Кіріспе

Электр энергиясының электр тізбегі арқылы берілу жылдамдығы. Электр қуаты – тізбек ішінде электр энергиясының берілу жылдамдығы. Оның СИ бірлігі – ватт, ол секундына бір джоуль ретінде анықталады. Ваттқа стандартты префикстер басқа СИ бірліктерімен бірдей қолданылады: мың ватт – киловатт, миллион ватт – мегаватт, миллиард ватт – гигаватт деп аталады. Күнделікті тілде электр қуаты – электр энергиясын өндіру және жеткізу, көптеген елдерде маңызды қоғамдық қажеттілік. Электр қуаты көбінесе электр генераторлары арқылы өндіріледі, бірақ электр батареялары сияқты көздерден де алынуы мүмкін. Оны электр энергетикасы саласы электр желісі арқылы кәсіпорындар мен үйлерге (үйге берілетін электр энергиясы ретінде) жеткізеді. Электр қуатын берілу желілері арқылы ұзақ қашықтыққа жеткізуге болады және оны қозғалыс, жарық немесе жылу сияқты мақсаттар үшін жоғары тиімділікпен пайдалануға болады.

Түсіндірме

Электр энергиясы, электрлік токтардың электр тізбегіндегі электр компоненттеріндегі электр потенциалының айырмашылығы (кернеу) арқылы қозғалғанда, энергияның басқа түрлеріне айналады. Электр қуаты тұрғысынан қарағанда, электр тізбегіндегі компоненттерді екі категорияға бөлуге болады:

Белсенді құрылғылар (қуатын беру көздері)

Егер электр тогы құрылғы арқылы төменгі электр потенциалынан жоғары электр потенциалына қарай күштеп өткізілсе, оң зарядтар теріс терминалдан оң терминалға қозғалады, зарядтарға жұмыс жасалады және энергия басқа түрден, мысалы, механикалық немесе химиялық энергиядан электр потенциалдық энергияға айналады. Мұндай процестер жүзеге асыратын құрылғылар белсенді құрылғылар немесе қуат көздері деп аталады; мысалы, электр генераторлары және аккумуляторлар. Кейбір құрылғылар, олар арқылы өтетін кернеу мен токқа байланысты, қуат көзі немесе жүктеме бола алады. Мысалы, қайта зарядталатын аккумулятор тізбекке қуат бергенде қуат көзі ретінде, ал зарядтау құрылғысына қосылып зарядталғанда жүктеме ретінде жұмыс істейді.

Пассивті құрылғылар (жүк)

Егер құрылғы арқылы әдеттегі ток жоғары потенциалдан (кернеуден) төменгі потенциалға қарай ағын болса, оң заряд оң (+) терминалдан теріс (-) терминалға қозғалса, зарядтар құрылғыға жұмыс жасайды. Терминалдар арасындағы кернеудің нәтижесінде туындаған зарядтардың потенциалдық энергиясы құрылғыда кинетикалық энергияға айналады. Мұндай құрылғылар пассивті компоненттер немесе жүктемелер деп аталады; олар тізбектен электр қуатын "тұтынады", оны механикалық жұмыс, жылу, жарық сияқты энергияның басқа түрлеріне түрлендіреді. Мысалдарға электр шамдары, электр моторлары және электр жылытқыштары сияқты электр құралдары жатады. Көкейкес ток (АҚ) тізбектерінде кернеу бағыты мерзімді түрде өзгеріп отырады, бірақ ток әрқашан жоғары потенциалдан төменгі потенциалға қарай ағады.

Пассивті белгілер туралы конвенция

Электр қуаты компоненттен шығуы немесе компонентке кіруі мүмкін болғандықтан, оң қуат ағынының қай бағытты білдіретінін анықтау үшін конвенция қажет. Электр қуаты тізбектен компонентке шығу оң деп есептеледі, ал компоненттен тізбекке кіру теріс деп есептеледі. Осылайша, пассивті компоненттер оң қуат тұтынады, ал қуат көздері теріс қуат тұтынады. Бұл пассивті белгілер конвенциясы деп аталады.

Электромагниттік өрістер

Электр энергиясы электр және магнит өрістері бірге болатын және бір мекенде ауытқып отыратын кез келген жерде ағылады. Бұның ең қарапайым мысалы электр тізбектерінде, алдыңғы бөлімде көрсетілгендей. Дегенмен, жалпы жағдайда P = IV қарапайым теңдеуі күрделірек есептеумен алмастырылуы мүмкін. Электр өрісінің кернеулігі мен магнит өрісінің кернеулігі векторларының векторлық көбейтіндісінің жабық беттік интегралы көлемнен шығатын жалпы сәттік қуатты (Ватт) береді:

Нәтижесі скаляр болып табылады, себебі ол Пойнтинг векторының беттік интегралы болып табылады.

