什麼是電能 – 發電、輸電、配電和利用


日常生活中的許多功能都需要能量。自然界中能量以不同的形式存在,但最重要的能量形式是電能(或電力)。正如我們所體驗到的,電力已成為我們生活中不可或缺的一部分,因為沒有電力,我們無法想象我們的生活。

本文旨在解釋電能的概念,包括它的產生、傳輸、分配和利用。

什麼是電能?

電能是由亞原子帶電粒子(如電子、質子等)產生的能量形式。電能是改變人類文明的主要發明之一。在當今世界,電能用於執行多種功能,因此成為日常生活中的基本必需品。

從基礎科學中,我們知道宇宙中所有物質都由多個原子組成,每個原子都有一定數量的亞原子粒子,即電子、質子和中子。其中,電子是帶負電的粒子,質子是帶正電的粒子,中子是無電荷或中性粒子。

但在普通情況下,每種物質都保持中性,這意味著它具有相同數量的質子和電子。電能的存在是由於帶電粒子(電子和質子)。這些帶電粒子可以是靜止的或移動的。當粒子靜止並表現出電能時,稱為靜電。另一方面,當移動的帶電粒子表現出電能時,則稱為電流

正如我們上面所討論的,在正常情況下,一塊材料中電子和質子的數量相同。但是,當從材料中去除一些電子時,它就會出現負電荷不足。因此,材料會帶正電。另一方面,如果向材料中提供一些電子,則會出現負電荷過剩。因此,材料會帶負電。實際上,電子是從材料中去除或提供給材料的,因為質子牢固地結合在原子的原子核中,因此不容易分離。

在實際應用中,材料中電子的濃度總是試圖保持均勻,即材料試圖整體保持中性。這就是電能背後的唯一原因。這可以透過一個例子來理解,在這個例子中,兩個帶電體具有不同的電子濃度,並透過導線連線。在這種情況下,電子從電子濃度較高的物體移動到電子濃度較低的物體。電子的這種移動將持續進行,直到兩個物體的電子濃度相等。這種電子的移動稱為電能,更具體地說,是電流

發電

將任何形式的能量轉換成電能的過程稱為發電。用於發電的元件系統稱為發電廠發電站。目前,發電的方法有很多,下面將討論一些重要的過程:

電力產生的機電過程

在電力產生的機電過程中,導體在磁場中移動。當導體切割磁力線時,由於電磁感應,在導體中會產生電力。用於在這種方法中發電的裝置稱為發電機。根據產生的電力性質,發電機可以是直流發電機或交流發電機。這是世界上最廣泛使用的發電方法之一。

電力產生的電化學過程

在這種方法中,化學能轉化為電能。這種發電過程最常見的例子是電池產生的電能。在電池中,電能是由於化學反應產生的。此過程用於小規模發電。

固態發電

這是一種現代的發電過程。在這種方法中,使用半導體器件(如光伏電池)將光能轉換為電能。當高強度光束照射到光伏電池上時,會產生許多載流子(電子和空穴),從而產生電勢差。當外部電路連線到光伏電池時,電流開始流動。

其他發電過程

還有其他幾種發電過程,例如風力渦輪機、沼氣、生物質能、地熱能、潮汐能等。這些大多是可再生能源。

輸電

電力在發電站產生後,由升壓變壓器將其電壓提高,以便遠距離傳輸。雖然低壓發電在實踐中是可行和經濟的,但高壓輸電在實踐中是可行和經濟的。

輸電是藉助大型鋼塔支撐的輸電導體(線路)進行的。通常的做法是用非常高的電壓以交流電或直流電的形式進行輸電。在交流輸電的情況下,使用三相三線制輸電系統。輸電線路通常終止於接收站和變電站。

配電和用電

配電是指向終端使用者供電以供其使用。為此,在城市的各個地點建立了多個配電變電站。這些配電變電站透過輸電線路接收高壓電,並將電壓降低到較低的電壓。現在,這種低壓電透過配電線路和饋線供給消費者。消費者使用這種電力來驅動電機、風扇、燈泡等電力負荷。

結論

在本文中,我們討論了電能,包括它的產生、傳輸、分配和利用。正如我們上面所討論的,電能是一種從其他形式的能量中獲得的能量。電能是利用稱為發電廠的機制產生的。然後,它透過輸電線路以非常高的電壓傳輸。最後,它被降壓到所需的電壓等級,並分配給終端使用者以供其使用,即為電機、燈具和其他機械裝置供電。

更新於:2022年11月2日

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