Фізика. 9 клас. Сиротюк

§ 8. Генератори індукційного струму. Промислові джерела електричної енергії

Генераторами електричної енергії (мал. 63, а) називають електричні машини, що перетворюють механічну енергію в електричну. Розрізняють генератори постійного і змінного струму. Перші призначено для живлення споживачів електричної енергії постійним струмом, а другі - змінним.

Генератори постійного струму широко застосовуються в сучасній електротехніці. Наприклад, у техніці великих струмів генератори постійного струму використовуються в трамваях, на електричних залізницях і в інших спеціальних електротехнічних установках, де змінний струм використовувати не можна.

Мал. 63

Генератор змінного струму - електрична машина, у якій механічна енергія перетворюється в електричну за допомогою явища електромагнітної індукції. Більшість генераторів змінного струму використовують обертове магнітне поле.

Технічний індукційний генератор має таку будову.

Якщо виток розріжемо і кінці його з’єднаємо з кінцями зовнішнього кола за допомогою двох ізольованих одне від одного кілець, якими ковзають щітки зовнішнього кола (мал. 63, б), то отримаємо схему найпростішого генератора.

На малюнку 64 зображено найпростішу схему генератора змінного струму. Якщо коло замкнути, то в ньому проходитиме змінний індукційний струм. Із зовнішнім колом рамка з’єднується кільцями, закріпленими на одній осі з рамкою. За один оберт рамки полярність щіток змінюється двічі. Щоб збільшити напругу, яку знімають з клем генератора, на рамки намотують не один, а багато витків. У всіх промислових

генераторах змінного струму витки, у яких індукується змінний струм, установлюють нерухомо, а магнітна система обертається. Нерухому частину генератора називають статором, а рухому - ротором. Якщо ротор обертати за допомогою зовнішньої сили, то разом з ротором обертатиметься і магнітне поле, яке він створює, при цьому в провідниках статора індукується струм. Електрогенератори, які працюють з гідротурбінами, називають гідрогенераторами, а ті, що працюють з паровими турбінами, - турбогенераторами.

Як енергоносії людство використовувало силу м’язів, деревину, рушійну силу води, енергію Сонця тощо. У наш час основними енергоносіями стали вуглеводи і сполуки (нафта, газ, вугілля) та ядерне паливо. Як альтернативні енергоджерела майбутнього розглядається енергія Сонця, геотермічна енергія Землі, водень, термоядерна енергія.

Істотних змін структура паливно-енергетичного балансу світового господарства зазнала впродовж останніх ста років.

Якщо в першій половині XX ст. в енергобалансі світового господарства переважало вугілля і мали важливе значення дрова, то в останні десятиліття провідну роль відіграють нафта і газ. Кілька десятиліть на їх частку припадало 3/5 обсягу енергоспоживання. За прогнозами фахівців на початку XXI ст. їх частка знизиться, водночас збереже значення споживання вугілля і дещо збільшиться роль ядерної енергетики і нетрадиційних (альтернативних) джерел енергії.

Мал. 64

Рівень розвитку електроенергетики - один з найважливіших показників науково-технічного прогресу. Обсяги виробництва електроенергії та її виробництво на душу населення опосередковано визначають економічний потенціал та економічний рівень розвитку країни.

Попри гідроенергетичне будівництво (мал. 65), що триває в усьому світі, роль ГЕС в енергопостачанні постійно зменшується. Це пояснюється вищими темпами спорудження ТЕС (мал. 66), що працюють на мінеральному паливі.

За виробництвом електроенергії у світі перед веде теплоенергетика. Теплоелектростанції, що працюють на різних видах палива, розміщуються специфічно. У країнах, які мають великі розробки вугілля, потужні конденсаційні електростанції, що його використовують, прив’язано саме до цих розробок.

Атомна енергетика стала окремою галуззю після Другої світової війни. На сьогодні вона відіграє важливу роль в електроенергетиці багатьох країн світу. Атомні електростанції (АЕС) використовують транспортабельне паливо - уран, їх розміщують незалежно від паливно-енергетичного фактору та орієнтують на споживачів у районах з напруженим паливно-енергетичним балансом (мал. 67).

Вітрові електростанції (ВЕС) використовують енергію вітру, якою здійснюється обертання роторів генераторів (мал. 68).

Мал. 65

Мал. 66

Мал. 67

Мал. 68

Геліоелектростанції (ГеліоЕС) дають змогу безпосередньо перетворювати енергію Сонця в електричну енергію (мал. 69).

Геотермальні електростанції (геоТЕС) перетворюють теплову енергію Землі в електричну (мал. 70).

Мал. 69

Мал. 70