Az elektromos energiatermelés története
Bevezetés • Az elektromosság szó a görög elektron szóból ered (jelentése: gyanta). Általános fizikai fogalom arra a jelenségre utal, amelynek során elektromos töltések jelenlétéről, mozgásáról, hatásairól van szó. • Megnyilvánulási formái: • mint a villámlás, az elektromos tér kialakulása, • az elektromos áram; • valamint számtalan ipari alkalmazás használ elektromosságot, amit villamos erőművek állítanak elő.
Általános fogalmak • Elektromos áram: elektromosan töltött részecskék áramlása • Elektromos energia:elektromosan vezető anyagban az elektromos töltések áramlásának energiája • Elektromos teljesítmény: más energiaformákból (például: vízi, hő- stb.) átalakítással kapott elektromos energia munkavégző képessége. • Elektromos töltés: Atomon belüli részecskék olyan alapvető tulajdonsága, amely meghatározza az elektromágneses kölcsönhatásaikat. • Atomerőmű: Az erőművekben elektromos energiát valamilyen más energiából állítanak elő. Az energia forrása többek között lehet: szén, olaj, víz, szél, hő, árapály, napenergia, atomenergia.
Történelem • Már az ókori görögök is ismerték a statikus elektromosság jelenségét, ami állati szőrme és más tárgyak összedörzsölésekor állt elő. • Benjamin Franklin » Sárkányreptető kísérlete elektromos töltést vizsgálta volna, azonban ez csak anekdota maradt » Kísérlet lényege: a megdörzsölt állati szőrme által keltett szikrázás és a villámlás kisülése ugyanannak a dolognak két különböző megnyilvánulási formája » Ezek a vizsgálatok hatottak a kor tudósaira
• E tudósok között voltak: • • • • • •
Luigi Galvani (1737–1798) Alessandro Volta (1745-1827) Michael Faraday (1791–1867) Gaston Planté Emile Alphonse Faure Jedlik Ányos
• A késői 19. század és a 20. század eleje : • • • • • •
Nikola Tesla Samuel Morse Antonio Meucci Thomas Edison George Westinghouse Werner von Siemens
XVIII-XIX. SZÁZAD
Luigi Galvani (1737–1798) és Alessandro Volta (1745-1827) A galvánelem • Nevezték egyfajta állati elektromosságnak is • Majd Galvani közzé tette megfigyeléseit • A jelenség:csak akkor megy végbe, ha 2 különböző fémmel érintkezik a békacomb • A. Volta 1799-ben találta fel a galvánelemet (Addig csak dörzs-elektromos géppel tudtak áramot fejleszteni, de ez az áram rendkívül gyenge volt.) • Tehát Volta megépítette az első egyenáramú áramforrást
Legelső galvánelem • egy cink, egy ezüst korongból, sós vízzel átitatott papír lapból áll • elektrolitba merülő két különböző anyagból-általában fémbőlkészült elektródból áll. • a két elektródfolyamat az elektródokat összekötő vezetékben elektromos áramot tart fenn. • a galvánelem addig tart, amíg a bennük felhalmozott anyag el nem fogy • lehetővé tette az iparban a galvanizálást ( pl. króm csillogó bevonat készítése) • a krómozást az autóipar és háztartási gépek gyártói is szívesen alkalmazták, és a keménykrómozás jelentősen javította a gépelemek kopásállóságát. • FONTOS TUDNI! • a hosszú idejű folyamatos áramtermelés elpusztítja az elem burkolatát • használt elemeket nem szabad bedobni a szemetesbe
Gaston Planté – Ólomakkumulátor • A savas ólomakkumulátorok története másfél évszázadra nyúlik vissza. • 1859. az ólomakkumulátor éve • Az általa feltalált technológiát alkalmazzák ma is: • a gépjárművekben, • szünetmentes tápegységekben • a biztonságtechnikában is felhasználásra kerülő akkumulátoroknál
• Emile Alphonse Faure » 1880-ban megalkotta azt a változatot, ami már ipari célokra alkalmas teljesítményre volt képes és ezzel jelentős lökést adott az akkumulátorok gépjárművekben történő tényleges alkalmazásához.
