Přeměna energie: definice, druhy a proces přenosu

Zajištění toho, aby lidstvo potřebovalo dostatek energie, je jedním z klíčových úkolů, kterým čelí moderní věda. Vzhledem ke zvýšené energetické náročnosti procesů zaměřených na udržení základních podmínek existence společnosti existují akutní problémy nejen při výrobě velkého množství energie, ale také při vyvážené organizaci jejích distribučních systémů. A téma přeměny energie je v tomto kontextu klíčové. Na tomto procesu závisí koeficient výroby využitelného energetického potenciálu a úroveň nákladů na údržbu technologických operací v rámci použité infrastruktury.

Obecné informace o technologii převodu

Potřeba použití různých druhů energie souvisí s rozdíly v procesech, které vyžadují zdroj energie. Teplo je vyžadováno pro vytápění, mechanická energie pro podporu síly pohybu mechanismů a světlo pro osvětlení. Elektřina může být nazývána univerzálním zdrojem energie jak z hlediska její přeměny, tak z hlediska možností aplikace v různých oblastech. Jako počáteční energie se obvykle používají přírodní jevy, stejně jako uměle organizované procesy, které podporují generování stejného tepla nebo mechanické síly. V každém případě je vyžadován určitý druh zařízení nebo složité technologické struktury, v zásadě umožňující převod energie na formu potřebnou pro konečnou nebo střední spotřebu. Kromě toho mezi úkoly převodníku vyniká nejen transformace jako přenos energie z jednoho druhu do druhého. Tento proces často slouží ke změně některých parametrů energie bez její transformace.

Transformace jako taková může být jednostupňová nebo vícestupňová. Kromě toho je například práce solárních generátorů na fotokrystalických článcích obecně považována za transformaci světelné energie na elektřinu. Ale spolu s tím je možná i přeměna tepelné energie, kterou Slunce dává zemi v důsledku zahřívání. Geotermální moduly jsou umístěny v určité hloubce v zemi a pomocí speciálních vodičů naplňují baterie energetickými rezervami. V jednoduchém transformačním schématu poskytuje geotermální systém akumulaci tepelné energie, která je dána topnému zařízení v čisté formě se základním výcvikem. Složitá struktura zahrnuje tepelné čerpadlo v jedné skupině s tepelnými kondenzátory a kompresory, které zajišťují přeměnu tepla a elektřiny.

Druhy přeměny elektrické energie

Existují různé technologické metody extrakce primární energie z přírodních přírodních jevů. Ale ještě více příležitostí ke změně vlastností a forem energie jsou poskytovány akumulovanými energetickými zdroji, protože jsou uloženy ve formě vhodné pro transformaci. K nejběžnější formy přeměna energie může zahrnovat operace záření, vytápění, mechanické a chemické účinky. V nejsložitějších systémech se používají procesy molekulárního rozpadu a víceúrovňové chemické reakce, ve kterých se kombinuje několik kroků transformace.

Volba konkrétního způsobu transformace bude záviset na podmínkách organizace procesu, druhu prvotní a konečné energie. Mezi nejběžnější typy energie, které se v zásadě podílejí na transformačních procesech, lze rozlišit sálavou, mechanickou, tepelnou, elektrickou a chemickou energii. Tyto zdroje jsou minimálně úspěšně využívány v průmyslu a domácnosti. Zvláštní pozornost si zaslouží nepřímé procesy přeměny energie, které jsou deriváty jedné nebo druhé technologické operace. Například v rámci metalurgické výroby je nutné provádět operace vytápění a chlazení, které produkují páru a teplo jako deriváty, ale nikoli cílové zdroje. V podstatě se jedná o odpadní produkty recyklace, které také nacházejí uplatnění, procházejí transformací nebo používáním v rámci stejného podniku.

Přeměna tepelné energie

Jeden z nejstarších z hlediska vývoje a nejdůležitějších energetických zdrojů pro udržení lidského života, bez nichž si nelze představit život moderní společnosti. Ve většině případů je teplo přeměněno na elektřinu a jednoduchý obvod takové transformace nevyžaduje připojení mezilehlých kroků. V tepelných a jaderných elektrárnách však podle podmínek jejich provozu může použít fázi přípravy s převodem tepla na mechanickou energii, což vyžaduje další náklady. Dnes se k přeměně tepelné energie na elektřinu stále častěji používají přímo působící termoelektrické generátory.

