Jestli máte zájem v úsporách energie nebo ve využívání obnovitelných zdrojů energie, pak s největší pravděpodobností vy zajímavějak přeměnit tepelnou energii na elektřinu. V tomto článku se podíváme na několik způsobů, jak přeměnit teplo do elektřiny и pojďme na to přijítjaké druhy energie lze z tepla získat.
Proč lze teplo přeměnit na elektřinu?
Teplo je kinetické energie, který uvádí molekuly látky do pohybu. Když látka zahřívámolekuly se začnou pohybovat rychleji, což vede ke zvýšení množství tepelné energie. Tato energie může být přeměněna na jiné formy energievčetně el.
Jak přeměnit tepelnou energii na elektrickou energii
Existují různé způsoby, jak přeměnit tepelnou energii na elektrickou energii. Nějaký z nich:
- Termoelektrické generátory (TEG) – elektrická energie vzniká uplatněním termoelektrického jevu transformace, ke kterému dochází v důsledku teplotního rozdílu mezi dvěma kontakty materiálů;
- Turbína – slouží k přeměně tepelné energie na elektrickou energii ve velkém elektrárny, kde teplo vzniká spalováním plyn, Olej nebo uhlí;
- Fotovoltaická přeměna – solární panely dokážou přeměnit sluneční teplo na elektrickou energii energie;
- Tepelný nebo sterlingovy motory – to jsou zařízeníkteří používají topení a chlazení pracovní tekutiny pro vytvoření mechanické energie;
- Geotermální solární elektrárny (elektrické farmy z hlubin vody) – voda se ohřívá ve velké hloubce v zemi a může být použit k pohonu turbínyže ve vašem otočit, vyrábí elektrickou energii.
Jaké další druhy energie lze získat z tepla?
Tepelnou energii lze využít nejen k výrobě elektřiny energie, но a získat další druhy energie. Například:
- K vytápění lze použít tepelná čerpadla dům nebo na topení voda, odebírající teplo ze země, vzduchu nebo voda;
- Ke zlepšení účinnosti systému lze použít ventilační systémy s rekuperací tepla TopeníPoužití teplo, který se obvykle ztrácí při odsávání vzduchu z areálu;
- ledničky a klimatizace využívají tepelnou energii k chlazení.
Jak můžete akumulovat a využívat přírodní energii?
Přírodní energie může být k použití a uloženy mnoha způsoby. Například,
- Solární energii lze ukládat do baterií na později použití;
- Větrné turbíny mohou vyrábět elektřinu i za bezvětří díky využití akumulátory;
- Geotermální systémy akumulují teplo z okolí prostředí a oblastí země povrchů a používat to pro vytápění a ohřev vody.
Tipy pro zvýšení účinnosti přeměny tepla na elektřinu
- Při výběru průmyslových termoelektrických generátorů byste měli věnovat pozornost jejich účinnosti akce) a na účinnost přeměny tepelné energie na elektrickou energii energie;
- Udržujte systémy větrání a klimatizace v dobrém stavu stavpro maximální využití termiky energie;
- Pravidelné čištění solárních panelů baterií a čištění úlomků kolem větrných turbín může zvýšit účinnost těchto zařízení.
Závěry
Přeměna tepelné energie na elektřinu není jen efektivní způsob výroby energie, но a vynikající způsob využití obnovitelné energie. Ale, by měl zapamatovat siže každá metoda má svůj vlastní Rysy и omezeníTak výhody a nevýhody každé metody je třeba pečlivě posoudit. Až na na, udržování systémů v dobrém stavu stav a správné používání baterií je důležité praxe, které umožňují déle udržet efektivitu systémů.
Jak se olej dostane do klikové skříně?
Motorový olej je nezbytný pro správnou funkci motoru. Jeho hlavním úkolem je mazat všechny rotující části. K tomu musí procházet kanály motoru a současně být distribuován pod tlakem. Olej se při průchodu motorem shromažďuje na vhodném místě – olejové nádrži, která je umístěna ve spodní části motoru a má vypouštěcí zátku. Tato oblast je navržena tak, aby zachytila přebytečný olej a v případě potřeby jej doplnila. Pokud je olej v klikové skříni motoru, znamená to, že vstoupil do olejové vany kanály a byl rovnoměrně rozdělen mezi všechny části. Je důležité sledovat hladinu oleje v klikové skříni, protože nedostatek oleje může způsobit poškození motoru.
