Elektrische Energie ist die Bewegung von Elektronen. Wir definieren elektrische Energie oder Elektrizität als die Form von Energie, 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. Viele der mit Elektrizität verbundenen Phänomene können mit großer Präzision gemessen und vorberechnet werden.
Eigenschaften der elektrischen Energie
Typischerweise bewegen sich diese negativen elektrischen Ladungen (Elektronen) durch den elektrischen Leiter. Normalerweise besteht der Leiter aus einem 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.
Im Allgemeinen hat ein Atom eine neutrale Ladung. Dies bedeutet, dass es die gleiche Anzahl positiver Ladungen (Protonen) wie negative Ladungen (Neutronen) hat. Einige Atome haben jedoch eine elektrische Ladung: Sie sind Ionen.
Arten von Strom
Abhängig von der Bewegung der Ladungen gibt es zwei Arten von Strömen in einem Stromkreis.
DC. Elektrische Ladungen bewegen sich linear durch den elektrischen Leiter.
Wechselstrom. Die Elektronen vibrieren und erzeugen Wellen.
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 in der Praxis kann man eine solche Energiemenge nicht speichern und kontrollieren.
Kraftwerke können Strom aus verschiedenen Quellen erzeugen. Die verschiedenen Pflanzentypen hängen von der verwendeten Energiequelle ab.
Diese Quellen können klassifiziert werden in:
Erneuerbaren Energiequellen.
Nicht erneuerbare Energiequellen.
Erneuerbaren Energiequellen
Erneuerbare Formen von Elektrizität sind solche, die Arten von Energie verbrauchen, bei denen kein Kraftstoff verwendet wird oder der Kraftstoff unerschöpflich ist. Einige Beispiele für erneuerbare Energien sind:
Photovoltaik Solarenergie. Photovoltaik-Module wandeln Lichtenergie in Elektrizität um.
Windkraft. Windparks nutzen die Kraft des Windes. Sie wandeln es in mechanische Energie und später in Elektrizität um.
Wasserkraft. Wasserkraftwerke wandeln potenzielle Energie aus Wasser durch ein Turbinensystem in Strom um.
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:
Die Kernenergie. Kernkraftwerke benötigen Uran. 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.
Wie funktionieren Elektrizitätswerke?
Strom wird als sekundäre Energiequelle betrachtet. Aus diesem Grund muss es durch Umwandlung einer Primärenergiequelle erzeugt werden. Während des Umwandlungsprozesses wird die Leistung, immer weniger als 100%, in den Stromerzeugungsanlagen erzeugt.
In allen Anlagen zur Erzeugung elektrischer Energie, mit Ausnahme von Photovoltaik-Solaranlagen, werden drei Elemente zur Stromerzeugung benötigt:
Eine Turbine. Dies kann eine Hydraulikturbine oder eine Dampfturbine sein, wie sie üblicherweise in Kernkraftwerken eingesetzt 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, stattdessen ist Wasserdampf in Wärmekraftwerken, Geothermiekraftwerken, Kernspaltungen und Solarthermiekraftwerken typischer
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:
Wasserverfügbarkeit.
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. Übertragungs- und Verteilungsnetze werden zur Stromversorgung in großem Umfang eingesetzt.
Zusammenfassung
Elektrische Energie ist die Bewegung elektrischer Ladungen durch einen elektrischen Leiter. Je nachdem, wie es sich bewegt, kann es sich um Wechselstrom oder Gleichstrom handeln.
Zur Stromerzeugung gibt es verschiedene Arten von Kraftwerken. Abhängig von der Herkunft der von ihnen verwendeten Energiequellen können sie erneuerbare oder nicht erneuerbare Energien sein.