Samotný proces transformace probíhá ve speciální látce, která se spaluje, uvolňuje teplo a dále působí jako zdroj generování proudu. To znamená, že termoelektrické elektrárny lze považovat za zdroje elektřiny s nulovým cyklem, protože jejich provoz je spuštěn ještě před příchodem základní tepelné energie. Jako hlavní zdroj slouží palivové články-obvykle směsi plynů. Jsou spáleny, což vede k ohřevu kovové desky pro distribuci tepla. V procesu odvádění tepla prostřednictvím speciálního generátorového modulu s polovodičovými materiály dochází k přeměně energie. Elektrický proud je generován instalací chladiče připojenou k transformátoru nebo baterii. V první verzi energie okamžitě dorazí ke spotřebiteli v hotové formě a ve druhé – hromadí se a dává se podle potřeby.

Generování tepelné energie z mechanické

Také jeden z nejběžnějších způsobů získávání energie transformací. Jeho podstata spočívá ve schopnosti těl darovat tepelná energie v procesu vykonávání práce. V nejjednodušší formě ukazuje toto schéma transformace energie příklad tření dvou dřevěných předmětů, v důsledku čehož vzniká oheň. Pro použití tohoto principu s hmatatelným praktickým přínosem jsou však vyžadována speciální zařízení.

V domácnosti dochází k přeměně mechanické energie v topných a vodovodních systémech. Jedná se o složité technické konstrukce s magnetickým vodičem a šichtovým jádrem připojeným k uzavřeným elektricky vodivým obvodům. Také uvnitř pracovní komory této konstrukce jsou topné trubky, které jsou zahřívány působením provedené práce z pohonu. Nevýhodou tohoto řešení lze nazvat potřebu připojení systému k elektrické síti.

Průmysl používá výkonnější převodníky kapalného chladiva. Zdroj mechanické práce je připojen k uzavřeným nádržím na vodu. V procesu pohybu výkonných orgánů (turbín, lopatek nebo jiných konstrukčních prvků) jsou uvnitř obrysu vytvořeny podmínky pro víření. K tomu dochází ve chvílích prudkého brzdění lopatek. Kromě ohřevu se v tomto případě zvyšuje tlak, což usnadňuje procesy cirkulace vody.

Přeměna elektromechanické energie

Většina moderních technických jednotek pracuje na principech elektromechaniky. Synchronní a asynchronní elektrické stroje a generátory se používají v dopravě, obráběcích strojích, průmyslových inženýrských jednotkách a dalších pohonných jednotkách pro různé účely. To znamená, že elektromechanické typy přeměny energie se vztahují jak na generátorové, tak na motorové provozní režimy v závislosti na současných požadavcích pohonného systému.

Ve zobecněné podobě lze jakýkoli elektrický stroj považovat za systém vzájemně se pohybujících magneticky vázaných elektrických obvodů. Mezi takové jevy patří také Hystereze, saturace, vyšší harmonické a magnetické ztráty. Ale v klasickém pohledu je můžete přiřadit k analogům elektrických strojů, pouze pokud mluvíme o dynamických režimech, když systém pracuje v rámci energetické infrastruktury.

Základem systému elektromechanické přeměny energie je princip dvou reakcí s dvoufázovými a třífázovými součástmi a metoda rotujících magnetických polí. Rotor a stator motoru provádějí mechanickou práci působením magnetického pole. Podle směru jízdy nabitá částice je nastaven provozní režim - jako motor nebo generátor.

Výroba elektřiny z chemické energie

Kumulativní chemický zdroj energie patří k tradičním, ale metody jeho přeměny nejsou tak běžné kvůli environmentálním omezením. Samotná chemická energie v čisté formě se prakticky nepoužívá – alespoň ve formě koncentrovaných reakcí. Současně přirozené chemické procesy obklopují člověka všude ve formě vysoce nebo nízkoenergetických vazů, které se projevují například při spalování s uvolňováním tepla Gorenje. Přeměna chemické energie je však v některých účelově organizována průmyslových odvětvích. Obvykle se vytvářejí podmínky pro high-tech Gorenje v plazmových generátorech nebo plynových turbínách. Typickým reaktantem těchto procesů je palivový článek, který přispívá k získání elektrické energie. Pokud jde o účinnost, takové přeměny nejsou tak výhodné ve srovnání s alternativními způsoby výroby elektřiny, protože část užitečného tepla je rozptýlena i v moderních plazmových zařízeních.