Jak funguje světlo dynama?
Dynamo svítilna je ideální volbou pro lidi, kteří potřebují zdroj světla pro kempování nebo nouzové situace. Funguje na principu přeměny mechanické energie na elektrický proud. Chcete-li to provést, musíte otočit speciální rukojeť, která zase otáčí generátor, který vytváří elektrický proud, který nabíjí baterii a napájí LED diody, které vytvářejí světelný paprsek. Abyste udrželi dostatečnou úroveň jasu, musíte i nadále jednou nebo dvakrát za minutu otáčet knoflíkem. Jednou z výhod dynamo svítilny je, že nevyžaduje výměnu baterie a má dlouhou životnost. Zařízení je navíc kompaktní a nevyžaduje skladování se samostatným bateriovým blokem, což také přispívá k jeho snadnému použití.
Jaký je rozdíl mezi 2-cyklovým generátorem a 4-cyklovým generátorem?
2-taktní generátor pracuje rychleji a dokončí celý cyklus práce v jednom cyklu. Vyznačuje se kompaktnější velikostí a jednoduchostí zařízení, což zajišťuje jeho spolehlivost a účinnost. Vzhledem ke své vysoké provozní rychlosti však takové generátory vyžadují stálý přísun paliva a nemohou pracovat za podmínek zatížení.
Na druhé straně 4-cyklový generátor pracuje pomaleji a jeho celý cyklus trvá 2 cykly. Je však efektivnější a spolehlivější, protože každá fáze cyklu má specifickou funkci a je prováděna přesněji a přesněji. Díky tomu mohou generátory pracovat pod zátěží a udržovat konstantní výkon.
Každý typ generátoru má tedy své vlastní vlastnosti a použití a výběr závisí na konkrétním úkolu a požadavcích práce.
Jakou spotřebu má generátor o výkonu 1 kW?
Spotřeba generátoru o výkonu 1 kW závisí na druhu použitého paliva. Pokud mluvíme o benzínovém generátoru, pak na výrobu jedné kilowatthodiny bude potřeba přibližně 0,35 litru benzínu. Dieselová elektrárna využívající motorovou naftu přitom spotřebuje přibližně 0,2 litru na kilowatthodinu. Pokud potřebujete podrobné informace o spotřebě konkrétního modelu generátoru, měli byste nahlédnout do návodu k obsluze. Obecně lze říci, že generátory s efektivnějšími systémy spotřeby paliva snižují i spotřebu elektrické energie, která je důležitá pro úsporu nákladů.
Existuje způsob, jak přeměnit tepelnou energii na elektřinu pomocí termoelektrického generátoru. K tomu je nutné instalovat do země termosifon, který zajišťuje transport tepla do generátoru. Generátor je vybaven vzduchovým žebrovaným radiátorem, který pomáhá převádět teplotní rozdíly na elektrickou energii. Tím, že se do generátoru dodává teplo, vyrábí elektřinu, kterou lze využít pro domácí i průmyslové účely. Tento způsob přeměny energie je poměrně účinný a šetrný k životnímu prostředí. Využitím přírodní tepelné energie je tato metoda šetrná k životnímu prostředí a může výrazně snížit náklady na energii.
Pojem energie se používá ve všech vědách. Je známo, že tělesa s energií mohou produkovat práci. Zákon zachování energie říká, že energie nemizí a nemůže být vytvořena z ničeho, ale objevuje se v různých podobách (například ve formě tepelné, mechanické, světelné, elektrické energie atd.).
Jedna forma energie se může transformovat do druhé a zároveň jsou pozorovány přesné kvantitativní vztahy mezi různými druhy energie. Obecně řečeno, k přechodu z jedné formy energie do druhé nikdy nedochází úplně, protože vždy vznikají jiné (nejčastěji nežádoucí) druhy energie. Například u elektromotoru se veškerá elektrická energie nepřemění na mechanickou, ale její část se přemění na tepelnou energii (ohřev vodičů proudy, ohřev v důsledku třecích sil).
