Transcript Elektrika1
• Ekskurzija v ICJT Poskusi • Privlak balona na steni (lasje, papir, vodni curek). • Odboj dveh balonov. • Mobitel v kovinski škatli (Faradayeva kletka). • Baterija iz NaCl + Cu + ZN žene uro. • Galvanizacija (modra galica). • Vrste virov napetosti ELEKTRIKA Stane Arh APRIL 2012 »Operacijo delno financira Evropska unija iz Evropskega socialnega sklada ter Ministrstvo za izobraževanje, znanost, kulturo in šport. Operacija se izvaja v okviru Operativnega programa razvoja človeških virov za obdobje 2007–2013, razvojne prioritete: Razvoj človeških virov in vseživljenjskega učenja; prednostne usmeritve: Izboljšanje usposobljenosti posameznika za delo in življenje v družbi temelječi na znanju.« Elektrika • • • • Elektrika me je stresla - električni naboj Izklopi elektriko - električna napetost Zmanjkalo je elektrike - električni tok Elektrika se je podražila - električna energija • Izvor besede: Wiliam Gilbert (16 stol.) elektron (grško) = jantar Zgodovina • 600 let pr.n.š. – Tales iz Mileta (drgnjenje jantarja). • 1600 W. Gilbert – razlika privlaka med magneti in jantarjam. • 1660 von Guericke – elektrostatični generator • 1729 du Fay – prevodniki in izolatorji • 1752 Benjamin Franklin – izumil strelovod • 1800 Aleksander Volta – izumil baterijo • 1826 André-Marie Ampère - elektromagnetizem • 1831 Michael Faraday – izumil elektromotor Zgodovina • • • • • • • • • 1876 Aleksander Graham Bell - telefon 1879 Thomas Alva Edison – uporabna žarnica. 1882 Nikola Tesla – večfazni indukcijski elektromotor. 1895 – generator izmenične napetosti (Niagara). Tekma med enosmernim in izmeničnim tokom. Usmrtitve živali z električnim stolom. 1895 Wilhelm Conrad Röntgen – X- žarki 1893 Nikola Tesla – radio 1926 John Logie Baird – televizija 1883 prva elektrarna v Sloveniji-parni stroj Nikola Tesla v laboratoriju 1899 http://www.bastabalkana.com/2011/08/planeta-zemlja-kao-rezonantni-sistem/ Električni naboj (e) • • • • Pozitivni Negativni Privlak in odboj Ločimo ju z: – Drgnjenjem (trenjem) – Influenco – S svetlobo (ionizacija) – Magnetno indukcijo – Kemijski potencijal Električni naboj • • • • Pozitivni – anioni Negativni – kationi in elektroni Privlak - raznoimenski naboj Ločimo ju z: – – – – – Drgnjenjem (trenjem) – avto, tla, strela, sprijete folije, Influenco – strela, privlak papirja, vodnega curka. S svetlobo (ionizacija) – fotocelica, srebrov bromid. Magnetno indukcijo – električni generatorji Kemijski potencial - Voltov člen, akumulatorji Nastanek strele http://en.wikipedia.org/wiki/Lightning • 100 strel vsako sekundo. Čas trajanja okoli 0,1 ms. • Dolžina do 7 km, debelina do 2,5 cm. • Napetost do 100 MV, električni tok preko 30 000 A, moč do 1 TW (1000 jedrskih elektrarn), energija do 100 GJ (30 kWh). • Slika iz: http://www.kvarkadabra.net/index.html?/pojavi/teksti/strela.htm • Zemlja ima negativni naboj 106 As. • Zaradi influence, je spodnji del kapljice pozitivno naelektren in privlači negativni naboj (prašne delce). Pozitivni naboj dvigne zračni tok proti vrhu oblaka, ker se ne more lepiti na kapljice zaradi hitrosti. • Zemlja privlači neg. naboj, ker ga je več, kot na njeni površini. Elektroni dobijo dovolj energije za ionizacijo molekul zraka. • Plaz elektronov ima hitrost okoli 50 000 km/s in pušča prevodno sled. Po 50 m se plaz ustavi, a nastane novi. Dobimo stopničasti vodnik. • Ko se sled dodakne tal, elektroni dobe velike hitrosti in molekule zraka se pri trku močno segrejejo. Zažarijo. (T = 30000oC). Posledica hitrega razpenjanja zraka je grom. Nastanek strele Udar strele • http://www.youtube.com/watch?v=RLWIBrweSU8&feature=r elated – počasen posnetek strele (celoten) • http://www.youtube.com/watch?NR=1&feature=endscreen& v=CjZnwp6X1_s – strela v drevo (celoten) • http://www.youtube.com/watch?v=Vl09V6LYdUE&feature=rel ated – pogled iz satelita (samo 1,2 minute) Električna napetost (U) in tok (I) • Električna napetost nastane med pozitivnimi in negativnimi električnimi naboji. Enota je volt. • Zaradi električne napetosti steče po vodniku električni tok. Električni tok je usmerjeno gibanje naelekrenih delcev. Enota je amper. • Viri napetosti: – Enosmerne: voltov člen, baterija, akumulator, fotocelica. – Izmenične: generator, dinamo. Električna moč (P) in delo (A) • P=U.I (enota je wat) • A=P.T (enota je joul, 1kWh = 3 600 000 J) • Moč strojev: Pralni stroj (2200 W), sušilni stroj (2500 W), 100 litrski bojler (1500 W), hladilnik (100 W), infra pečica (1250 W), likalnik (1000 W), klimatizacijska naprava (5 kW ali več), fen (500 W), televizor (100 W), varčna