Ұрпақ

Көп электр энергиясын өндірудің негізгі принциптерін 1820-шы жылдар мен 1830-шы жылдардың басында британдық ғалым Майкл Фарадей ашқан. Оның негізгі әдісі әлі күнге дейін қолданылуда: электр тогы магниттің полюстерінің арасындағы сымның немесе мыс дискісінің қозғалысы арқылы туындайды. Электр энергиясын тұтынушыларға жеткізудегі алғашқы процесі осы. Электр энергиясын тасымалдау, тарату, сондай-ақ аккумуляторлық батареялар арқылы электр энергиясын сақтау және қалпына келтіру сияқты басқа процестерді әдетте электр энергетикасы саласы жүзеге асырады. Электр энергиясы көбінесе электр станцияларында электрмеханикалық генераторлармен өндіріледі, олар жану, геотермальдық энергия немесе ядролық бөліну арқылы қыздырылатын жылу машиналарымен қозғалады. Басқа генераторлар ағын су мен желдің кинетикалық энергиясымен жұмыс істейді. Электр энергиясын өндіру үшін фотоэлектрлік күн панельдері сияқты тағы да көптеген технологиялар қолданылады. Аккумулятор – сақталған химиялық энергияны электр энергиясына түрлендіретін бір немесе бірнеше электрохимиялық жасушалардан тұратын құрылғы. 1800 жылы Алессандро Вольта алғашқы аккумуляторды (немесе "вольттік тізімін") ойлап тапқаннан бері, әсіресе 1836 жылы техникалық жағынан жетілдірілген Даниэлл жасушасынан бастап, аккумуляторлар көптеген тұрмыстық және өнеркәсіптік қолданбалар үшін кең таралған қуат көзіне айналды. 2005 жылғы бағалау бойынша, әлемдік аккумулятор индустриясы жыл сайын 48 миллиард АҚШ доллары көлемінде сатуды және 6% жылдық өсімді қамтамасыз етеді. Аккумуляторлардың екі түрі бар: біріншілік аккумуляторлар (бір рет қолданылатын аккумуляторлар), олар бір рет пайдаланылып, тасталады, және екіншілік аккумуляторлар (қайта зарядталатын аккумуляторлар), олар бірнеше рет зарядталатын және қолданылатын болады. Аккумуляторлар түрлі өлшемдерде келеді; есту аппараттары мен сағаттарды қуаттандыру үшін қолданылатын кішкентай түймелі жасушалардан бастап, телефон станциялары мен компьютерлік деректер орталықтары үшін резервтік қуатты қамтамасыз ететін бөлмедей үлкен аккумуляторлар банктеріне дейін.

Электр энергетикасы

Электр энергетикасы қажетті көлемде электр энергиясын тұтынушыларға жеткізуді, электр желісі арқылы қосылу арқылы қамтамасыз етеді. Электр желісі электр энергиясын тұтынушыларға таратады. Электр энергиясы орталық электр станцияларында немесе таратылған генерация көздері арқылы өндіріледі. Электр энергетикасы индустриясы біртіндеп либерализацияға қарай үнді. Жаңа қатысушылар дәстүрлі коммуналдық компаниялармен бәсекелестікке түсіп, тұтынушыларға таңдау мүмкіндігін ұсынады.

Қолданылуы

Орталық генерациялық станцияларда өндіріліп, электр желісі арқылы таратылатын электр қуаты өнеркәсіптік, коммерциялық және тұтыну салаларында кеңінен қолданылады. Елдің жан басына шаққандағы электр энергиясы тұтыну деңгейі оның өнеркәсіптік дамуымен тікелей байланысты. Электр моторлары өндіріс машиналарын, метро және теміржол пойыздарын игертеді. Электр жарығы – жасанды жарықтың ең маңызды түрі. Электр энергиясы алюминийді кендерден алу және электр доғалық пештерде болат өндіру сияқты процестерде тікелей пайдаланылады. Сенімді электр қуаты телекоммуникация және хабар тарату үшін маңызды. Электр энергиясы ыстық аймақтарда кондиционерлеу жүйелерін қамтамасыз етеді, ал кейбір жерлерде ғимараттарды жылыту үшін экономикалық тұрғыдан тиімді энергия көзі болып табылады. Су сорғылауға электр қуатын қолдану жеке үйлердегі құдықтардан бастап, суару және энергия сақтау жобаларына дейін жетеді.