Skutečnost neúplného přechodu jednoho druhu energie na jiný charakterizuje koeficient výkonu (účinnosti). Tento koeficient je definován jako poměr užitečné energie k jejímu celkovému množství nebo jako poměr užitečného výkonu k celkovému.
Elektrická energie má tu výhodu, že se dá poměrně snadno a s malými ztrátami přenášet na velké vzdálenosti a navíc má extrémně široké možnosti použití. Distribuce elektrické energie je poměrně snadno ovladatelná a ve známých množstvích ji lze akumulovat a skladovat.
Během jednoho pracovního dne člověk v průměru vydá energii rovnou 1000 kJ, tedy 0,3 kW. Člověk potřebuje cca 8000 kJ ve formě jídla a 8000 kJ na vytápění domácností, průmyslových prostor, vaření atd. Když k tomu připočteme náklady na energie v průmyslu a dopravě, pak na osobu jsou denní náklady na energii cca 200 000 kcal, nebo 60 kWh.
Elektrická a mechanická energie
Elektrická energie se přeměňuje na mechanickou energii v elektromotorech a v menší míře v elektromagnetech. V obou případech se využívají efekty spojené s elektromagnetickým polem. Energetické ztráty, tedy ta část energie, která se nepřemění do požadované podoby, se skládají především z energetických nákladů na ohřev vodičů proudem a ztrát spojených s třením.
Velké elektromotory mají účinnost vyšší než 90 %, zatímco malé elektromotory mají účinnost mírně pod touto úrovní. Pokud má např. elektromotor výkon 15 kW a účinnost 90 %, pak je jeho mechanický (čistý) výkon 13,5 kW. Pokud by měl být mechanický výkon elektromotoru roven 15 kW, pak je spotřebovaný elektrický výkon při stejné hodnotě účinnosti 16,67 kWh.
Proces přeměny elektrické energie na mechanickou energii je vratný, to znamená, že mechanická energie může být přeměněna na elektrickou energii (viz – Proces přeměny energie v elektrických strojích). K tomuto účelu se používají především generátory, které jsou svou konstrukcí podobné elektromotorům a mohou být poháněny parními turbínami nebo hydraulickými turbínami. Takové generátory mají také energetické ztráty.
Elektrická a tepelná energie
Protéká-li vodičem elektrický proud, pak se elektrony při svém pohybu srážejí s atomy materiálu vodiče a přivádějí je k intenzivnějšímu tepelnému pohybu. V tomto případě elektrony ztratí část své energie. Takto vzniklá tepelná energie vede na jedné straně například ke zvýšení teploty dílů a vodičů vinutí elektrických strojů a na druhé straně ke zvýšení teploty okolí. Je třeba rozlišovat mezi užitečnou tepelnou energií a ztrátami tepelné energie.
V elektrických topných zařízeních (elektrické kotle, žehličky, topné pece atd.) je vhodné usilovat o to, aby se elektrická energie co nejúplněji přeměnila na energii tepelnou. Jinak tomu není například v případě elektrického vedení nebo elektromotorů, kde je vznikající tepelná energie nežádoucím vedlejším účinkem, proto je často nutné přijmout opatření k jejímu odstranění.
Díky výslednému zvýšení tělesné teploty se tepelná energie přenáší do okolí. Proces přenosu tepelné energie je realizován ve formě tepelné vodivosti, konvekce a tepelného záření. Ve většině případů je velmi obtížné poskytnout přesný kvantitativní odhad celkového množství uvolněné tepelné energie.
Pokud je potřeba nějaké těleso zahřát, pak hodnota jeho výsledné teploty musí být výrazně vyšší než požadovaná teplota ohřevu. To je nutné, aby bylo zajištěno, že se do okolí přenese co nejméně tepelné energie.
Pokud je naopak ohřívání tělesné teploty nežádoucí, pak by hodnota konečné teploty systému měla být malá. K tomuto účelu jsou vytvořeny podmínky, které usnadňují odvod tepelné energie z těla (velká styčná plocha těla s okolím, nucená ventilace).
