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Elektrische Verbindungen

Elektrische Leistung

Elektrische Leistung

Im Allgemeinen definieren wir elektrische Energie oder Elektrizität als die Form von Energie, die sich aus der Existenz einer Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten ergibt. Wenn diese beiden Punkte von einem elektrischen Leiter berührt werden, erhalten wir elektrischen Strom.

In der Physik ist die elektrische potentielle Energie, auch elektrostatische potentielle Energie genannt, die potentielle Energie des elektrostatischen Feldes. Dies ist eine Energie, die eine elektrische Ladungsverteilung aufweist und an die Kraft gebunden ist, die durch das von der Verteilung selbst erzeugte Feld ausgeübt wird. Die elektrische potentielle Energie bildet zusammen mit der magnetischen Energie die Energie des elektromagnetischen Feldes.

Die elektrostatische potentielle Energie kann als die Arbeit definiert werden, die zur Erzeugung einer Ladungsverteilung aus einer anfänglichen Konfiguration geleistet wird, in der jede Komponente der Verteilung nicht mit den anderen interagiert. Bei einem diskreten Ladungssystem fällt dies beispielsweise mit der Arbeit zusammen, die ausgeführt wird, um einzelne Ladungen von einer Position, an der sie kein elektrisches Potential haben, zu ihrer endgültigen Entsorgung zu bringen. Die elektrostatische potentielle Energie kann auch aus dem elektrostatischen Feld bestimmt werden, das durch die Verteilung selbst erzeugt wird, und in diesem Fall ist sein Ausdruck unabhängig von der Quelle des Feldes.

Dies ist ein Betrag, der negativ oder positiv sein kann, abhängig davon, ob die für die angenommene Konfiguration geleistete Arbeit positiv oder negativ ist. Zwei interaktive Ladungen desselben Vorzeichens haben eine positive Energie, da die zur Annäherung geleistete Arbeit ihre Abstoßung überwinden muss, während aus demselben Grund zwei Ladungen des entgegengesetzten Vorzeichens eine negative Energie haben.

Physikalische Aspekte elektrischer Energie

Aus physikalischer Sicht handelt es sich bei elektrischer Energie um negative elektrische Ladungen (Elektronen), die sich aufgrund der Potentialdifferenz zwischen ihren Enden durch den üblicherweise metallischen elektrischen Leiter bewegen. Der Grund, warum üblicherweise Leiter metallischen Ursprungs verwendet werden, liegt darin, dass sie mehr freie Elektronen haben.

Die elektrischen Ladungen, die durch den Leiter wandern, sind Teil der Atome der eigenen Substanzen des Leiters.

In der Physik wird das Potential elektrischer Energie auch als elektrostatische potentielle Energie bezeichnet.

Auf einem etwas technischeren Niveau der Physik ist das Potential für elektrische Energie die potentielle Energie des elektrostatischen Feldes. Es ist die Energie, die eine elektrische Ladungsverteilung hat, die mit der Kraft verbunden ist, die durch das erzeugte Feld derselben Verteilung ausgeübt wird. Das elektrische Energiepotential ist zusammen mit der magnetischen Energie die elektromagnetische Felderergie.

Die elektrostatische potentielle Energie kann als die Arbeit definiert werden, die ausgeführt wird, um eine Ladungsverteilung aus einer anfänglichen Konfiguration zu erzeugen, in der jede Komponente der Verteilung nicht mit der anderen interagiert. Die elektrostatische potentielle Energie kann auch aus dem elektrostatischen Feld definiert werden, das aus derselben Verteilung erzeugt wird, und in diesem Fall ist sein Ausdruck unabhängig von der Quelle des Feldes.

Es ist ein magintud, das negativ oder positiv sein kann, abhängig davon, ob die geleistete Arbeit so ist, dass sie in der angenommenen Konfiguration positiv oder negativ ist. Zwei Ladungen, die im selben Vorzeichen interagieren, haben eine positive Energie, da die Arbeit, die sie näher bringt, ihre Abstoßung überwinden muss. Aus dem gleichen Grund haben zwei entgegengesetzte Ladungen negative Energie.

Stromerzeugung

Elektrizität ist in der Natur kaum frei und nutzbar zu finden. Es kann bei Gewittern beobachtet werden, aber die Schwierigkeit, diese Energiemenge zu speichern und zu kontrollieren, macht sie praktisch unbrauchbar.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Strom zu erzeugen, die wir als erneuerbar oder nicht erneuerbar einstufen können. Bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen wird kein Brennstoff verwendet oder der Brennstoff ist unerschöpflich (Sonnenenergie, Windenergie, Wasserkraft, Geothermie usw.). Auf der anderen Seite erfordert die Erzeugung von nicht erneuerbarem Strom einen Brennstoff, der jedoch häufig zur Neige geht, wie Kernenergie, Wärmeenergie (Kohle, Öl, Gas ...) usw.

Verwendung elektrischer Energie

Züge fahren mit StromElektrische Energie kann in viele andere Arten von Energie umgewandelt werden, beispielsweise in mechanische Energie (Elektromotoren, Maschinen ...), thermische Energie (Heizgeräte, Öfen ...) oder Lichtenergie (Licht). Der große Vorteil der elektrischen Energie ist der einfache Transport.