• Otto Jache » A zárt zselés akkumulátor szabadalmát nyújtotta be 1957-ben
Jedlik Ányos- Az öngerjesztés elve • Nevéhez fűződik az ún. dinamó-villamos elv felfedezése • A dinamó elvét már 1856-ban lefektette • 1859-ben működött egy egysarki villanyindítódinamó elvét használva • Okmányszerűen bizonyítható, hogy Jedlik a dinamóelvet Werner Siemens és Sir Charles Wheatstone előtt legalább hat évvel felismerte
Öngerjesztés elve: • Minden korábban mágneses hatás alá került vastestben valamekkora visszamaradó (remanens) mágneses tér van jelen. • Ha a gyenge mágneses térben egy vezetőt mozgatunk, és az elmozdulásnak van az erővonalakra merőleges komponense, a vezetőben feszültség indukálódik. • Ha ezt a vezetőben létrejövő feszültséget a vastest körüli tekercsre kapcsoljuk, növelni tudjuk a vastestben az erővonalak számát. • A nagyobb erővonal sűrűség között mozgatott vezetőben már nagyobb feszültség indukálódik, és így nagyobb áram folyik, ami aztán ismét a vastest erővonalainak a számát növeli. • Az öngerjesztés addig növekedhet, amíg a vastest mágnesesen telítetté nem válik; vagy addig, amíg a visszavezetett gerjesztő áramot nem korlátozzák valamilyen szabályzóval.
• Thomas Edison • • • •
1879. szénszálas izzólámpa 1882. világ első villanytelepe 1899. mozgóképvetítőt készített tökéletesítette a lúgos nikkel-vas (NiFe) akkumulátort
• Nikola Tesla • Tesla volt az első, aki az elektromos rezonancia jelenségét a gyakorlatban is megvalósította és felhasználta. • Tesla-transzformátor
Bláthy, Déry és Zipernowsky által tervezett transzformátor (1885.) • A transzformátor:egy villamos gép, nyugvó szerkezet, amely váltakozó áramú villamos teljesítménynek feszültségét és áramerősséget alakítja át. • Bláthy és Déry 1885. január 2-án bejelentették szabadalmukat • majd egy hónap múlva megjelentették a transzformátort
Elvi felépítése és működése: • • • • • •
Legegyszerűbb esetben két tekercs (primer és szekunder) helyezkedik el a közös, többnyire zárt vasmagon. A primer tekercs huzaljában folyó áram mágneses erővonalakat hoz létre, ezek a mágneses erővonalak a tekercs belsejében összegződve hozzák létre a mágneses fluxust Ha a szekunder kapcsok egy terheléssel zárt áramkört képeznek, a körben áram folyik. változó mágneses fluxust jön létre, ami a szekunder áramkörben feszültséget okoz A szekunder oldalra villamos terhelést kapcsolva megindul a szekunder áram, és ezzel valósul meg az energiaátvitel. A működés alapfeltétele a primer oldali váltakozó áramú táplálás, mivel csak a változó mágneses fluxus képes a szekunder oldalon feszültséget kelteni.
Alkalmazása: • •
a nagy teljesítményű (erőátviteli) villamos hálózatokban használják a feszültségszint, és ezzel az áramszint megváltoztatására. Fontos! Lehetővé válik a villamos energia nagy távolságokra történő gazdaságos továbbítása.
XX. SZÁZADA
• A 20. században az ipar, a hírközlés, az elektronika ugrásszerű fejlődése következett • nélkülözhetetlenné vált az elektromos energia • ennek ma előnyeit élvezzük • azonban jövőt veszélyeztető következményei vannak • • A fogyasztók igényelte legfontosabb energiafajták. • mechanikai -, • hő-, • fény-, • vegyi- és • atomenergia
Előnyei: • - viszonylag gazdaságosan állítható elő • - nagy távolságokra is kevés veszteséggel szállítható • - nem igényel tárolást (a váltakozó áramú energia nem tárolható) • - a kívánt energiafajtává egyszerűen átalakítható • - a felhasználás helyén állandóan rendelkezésre áll • - tiszta, kényelmes és jól automatizálható a felhasználása (könnyen átalakítható mechanikai • munkává, hővé, fénnyé stb.)
Hátrányai/környezetszennyező hatása: • A termelt villamos energia több mint fele hőerőművekből származik, amelyekben fosszilis energiahordozók (szén, olaj, gáz) elégetésével forralnak el vizet, és nyerik a turbinákat meghajtó gőzt. • A fosszilis tüzelőanyagok használatával kapcsolatos egyik gond, hogy rohamosan fogynak a rendelkezésre álló készletek. • A másik probléma, hogy a fosszilis tüzelőanyagok erősen környezetszennyezők
Köszönjük a figyelmet! Orosz Diána Szieber Barbara Takács Nikoletta 2012.02.16.
