρα ή βλέπεις να γυρίζει κάποιος το κλειδί για να αρχίσει να λειτουργεί η μηχανή του αυτοκινήτου.Σε καθεμιά από τις παραπάνω περιπτώσεις ένα ανοικτό ηλεκτρικό κύκλωμα μετατρέπεται σε κλειστό,οπότε διέρχεται από αυτό ηλεκτρικό ρεύμα που μεταφέρει ενέργεια.

Φυσικό Πάρκο Ενέργειας

 Σήμερα γνωρίζουμε τη μεγάλη σημασία της ηλεκτρικής ενέργειας για την ανάπτυξη της οικονομίας και της κοινωνίας σε όλες τις χώρες του κόσμου.Η ηλεκτρική ενέργεια χαρακτηρίζεται από οικονομικότητα,μεγάλη ασφάλεια,υψηλή ποιότητα και ήπια συμπεριφορά στο περιβάλλον κατά την κατανάλωσή της.Αυτές οι αντιλήψεις άρχισαν να διαμορφώνονται στα τέλη του19ου αιώνα,όταν η διανομή ηλεκτρικής ενέργειας άρχισε να ξεπερνάει την ευρύτερη γειτονιά του εργοστασίου παραγωγής και να επεκτείνεται σε αστικά διαμερίσματα και ολόκληρες πόλεις,κάποια στιγμή δε και υπεραστικά.

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι ένας γενικός όρος που καλύπτει  ένα ευρύ φάσμα φαινομένων που προκύπτουν από την  παρουσία και τη ροή του ηλεκτρικού φορτίου

 Ηλεκτρικά φαινόμενα έχουν μελετηθεί από την αρχαιότητα,αν και προόδους στην επιστήμη δεν έγιναν μέχρι τον δέκατο έβδομο και τον δέκατο όγδοο αιώνα.Η ταχεία επέκταση στην ηλεκτρική τεχνολογία αυτή τη στιγμή μεταμορφώνεται στη βιομηχανία και την κοινωνία.Η ηλεκτρική ενέργεια ως πηγή ενέργειας έχει πολλές εφαρμογές που περιλαμβάνουν τις μεταφορές,τη θέρμανση,τον φωτισμό,τις επικοινωνίες,και υπολογισμός.Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η ραχοκοκαλιά της σύγχρονης βιομηχανικής κοινωνίας,και αναμένεται να παραμείνει έτσι για το άμεσο μέλλον. 

  Τα σπουδαιότερα χαρακτηριστικά της ηλεκτρικής ενέργειας είναι είναι η εύκολη μεταφορά της σε μεγάλες αποστάσεις και η η εύκολη μεταφορά της σε μεγάλες αποστάσεις και η μετατροπή της σε άλλες μορφές ενέργειας.
 Η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται με το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα.

Το ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει αγωγούς μήκους πολλών χιλιομέτρων και μεταφέρει την ηλεκτρική ενέργεια

 Είναι εύκολο να δούμε τις χρήσεις της ηλεκτρικής ενέργειας γύρω μας.Η ηλεκτρική ενέργεια  ρέει συνεχώς μέσα από όλα τα καλώδια στην πόλη μας.Το είδος της ηλεκτρικής ενέργειας που δημιουργείται από μπαταρίες καλείται συνεχές ρεύμα.Το άλλο σημαντικό είδος βρίσκεται στα σημεία πώλησης του σπιτιού μας. Αυτή η μορφή των νοικοκυριών της ηλεκτρικής ενέργειας που ονομάζεται εναλλασσόμενο ρεύμα.

 Η Ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας:

α) Θερμική(τοστιέρα ),

β) Φωτός (λαμπτήρες),

γ) Μηχανική (ροδέλα),

δ) Χημική (επαναφορτιζόμενες μπαταρίες).