Der Einsatz von Elektrizität ist in der modernen Gesellschaft weit verbreitet und der Strom durch den Anschluss an das Stromnetz oder durch Batterien oder Akkumulatoren. Denken Sie nur an den Einsatz von Beleuchtung in öffentlichen und privaten Gebäuden und auf Straßen die Leistung von Geräten und Anlagen sowie in industriellen Produktionsprozessen oder in elektrischen Maschinen wie Elektromotoren.

Daher hat die Entdeckung der elektrischen Energie eine sehr starke echte technologische, wirtschaftliche und soziale Revolution dargestellt. Seine Verwendung hat aufgrund seiner Vorteile im Vergleich zu mechanischer Energie, die von thermischen Motoren (Verbrennungsmotoren) erzeugt wird, einen starken und irreversiblen Bedarf verursacht. Dazu gehörten die Möglichkeit des Ferntransports, das geringe Betriebsgeräusch elektrischer Geräte, die Abwesenheit von Abgasen am Einsatzort und der geringste Platzbedarf einer elektrischen Maschine.

Zu den Nachteilen zählt nur die Tatsache, keine Primärquelle zu sein. Die Nutzung elektrischer Energie erfordert eine Umwandlungsinfrastruktur, die zwangsläufig zu Effizienzverlusten beim Umwandlungsprozess führt und dem Transport entlang der Stromleitungen vorgelagert ist.

Elektrische Kraftwerke

Strom ist mit Ausnahme des atmosphärischen Blitzstroms und des schwach negativen Potentials der Erde keine Primärenergiequelle der Erde und muss daher durch Umwandlung einer Primärenergiequelle erzeugt werden. Auf diese Weise wird elektrische Energie als sekundäre Energiequelle betrachtet. Beim Umwandlungsprozess wird in den Kraftwerken immer eine Ausbeute von weniger als 100% erzielt.

Türme für den Transport elektrischer EnergieIn allen Anlagen zur Erzeugung elektrischer Energie, mit Ausnahme der Photovoltaik-Solarenergie, werden drei Elemente zur Stromerzeugung benötigt:

  • Turbine Das kann eine hydraulische Turbine oder eine Dampfturbine sein, wie sie üblicherweise in Kernkraftwerken eingesetzt werden.
  • Lichtmaschine
  • Transformator

Ein weiteres wichtiges Element zur Stromerzeugung ist Wasser in flüssiger Form (wie in Wasserkraftwerken) oder in Form von Hochdruckdampf (in Wärmekraftwerken, Geothermiekraftwerken, in Kernspaltung und in solarthermischen Kraftwerken). um die Turbinen zu drehen, um  mittels des Wechselstromgenerators einen möglichst konstanten Wechselstrom zu erzeugen  .

Die Verwendung von Wasser wirft die folgenden Probleme auf, die sich aus dem Erhitzen ergeben:

  • Wasserverfügbarkeit
  • Wenn Thermalwasserverschmutzung nicht rückgewonnen wird, wird sie in Form von Wasserdampf in der Atmosphäre verteilt oder in Seen, Flüsse und Meere zurückgeführt.

Bei Windkraftanlagen wird kein Wasser benötigt, da die Turbinen durch die Kraft des Windes angetrieben werden.

Transport und Verteilung elektrischer Energie

Sobald die Stromerzeugung abgeschlossen ist, muss sie in großem Umfang transportiert werden. Der großflächige Transport und die Verteilung des von den Anlagen erzeugten Stroms an die Endverbraucher erfolgt über das Übertragungsnetz und das Verteilungsnetz.

Joules Gesetz

Joules Gesetz besteht in Wirklichkeit aus zwei verschiedenen Gesetzen, die die durch den elektrischen Strom erzeugte Wärme und die Abhängigkeit der inneren Energie eines idealen Gases von Druck, Volumen und Temperatur in Beziehung setzen.

Joules erstes Gesetz (auch als Joule-Effekt bekannt) ist ein physikalisches Gesetz, das die Beziehung zwischen dem elektrischen Strom, der durch einen Leiter fließt, und der von ihm erzeugten Wärme festlegt. Der Name ist James Prescott Joule gewidmet, der in den 1840er Jahren an diesem Konzept arbeitete und es folgendermaßen ausdrückt:

Q = I 2 · R · t

In der Formel Q ist es die vom Konstantstrom I erzeugte Wärme, die über einen Leiter t mit dem Widerstand R über die Zeit fließt. Wenn der Strom (gemessen in Ampere), der Widerstand (gemessen in Ohm) und die Zeit (gemessen in Sekunden), ist die Einheit von Q Joule.

Joules erstes Gesetz wird manchmal auch als Joule-Lenz-Gesetz bezeichnet, da er später von Heinrich Lenz als unabhängig befunden wurde.

Joules zweiter Hauptsatz besagt, dass die innere Energie eines idealen Gases unabhängig von seinem Volumen und Druck ausschließlich von seiner Temperatur abhängt.

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Geändert am: 25. November 2016

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