sijalica (23 W), zobna prha (24 W), radio (5 W). Električna energija • V elektrarnah pretvarjamo mehansko, kemijsko, toplotno ali jedrsko energijo v električno. • Osnovni princip je vedno isti. S primarno energijo poganjamo rotor generatorja. Inducirana napetost poganja električni tok po žicah. Električno omrežje • • • • • Kako so vezane elektrarne med seboj? Vzporedno Zaporedno Kako so vezane celice pri bateriji? Kako so vezane žarnice pri javni razsvetljavi? Katere vrste elektrarn ločimo? Katere vrste elektrarn ločimo? Katere vrste elektrarn ločimo? • Hidroelektrarne (pretočne, akumulacijske in pretočne) • Termoelektrarne (trda goriva, tekoča g., plinska g., jedrska g.) • Alternativne (sončne, vetrne, geotermalne, bibavične, na morske valove, ...) Proizvodnja električne energije http://www.world-nuclear.org/info/inf01.html Električni generator http://www.instalater.si/clanek/150/Elektricni-generator Vodna turbina http://delo-energija.wikispaces.com/5.+2+Energijske+pretvorbe-slike Termoelektrarna • 1kg premoga za 1 kWh / 30 % pepela Princip termoelektrarne http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_power_station • Izkoristek je največ do 48 % (Carnot ) • Odpadna hladilna voda gre v reko ali za ogrevanje • Problem: veliko CO2 • Hladilni stolpi namesto rek • T = 600o C (30 000 kPa) -> 30o C (5 kPa) • A hladilna Shema delovanja TE http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_power_station Parna turbina http://en.wikipedia.org/wiki/Turbine Parna turbina http://ro.zrsss.si/~puncer/elektrika/elektrar.html Parna turbina http://en.wikipedia.org/wiki/Turbine TE Šoštanj Sončne elektrarne • http://www.soncnaelektrarna.net/ • Osončenost vsaj 7 ur • Obrnjene proti jugu • Naklon: poleti 25, pozimi 75 • Cena investicije: 1 EUR za 1 W Povprečno trajanje sončnega obsevanja http://topsol.si/soncne_elektrarne/postavitev_soncne_elektrarne/ Sončna celica http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell • Dimenzije 1 dm2 • U = 0,5 V, P = 1,5 W • Izkoristek Si celic: – Monokristalne, 25 % – Polikristalne, 20 % – Amorfne, 6 – 8 %, poceni, hitro se starajo • Panel: 12 V, 200 W Vetrna elektrarna • • • • • Moč od 150 kW do 1,5 MW Hitrost vetra: 6 – 8 m/s Stalen veter Menjalnik hitrosti Lokacije: greben, ravnina ali morje. • Izkoristek 20 – 30 % vetrne energije • Moteč hrup in videz Vetrna elektrarna http://www.erevija.com/clanek/1198/Vetrna-energija Obnovljiva energija • Elektrarna na bibavico • Geotermalna elektrarna Proizvodnja električne energije v svetu http://www.world-nuclear.org/info/inf01.html Viri električne energije v Sloveniji • http://www.nek.si/sl/elektricna_energija/viri/ viri_elektricne_energije_v_sloveniji/ Moč elektrarn • • • • • • NEK – 696 GW TE Šoštanj – 695 GW TE Brestanica – 312 GW HE Zlatoličje – 141 GW HE Mavčice – 38 GW HE Moste – 22 GW Delež proizvodnje elektr. energije http://www.agen-rs.si/sl/default.asp Deleži različnih vrst proizvodnje električne energije v Sloveniji Vrsta proizvodnje Proizvodnj a (GWh) Delež Proizvo dnja – 50 % NEK (GWh) Delež (%) Jedrska elektrarna 5.460 35,2 % 2.730 21,3 % Termoelektrarne 4.409 28,4 % 4.409 34,5 % Hidroelektrarne 4.375 28,2 % 4.375 34,2 % Druge elektrarne na prenosnem omrežju 504 3,2 % 504 3,9 % Elektrarne na distribucijskem omrežju 775 5,0 % 775 6,1 % 100,0 % 12.793 100,0 % Skupaj 15.532 Poraba električne energije v Sloveniji Kemijski izvori napetosti http://eoet1.tsckr.si/plus/eOet1_07_02_02-2.html • Kemijski potencial • Voltov člen • Težava: vodik na anodi. Rešitev: depolarizator Cink ogljikov člen http://eoet1.tsckr.si/plus/eOet1_07_02_02_01-2.html • Zinkova posoda, ogljena paličica, salmiak, kot elektrolit in rjavi manganovec • U = 1,5 V • Poceni, prenese preobremenitve Alkalni element • Manganov oksid je hkrati poz. elektroda in depolarizator. Elektrolit je kalijev lug. Negativna elektroda je zinkov prah in elektrolit. • Je dražja, 3 x večja kapaciteta , ne pušča, daljši čas shranjevanja. Litijeva baterija • U = 1,5 – 3,7 V • Veliko tipov. Običajno je litijeva anoda in manganov dioksid, kot katoda. Elektroliti so različni. • Dolga življenska doba (15 let). • Omogočajo velik tok • Pogosto v obliki gumba • Litij (+), separator, MmO2(-), kovinska mrežica (kolektor toka), plastični izolator, kovinski pokrov . Akumulator http://en.wikipedia.org/wiki/Rechargeable_battery • Se polnijo. Pri polnjenju se + material oksidira (oddaja elektrone), - pa se reducira. • U = 2 V (Pb in solna kislina) • Svinčeni, Ni-Cd, Ni-metal hidrid, Li-ion, Li-ion polimer). • Vsestranska uporaba. HVALA ZA POZORNOST!