Οικυριότεροι τρόποι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι η καύση διαφόρωνουσιών(λιγνίτης,πετρέλαιο,κάρβουνο),ταπυρηνικά εργοστάσια,τα  ηλιακά πάρκα,τα υδροηλεκτρικά φράγματα και τα αιολικά πάρκα

 Υπάρχουν πολλοί τρόποι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
 Οι κυριότεροι είναι η καύση διαφόρων ουσιών(λιγνίτης,πετρέλαιο,κάρβουνο),τα πυρηνικά εργοστάσια,τα ηλιακά πάρκα,τα υδροηλεκτρικά φράγματα και τα αιολικά πάρκα.Τα τελευταία χρόνια γίνονται μεγάλες προσπάθειες αύξησης του ποσοστού ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται με τη χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.

Το μεγάλο μειονέκτημα της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η δύσκολη, σχεδόν αδύνατη μακροχρόνια αποθήκευσή της

 Το μεγάλο μειονέκτημα της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η δύσκολη,σχεδόν αδύνατη μακροχρόνια αποθήκευσή της.Για το λόγο αυτό θα πρέπει να καταναλώνεται ταυτόχρονα με την παραγωγή της ή να αποθηκεύεται αφού πρώτα μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας (π.χ. χημική,δυναμική κ.λ.π.).Η ανάγκη άμεσης κατανάλωσης της ηλεκτρικής ενέργειας έχει οδηγήσει στην κατασκευή ενός παγκόσμιου πλέγματος ηλεκτρικών δικτύων,έτσι ώστε να μπορεί να μεταφέρεται εύκολα,από το σημείο παραγωγής της,στο σημείο κατανάλωσης.Σε αυτό το κεφάλαιο θα μελετήσουμε τα αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος σε σύνδεση με τις αντίστοιχες ενεργειακές μετατροπές.

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΙΣΧΥΣ ΤΟΥ

 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

 Το ηλεκτρικό ρεύμα όταν διαρρέει οποιαδήποτε συσκευή ή μηχανή μεταφέρει σ’ αυτή ενέργεια η οποία μετατρέπεται σε ενέργεια κάποιας άλλης μορφής.

Το ηλεκτρικό ρεύμα όταν διαρρέει οποιαδήποτε συσκευή ή  μηχανή μεταφέρει σ’ αυτή ενέργεια η οποία μετατρέπεται σε  ενέργεια κάποιας άλλης μορφής

 Όταν ο κινητήρας περιστρέφεται και ανυψώνει ένα βαρίδι,μετατρέπει σε μηχανική ένα μέρος της ενέργειας που μεταφέρεται σ’ αυτόν από το ηλεκτρικό ρεύμα.Το υπόλοιπο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμική λόγω του φαινομένου Τζάουλ και της τριβής.

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΟΥ ΜΕΤΑΤΡΕΠΕΙ ΜΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΣΥΣΚΕΥΗ

 Είδαμε ότι η ενέργεια που προσφέρεται από το ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν ηλεκτρικό καταναλωτή δίνεται από τη σχέσηΕηλ=q·V.Αν λάβουμε υπόψη τον ορισμό της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος,προκύπτει:

Eηλεκτρική=V·I·t

όπου:
Εηλεκτρική η ενέργεια που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα σε μια συσκευή.
V η διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται στα άκρα (πόλους) της συσκευής.
I η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τη συσκευή.
t ο χρόνος λειτουργίας της συσκευής.

   Ηλεκτρική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα,που αναφέρεται στην κινητική ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό ρεύμα),λόγω της ύπαρξης διαφοράς δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού.

Ηλεκτρική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρει το  ηλεκτρικό ρεύμα, που αναφέρεται στην κινητική  ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό ρεύμα), λόγω της ύπαρξης διαφοράς δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού

 Όταν γίνεται χρήση του ηλεκτρισμού η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε άλλη μορφή ενέργειας π.χ. σε κινητική ενέργεια όταν λειτουργεί ένας κινητήρας ή σε φως όταν ανάβει ένας λαμπτήρας.

 Πρέπει να σημειώσουμε ότι η σχέση  ισχύει για κάθε είδος ηλεκτρικής συσκευής που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια κάποιας άλλης μορφής.Έτσι μπορούμε να την εφαρμόσουμε σε κινητήρα,αντιστάτη,μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία,λαμπτήρα κ.λπ.