Tepelná energie generovaná v elektrických vodičích omezuje množství proudu, který je v těchto vodičích povolen. Maximální přípustná teplota drátu je dána tepelným odporem jeho izolace. Pro tento účel, abyste zajistili přenos určitého specifického elektrického výkonu, byste měli zvolit co nejmenší proudovou hodnotu a odpovídající velkou hodnotu napětí. Za těchto podmínek se sníží náklady na materiál drátu. Je tedy ekonomicky proveditelné přenášet elektrickou energii při vysokém výkonu při vysokém napětí.
Přeměna tepelné energie na elektrickou energii
Tepelná energie se přímo přeměňuje na elektrickou energii v tzv. termoelektrických měničích. Termočlánek termoelektrického měniče se skládá ze dvou kovových vodičů vyrobených z různých materiálů (například mědi a konstantanu) a připájených k sobě na jednom konci.
Při určitém teplotním rozdílu mezi spojovacím bodem a dalšími dvěma konci obou vodičů vzniká emf, které je, k prvnímu přiblížení, přímo úměrné tomuto teplotnímu rozdílu. Toto termoemf, rovné několika milivoltům, lze zaznamenat pomocí vysoce citlivých voltmetrů. Pokud je voltmetr kalibrován ve stupních Celsia, pak spolu s termoelektrickým převodníkem lze výsledné zařízení použít k přímému měření teploty.
Konverzní výkon je nízký, takže takové měniče se prakticky nepoužívají jako zdroje elektrické energie. V závislosti na tom, jaké materiály jsou použity k výrobě termočlánku, pracuje v různých teplotních rozsazích. Pro srovnání můžeme uvést některé charakteristiky různých termočlánků: měděno-konstantní termočlánek je použitelný do 600 °C, EMF je přibližně 4 mV při 100 °C; Železo-konstantní termočlánek je použitelný do 800 °C, EMF přibližně 5 mV na 100 °C.
Příklad praktického využití přeměny tepelné energie na elektrickou energii – Termoelektrické generátory
Elektrická a světelná energie
Světlo je z hlediska fyziky elektromagnetické záření, které odpovídá určité části spektra elektromagnetického vlnění a které lidské oko dokáže vnímat. Spektrum elektromagnetických vln dále zahrnuje rádiové vlny, tepelné a rentgenové záření. Viz – Základní světelné veličiny a jejich vztahy
Světelné záření lze produkovat pomocí elektrické energie v důsledku tepelného záření a výboje plynu. Tepelné (teplotní) záření vzniká v důsledku zahřívání pevných nebo kapalných těles, která vlivem zahřívání vyzařují elektromagnetické vlny o různých vlnových délkách. Rozložení intenzity tepelného záření závisí na teplotě.
S rostoucí teplotou se maximální intenzita záření posouvá směrem k elektromagnetickým oscilacím s kratší vlnovou délkou. Při teplotě přibližně 6500 K nastává maximální intenzita záření na vlnové délce 0,55 μm, tedy na vlnové délce, která odpovídá maximální citlivosti lidského oka. Pro potřeby osvětlení však žádné pevné těleso samozřejmě nelze na takovou teplotu zahřát.
Wolfram snese nejvyšší teploty ohřevu. Ve vakuových skleněných válcích se může zahřát na teplotu 2100 °C a při vyšších teplotách se začne vypařovat. Proces odpařování lze zpomalit přidáním určitých plynů (dusík, krypton), čímž je možné zvýšit teplotu vlákna na 3000 °C.
Pro snížení ztrát v žárovkách v důsledku konvekce je vlákno vyrobeno ve formě jednoduché nebo dvojité spirály. I přes tato opatření je však světelná účinnost u žárovek 20 lm/W, což je stále velmi daleko od teoreticky dosažitelného optima. Zdroje tepelného záření mají velmi nízkou účinnost, protože se v nich většina elektrické energie přeměňuje na tepelnou energii, nikoli na světlo.
Ve světelných zdrojích s plynovými výboji se elektrony srážejí s atomy plynu nebo molekulami a tím je indukují, aby emitovaly elektromagnetické oscilace se specifickou vlnovou délkou. Celý objem plynu se účastní procesu vyzařování elektromagnetických vln a obecně řečeno spektrální čáry takového záření neleží vždy v oblasti viditelného světla. V současné době jsou v osvětlení nejrozšířenější LED světelné zdroje. Viz – Výběr světelných zdrojů pro průmyslové prostory.
