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Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Elektrische Energie

Elektrische Energie

Elektrische Energie ist die Bewegung von Elektronen. Im Allgemeinen definieren wir elektrische Energie oder Elektrizität als die Energieform, die sich aus der Existenz einer Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten ergibt. Wenn diese beiden Punkte durch einen elektrischen Leiter in Kontakt gebracht werden, erhalten wir einen elektrischen Strom.

Elektrizität hat viele  technische Anwendungen.  In der Elektrotechnik wird die Theorie der Elektrizität weiter erforscht und weiterentwickelt. Im Gegensatz zu vielen anderen physikalischen Phänomenen können viele der mit Elektrizität verbundenen Phänomene mit großer Präzision gemessen und vorberechnet werden.

Was ist elektrische potentielle Energie?

In der Physik ist  elektrische potentielle Energie  die potentielle Energie des elektrostatischen Feldes. Elektrische potentielle Energie wird auch als elektrostatische potentielle Energie bezeichnet. Dies ist eine Energie, die eine elektrische Ladungsverteilung aufweist und mit der Kraft verbunden ist, die von dem von der Verteilung selbst erzeugten Feld ausgeübt wird. Elektrische potentielle Energie bildet neben magnetischer Energie die  Energie des elektromagnetischen Feldes .

Elektrostatische potentielle Energie kann  als  die Arbeit definiert werden, die ausgeführt wird, um eine Ladungsverteilung aus einer Anfangskonfiguration zu erzeugen, in der jede Komponente der Verteilung nicht mit den anderen interagiert.

Zum Beispiel entspricht es für ein diskretes Ladesystem der Arbeit, 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 durch die Verteilung selbst erzeugten elektrostatischen Feld definiert werden, und in diesem Fall ist sein Ausdruck unabhängig von der Feldquelle.

Dies ist ein Betrag, der negativ oder positiv sein kann, je nachdem, ob die Arbeit, die ausgeführt wird, um ihn in die angenommene Konfiguration zu bringen, positiv oder negativ ist. Zwei interaktive Ladungen desselben Zeichens haben positive Energie, da die Arbeit, die geleistet wird, um sie näher zusammenzubringen, ihre Abstoßung überwinden muss, während aus demselben Grund zwei Ladungen des entgegengesetzten Zeichens negative Energie haben.

Was sind die Eigenschaften von elektrischer Energie?

Elektrische Energie sind  negative elektrische Ladungen  (Elektronen), die  sich  aufgrund der Potentialdifferenz zwischen ihren Enden durch den elektrischen Leiter bewegen . Normalerweise besteht der Leiter aus einem metallischen Metallmaterial, da sie eine größere Menge an freien Elektronen aufweisen.

Die elektrischen Ladungen, die sich durch den Leiter bewegen, sind Teil der Atome der Substanzen im Leiter selbst.

Strom ist ein  natürliches Phänomen , genau wie Feuer. Am bekanntesten ist das Auftreten eines  Blitzes in einem Sturm , der durch einen möglichen Unterschied in der Atmosphäre verursacht wird. Einige Fische, wie elektrische Aale, können auch Strom erzeugen. Darüber hinaus arbeitet das tierische und menschliche Nervensystem mit elektrischen Signalen.

Wie wird elektrische Energie erzeugt?

Elektrischer Strom kann in der Natur einfach nicht frei gefunden werden, so dass er genutzt werden kann. Es kann bei Gewittern beobachtet werden, aber die Schwierigkeit, eine solche Energiemenge zu speichern und zu steuern, macht sie praktisch unbrauchbar.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, elektrische Energie zu erzeugen, in die wir klassifizieren können:

  • Erneuerbare Energiequellen.
  • Nicht erneuerbare Energiequellen.

Erneuerbare Energiequellen

Die Möglichkeiten zur Erzeugung erneuerbarer elektrischer Energie sind solche, bei denen kein Kraftstoff verwendet wird oder der Kraftstoff unerschöpflich ist. Einige Beispiele für erneuerbare Energien sind:

  • Photovoltaische Solarenergie, die Sonnenstrahlung in Elektrizität umwandelt.
  • Windenergie, die die Kraft des Windes nutzt
  • Wasserkraft, die sich umwandelt, gibt über ein Turbinensystem potenzielle Energie von Wasser an Elektrizität ab.
  • Geothermie, die von der Wärme im Erdinneren profitiert.

Nicht erneuerbare Energiequellen

Die Art und Weise, nicht erneuerbare elektrische Energie zu erzeugen, erfordert einen Brennstoff, der, so reichlich er auch ist, tendenziell zur Neige geht. Einige Beispiele für nicht erneuerbare sind:

  • Kernenergie, da wir nicht mehr Uran erzeugen können, als in Uranminen abgebaut werden kann.
  • Wärmeenergie, die den Brennwert fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas nutzt.

Was ist ein Kraftwerk?

Ein Kraftwerk ist eine Reihe von Einrichtungen, Ausrüstungen und Geräten, die direkt zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden, sowie die erforderlichen Einrichtungen und Gebäude in einem bestimmten Gebiet. Der Zweck eines Kraftwerks besteht darin, etwas Primärenergie in elektrische Energie umzuwandeln, die eine Form von Sekundärenergie ist.