Přeměna energie slunečního záření

Jako způsob přeměny energie může být proces zpracování slunečního světla v blízké budoucnosti nejžádanější v energetice. Proto i dnes může každý majitel domu teoreticky koupit zařízení pro přeměnu sluneční energie na elektrickou energii. Klíčovým rysem tohoto procesu je zdarma akumulované sluneční světlo. Další věc, která nedělá proces zcela bez nákladů. Za prvé, náklady budou vyžadovány technický servis solární baterie. Za druhé, samotné generátory tohoto typu nejsou levné, takže jen málokdo si může dovolit primární investici do organizace vlastní mini-energetické stanice.

Co je solární generátor Energie? Jedná se o sadu fotovoltaických panelů provádějících přeměnu energie ze slunečních paprsků na elektřinu. Samotný princip tohoto procesu je v mnoha ohledech podobný fungování tranzistoru. Jako hlavní materiálu pro výroba fotobuněk používá křemík v různých verzích. Například zařízení pro přeměnu sluneční energie může být poly - a monokrystalické. Druhá možnost je preferována podle výkonu, ale stojí více. V obou případech je fotobuňka osvětlena, při které jsou elektrody aktivovány a během jejich pohybu je generována elektrodynamická síla.

Přeměna parní energie

Parní turbíny lze v průmyslu použít jako způsob přeměny energie na přijatelnou formu a jako samostatný generátor elektřiny nebo tepla ze speciálně řízených proudů podmíněného plynu. Ne samotné turbínové stroje se používají jako zařízení pro přeměnu elektrické energie ve složení s parními generátory, ale jejich konstrukce je optimálně vhodná pro organizaci tohoto procesu s vysokou účinností. Nejjednodušším technickým řešením je turbína s lopatkami, ke které jsou připojeny trysky s dodávanou párou. Jak se lopatky pohybují, elektromagnetické zařízení se otáčí uvnitř zařízení, provádí se mechanická práce a generuje se proud.

Některé konstrukce turbín mají speciální rozšíření ve formě kroků, kde dochází k přeměně mechanické energie páry na kinetickou energii. Tato vlastnost zařízení není způsobena ani tak zájmem o zvýšení výkonu přeměny energie generátoru nebo potřebou produkovat kinetický potenciál, ale poskytnutím možnosti flexibilní regulace provozu turbíny. Expanze v turbíně poskytuje řídicí funkci, která umožňuje efektivní a bezpečnou regulaci množství generované energie. Mimochodem, pracovní prostor expanze, který je součástí procesu transformace, se nazývá aktivní tlakový stupeň.

Způsoby přenosu energie

Způsoby transformace energie nelze považovat bez představy o jejím přenosu. K dnešnímu dni existují čtyři způsoby interakce těl, při kterém dochází k přenosu energie-elektrické, gravitační, jaderné a slabé. Přenos v této souvislosti lze také považovat za způsob výměny, proto je principiálně oddělen výkon práce při přenosu energie a funkce výměny tepla. Jaké přeměny energie zajišťují práci? Typickým příkladem je mechanická síla, při které dochází k pohybu makroskopických těles nebo jednotlivých částic těl v prostoru. Kromě mechanické síly také uvolňují magnetickou a elektrickou práci. Klíčovou sjednocující vlastností pro téměř všechny typy prací je schopnost úplné kvantitativní transformace mezi sebou. To znamená, že elektřina je přeměněna na mechanickou energii, mechanická práce na magnetický potenciál atd.d. Výměna tepla je také běžným způsobem přenosu energie. Může být nesměrový nebo chaotický, ale v každém případě dochází k pohybu mikroskopických částic. Počet aktivovaných částic určí objem tepla-užitečné teplo.

Závěr

Přechod energie z jedné formy do druhé je normální a v některých průmyslových odvětvích je předpokladem výrobního energetického procesu. V různých případech může být potřeba zahrnout tuto fázi vysvětlena ekonomickými, technologickými, environmentálními a dalšími faktory generování zdrojů. Současně, navzdory rozmanitosti přírodních a uměle organizovaných způsobů přeměny energie, se drtivá většina zařízení poskytujících transformační procesy používá pouze pro elektřinu, teplo a mechanickou práci. Prostředky pro přeměnu elektrické energie jsou zcela nejběžnější. Elektrické stroje, které zajišťují transformaci mechanické práce na elektřinu na principu indukce, se například používají téměř ve všech oblastech, kde se používají složitá technická zařízení, jednotky a zařízení. A tento trend neklesá, protože lidstvo potřebuje neustálé zvyšování objemu energetické produkce, což vede k hledání nových zdrojů primární energie. V současné době jsou nejslibnějšími směry v energetice systémy výroby stejné elektřiny z mechanické energie produkované sluncem, větrem a vodními toky v přírodní přírodě.