Όταν γίνεται χρήση του ηλεκτρισμού η ηλεκτρική ενέργεια  μετατρέπεται σε άλλη μορφή ενέργειας π.χ. σε φως  όταν ανάβει ένας λαμπτήρας

 Η μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας,όπως και κάθε μορφής ενέργειας,στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) είναι το ένα Τζάουλ (1 J).

 Αν στη σχέση Eηλεκτρική=V·I·t αντικαταστήσουμε V=1 V,I=1 A και t=1 s μπορούμε να υπολογίσουμε την ηλεκτρική ενέργεια που «καταναλώνει» μετασχηματίζει σε ένα δευτερόλεπτο μια συσκευή από την οποία διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα έντασης 1 Α και μεταξύ των άκρων της εφαρμόζεται τάση 1 V:

Εηλ=(1 V)·(1 A)·(1 s)=1 J

 Ώστε ηλεκτρικό ρεύμα έντασης 1 Α μεταφέρει σε μια ηλεκτρική συσκευή ενέργεια ίση με 1 J όταν τη διαρρέει επί 1 s και η τάση που εφαρμόζεται στα άκρα της είναι 1 V.

Η ΙΣΧΥΣ ΠΟΥ «ΚΑΤΑΝΑΛΩΝΕΙ» ΜΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΣΥΣΚΕΥΗ

  Στην καθημερινότητα στις πρακτικές εφαρμογές δεν μας ενδιαφέρει μόνον πόση ενέργεια μετατρέπει μια συσκευή ή μηχανή,αλλά και ο χρόνος μέσα στον οποίο συμβαίνει αυτό,δηλαδή μας ενδιαφέρει η ισχύς της συσκευής.

Στις πρακτικές εφαρμογές δεν μας ενδιαφέρει μόνον πόση  ενέργεια μετατρέπει μια συσκευή ή μηχανή,αλλά και ο χρόνος   μέσα στον οποίο συμβαίνει αυτό

 Ισχύς P ονομάζεται η ποσότητα της ενέργειας Ε που μετατρέπει  ή μεταφέρει μια μηχανή  προς το αντίστοιχο (απαιτούμενο) χρονικό διάστημα.t
  Άρα έχουμε:

 P=E/t

 Επομένως,σύμφωνα με τον παραπάνω ορισμό η ηλεκτρική ισχύς που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα σε μια ηλεκτρική συσκευή είναι:

Pηλ=Εηλ/t

Αν αντικαταστήσουμε την ηλεκτρική ενέργεια από τη σχέση Eηλεκτρική=V·I·t έχουμε:

Pηλ=V·I·t/t

δηλαδή:

 Pηλ=V·Ι 

 Ώστε η ηλεκτρική ισχύς που «καταναλώνει»/μετασχηματίζει μια οποιαδήποτε ηλεκτρική συσκευή είναι ίση με το γινόμενο της διαφοράς δυναμικού που εφαρμόζεται στους πόλους της επί την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τη διαρρέει.

Ισχύς (P) ονομάζεται η ποσότητα της ενέργειας (Ε) που  μετατρέπει  ή μεταφέρει μια μηχανή  προς το αντίστοιχο  (απαιτούμενο) χρονικό διάστημα (t)

 Έτσι,για παράδειγμα,αν στα άκρα μιας ηλεκτρικής συσκευής εφαρμόσουμε διαφορά δυναμικού V=1 Volt και μετρήσουμε την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος Ι=1 Α,τότε έχουμε ότι η ηλεκτρική ισχύς που μετατρέπει είναι:

Pηλ=(1 V)·(1 Α)=1 W

 Με άλλα λόγια ένα ηλεκτρικό ρεύμα έντασης 1 Α που διαρρέει μια συσκευή στα άκρα της οποίας εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού 1 V μεταφέρει σ’ αυτήν ηλεκτρική ισχύ 1 W.

Ένα ηλεκτρικό ρεύμα έντασης 1 Α που διαρρέει μια συσκευή στα  άκρα της οποίας εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού 1 V μεταφέρει  σ’ αυτήν ηλεκτρική ισχύ 1 W

 Αν η συσκευή αυτή είναι ένας κινητήρας που μετατρέπει σχεδόν ολόκληρη την ηλεκτρική ισχύ σε μηχανική μπορεί να ανυψώσει ένα μήλο 100 g σε ύψος 1 m σε χρόνο ενός δευτερόλεπτου.

ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

 Η ενέργεια παρέχεται από εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας όπως η ΔΕΗ.Η ενέργεια όμως στοιχίζει.Κάπου στο εξωτερικό μέρος του σπιτιού μας υπάρχει ένας ηλεκτρικός μετρητής.Ο ηλεκτρικός μετρητής μετράει τη συνολική ηλεκτρική ενέργεια που προσφέρεται από τη ΔΕΗ στις ηλεκτρικές συσκευές του σπιτιού μας.

Η παροχή της ηλεκτρικής ενέργειας

 Ο λογαριασμός της ΔΕΗ αντιστοιχεί στο κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε για τη λειτουργία των συσκευών και όχι στην ισχύ τους.

 Γνωρίζουμε ότι η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνει μια συσκευή ισούται με το γινόμενο της ισχύος της συσκευής επί το χρόνο λειτουργίας της,δηλαδή:

 Eηλ=Ρηλ·t

  

 Αν η ισχύς μετράται σε W και ο χρόνος σε s,τότε η ενέργεια υπολογίζεται σε J.Όμως το Τζάουλ είναι μια μικρή ποσότητα ενέργειας.Γι’ αυτό το λόγο οι εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας μετρούν την ενέργεια που παρέχουν σε μια άλλη μονάδα που λέγεται κιλοβατώρα και συμβολίζεται 1 kW · h. 

Ο ηλεκτρικός μετρητής μετράει τη συνολική ηλεκτρική  ενέργεια που προσφέρεται από τη ΔΕΗ στις ηλεκτρικές   συσκευές του σπιτιού μας.Ο λογαριασμός της ΔΕΗ αντιστοιχεί  στο κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε  για τη λειτουργία των συσκευών και όχι στην ισχύ τους

 Μια κιλοβατώρα (1 kWh) ονομάζεται η ενέργεια που καταναλώνεται από μια συσκευή ισχύος 1 kW (1000 W) όταν λειτουργεί για μια ώρα.Ένας λαμπτήρας ισχύος 100 W όταν λειτουργεί για 10 ώρες καταναλώνει ενέργεια 1 kWh.Παραδείγματα ισχύος κάποιων ηλεκτρικών συσκευών παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα.

Μια κιλοβατώρα (1 kWh) ονομάζεται η ενέργεια που καταναλώνεται  από μια συσκευή ισχύος 1 kW (1000 W) όταν λειτουργεί για μια ώρα

 Πολλές φορές δημιουργείται σύγχυση σχετικά με τους όρους κιλοβάτ (kW) και κιλοβατώρα(kWh).To κιλοβάτ (kW) είναι μονάδα μέτρησης ηλεκτρικής ισχύος και η κιλοβατώρα (kWh) είναι μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής ενέργειας.

Η ισχύς περιγράφει το μέγεθος της στιγμιαίας δυνατότητας   ενός συστήματος να παράγει (ή να καταναλώνει)  μια μορφή ενέργειας όπως ηλεκτρική

 Ένας ορισμός που συσχετίζει την ισχύ με την ενέργεια είναι ότι: 
 Η ισχύς περιγράφει το μέγεθος της στιγμιαίας δυνατότητας ενός συστήματος να παράγει (ή να καταναλώνει) μια μορφή ενέργειας όπως ηλεκτρική.

Μία κιλοβατώρα θεωρητικά αντιστοιχεί στην ενέργεια που  καταναλώθηκε από μια συσκευή ισχύος 1 kilowatt (κιλοβάτ)  που λειτούργησε για την διάρκεια της μιας ώρας (1 hour)

 Μία κιλοβατώρα θεωρητικά αντιστοιχεί στην ενέργεια που καταναλώθηκε από μια συσκευή ισχύος 1 kilowatt (κιλοβάτ) που λειτούργησε για την διάρκεια της μιας ώρας (1 hour).

                                      1 kWh=1 kWx1 h=1 kilowattxhour=1 κιλοβατώρα