Es gibt viele Arten von Kraftwerken, die sowohl mit erneuerbarer als auch mit nicht erneuerbarer Energie betrieben werden können. Kernkraftwerke sind beispielsweise eine Art Kraftwerk.

Warum ist elektrische Energie wichtig?

Elektrische EnergieElektrische Energie kann in viele andere Arten von Energie umgewandelt werden, wie zum Beispiel:

  • mechanische Energie (Elektromotoren, Maschinen ...)
  • Wärmeenergie (Heizungen, Öfen ...)
  • Lichtenergie (Licht).

Der große Vorteil, den elektrische Energie uns bietet, ist der einfache Transport.

Die  Verwendung von Elektrizität  ist in der modernen Gesellschaft sehr verbreitet und wird durch den Anschluss an das Stromnetz oder durch Batterien oder Akkumulatoren genutzt. Einige Beispiele für seine Verwendung finden sich täglich:

  • Gebäudebeleuchtung (öffentlich und privat)
  • Straßenbeleuchtung.
  • Transport (elektrische Züge und Elektrofahrzeuge)
  • Haushaltsgeräte.
  • Industriemaschinen und in industriellen Produktionsprozessen.
  • Elektrische Maschinen.
  • Elektromotoren.

Daher hat die Entdeckung der elektrischen Energie eine  sehr starke reale technologische, wirtschaftliche und soziale Entwicklung 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.

Welche Vor- und Nachteile hat elektrische Energie?

Einige der  Vorteile  elektrischer Energie im Vergleich zu anderen Energiequellen sind:

  • Die Tatsache, über eine Distanz transportiert werden zu können
  • Geringes Betriebsgeräusch elektrischer Geräte
  • Das Fehlen von Abgasen am Einsatzort und der geringste Platzbedarf einer elektrischen Maschine. Dies ermöglicht die Reduzierung des Vorhandenseins von Treibhausgasen in der Atmosphäre.

Zu den  Nachteilen  gehören:

  • Die Tatsache, keine primäre Quelle zu sein.
  • Die Nutzung elektrischer Energie impliziert die Notwendigkeit einer Umwandlungsinfrastruktur, die zwangsläufig zu einem Effizienzverlust beim Umwandlungsprozess und beim vorgelagerten Transport entlang von Stromleitungen führt.

Wie funktionieren Elektrizitätswerke?

Strom wird als  sekundäre Energiequelle betrachtet . Aus diesem Grund muss es durch Umwandlung einer Primärenergiequelle erzeugt werden. Während des Umwandlungsprozesses tritt der Ertrag, immer weniger als 100%, in Kraftwerken auf.

Elektrische Energie

In allen Stromerzeugungsanlagen mit Ausnahme von Photovoltaik-Solaranlagen werden drei Elemente zur Stromerzeugung benötigt:

  • Eine  Turbine . Dies kann eine Hydraulikturbine oder eine Dampfturbine sein, die normalerweise in Kernkraftwerken verwendet wird.
  • Eine  Lichtmaschine  zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie.
  • Ein  Transformator  zum Modulieren des erhaltenen elektrischen Stroms auf einen Wechselstrom mit der gewünschten Potentialdifferenz.

Bedeutung von Wasser für Elektrizität

Ein weiteres wichtiges Element zur Stromerzeugung ist Wasser in  flüssiger Form oder in Form von  Hochdruckdampf. Flüssiges Wasser wird wie in Wasserkraftwerken verwendet, Wasserdampf ist dagegen in Wärmekraftwerken, Geothermiekraftwerken, Kernspaltungen und Solarthermiekraftwerken besser geeignet

In beiden Fällen besteht das Ziel des Wassers darin, die Turbinen so zu drehen   , dass mit Hilfe der Lichtmaschine möglichst konstant Wechselstrom erzeugt wird.

Die Verwendung von Wasser weist die folgenden  Probleme auf, die  sich aus der Notwendigkeit ergeben, es zu erhitzen:

  • Verfügbarkeit von Wasser.
  • Die thermische Verschmutzung des Wassers wird, wenn sie nicht zurückgewonnen wird, in Form von Wasserdampf in der Atmosphäre verteilt oder in Seen, Flüsse und das Meer 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 Endnutzer erfolgt über das Übertragungsnetz und das Verteilungsnetz.

Warum ist Joules Gesetz wichtig?

Das erste Joule-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 herstellt .

Tatsächlich handelt es sich um zwei verschiedene Gesetze, die die durch den elektrischen Strom erzeugte Wärme und die Abhängigkeit der inneren Energie eines idealen Gases von seinem Druck, Volumen und seiner Temperatur in Beziehung setzen.

Der Name ist James Prescott Joule gewidmet, der in den 1840er Jahren an diesem Konzept gearbeitet hat. Er wird wie folgt ausgedrückt:

Q = I 2 · R · t

In der Formel Q ist die Wärme angegeben, die durch den konstanten Strom I erzeugt wird, der 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) die Einheit von Q Joule sind.

Das erste Joule-Gesetz wird manchmal auch als  Joule-Lenz-Gesetz bezeichnet , da es später von Heinrich Lenz als unabhängig befunden wurde.

Joules zweites Gesetz 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: 1. April 2020