Přeměna světelné energie na elektrickou energii
Světelná energie se může transformovat na elektrickou energii a tento přechod je z fyzikálního hlediska možný dvěma různými způsoby. Tato přeměna energie může být výsledkem fotoelektrického jevu (fotoelektrický jev). Pro realizaci fotoelektrického jevu se používají fototranzistory, fotodiody a fotorezistory.
Na rozhraní některých polovodičů (germanium, křemík atd.) a kovů vzniká hraniční zóna, ve které si atomy obou kontaktujících materiálů vyměňují elektrony. Při dopadu světla na hraniční zónu je v ní narušena elektrická rovnováha, což má za následek emf, pod jehož vlivem vzniká elektrický proud ve vnějším uzavřeném obvodu. Emf a tedy i hodnota proudu závisí na dopadajícím světelném toku a vlnové délce záření.
Některé polovodičové materiály se používají jako fotorezistory. Vlivem světla na fotorezistor se v něm zvyšuje počet volných nosičů elektrického náboje, což způsobuje změnu jeho elektrického odporu. Pokud připojíte fotorezistor k elektrickému obvodu, bude proud v tomto obvodu záviset na energii světla dopadajícího na fotorezistor.
Chemická a elektrická energie
Vodné roztoky kyselin, zásad a solí (elektrolytů) vedou elektrický proud v různé míře, což je způsobeno jevem elektrické disociace látek. Některé z molekul rozpuštěné látky (velikost této části určuje stupeň disociace) jsou v roztoku přítomny ve formě iontů.
Pokud jsou v roztoku dvě elektrody, na které je aplikován rozdíl potenciálů, pak se ionty budou pohybovat, přičemž kladně nabité ionty (kationty) se pohybují směrem ke katodě a záporně nabité ionty (anionty) směrem k anodě.
Jakmile ionty dosáhnou příslušné elektrody, získají elektrony, které jim chybí, nebo se naopak vzdají těch nadbytečných a v důsledku toho se stanou elektricky neutrálními. Hmotnost materiálu naneseného na elektrody je přímo úměrná přenesenému náboji (Faradayův zákon).
V hraniční zóně mezi elektrodou a elektrolytem působí elasticita rozpouštění kovu a osmotický tlak proti sobě. (Osmotický tlak způsobuje vysrážení kovových iontů z elektrolytů na elektrodách. Tento chemický proces sám o sobě způsobuje vznik rozdílu potenciálů.)
Přeměna elektrické energie na chemickou energii
Aby bylo dosaženo usazování látky na elektrodách v důsledku pohybu iontů, je nutné vynaložit elektrickou energii. Tento proces se nazývá elektrolýza. Tento přechod elektrické energie na energii chemickou se využívá v elektrometalurgii k získání kovů (měď, hliník, zinek atd.) v chemicky čisté formě.
Při galvanickém pokovování jsou aktivně oxidující kovy potaženy pasivními kovy (zlacení, chromování, niklování atd.). Při galvanizaci se zhotovují trojrozměrné otisky (klišé) různých těles, a pokud je takové těleso vyrobeno z nevodivého materiálu, tak se před zhotovením potisku musí pokrýt vrstvou, která vede elektrický proud.
Přeměna chemické energie na elektrickou energii
Pokud jsou dvě elektrody vyrobené z různých kovů ponořeny do elektrolytu, vznikne mezi nimi rozdíl potenciálů v důsledku rozdílu v elasticitě rozpouštění těchto kovů. Pokud je mezi elektrody vně elektrolytu zapojen přijímač elektrické energie, například odpor, pak ve výsledném elektrickém obvodu poteče proud. Takto jsou navrženy galvanické články (primární články).
První měděno-zinkový galvanický článek vynalezl Volta. Tyto prvky přeměňují chemickou energii na elektrickou energii. Činnost galvanických článků může být narušena jevem polarizace vyplývajícím z ukládání látky na elektrodách.
Všechny galvanické články mají tu nevýhodu, že se v nich chemická energie nevratně přeměňuje na energii elektrickou, to znamená, že galvanické články nelze znovu nabíjet. Baterie tuto nevýhodu nemají.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
