Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.1: Що таке пряме перетворення енергії?

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    29389

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Пристрої перетворення енергії перетворюють між електричною, магнітною, кінетичною, потенційною, оптичною, хімічною, ядерною та іншими формами енергії. Процеси перетворення енергії відбуваються природним шляхом. Наприклад, енергія перетворюється з оптичного електромагнітного випромінювання в тепло, коли сонячне світло прогріває будинок, а енергія перетворюється з потенційної енергії в кінетичну, коли лист падає з дерева. Як варіант, пристрої перетворення енергії розробляються та виготовляються широким колом вчених та інженерів. Ці пристрої перетворення енергії варіюються від крихітних компонентів інтегральних схем, таких як термопари, які використовуються для відчуття температури шляхом перетворення мікроват енергії з теплової енергії в електрику до величезних вугільних електростанцій, які перетворюють гігават енергії, що зберігається в хімічних зв'язках вугілля в електрику.

    Пристрій прямого перетворення енергії перетворює одну форму енергії в іншу за допомогою одного процесу. Наприклад, сонячна батарея - це пристрій прямого перетворення енергії, який перетворює оптичне електромагнітне випромінювання в електрику. Хоча деякі сонячні промені, які потрапляють на сонячну батарею, можуть нагріти його замість цього, цей ефект не є основним для роботи сонячних елементів. Крім того, пристрої непрямого перетворення енергії включають низку процесів прямого перетворення енергії. Наприклад, деякі сонячні електростанції передбачають перетворення оптичного електромагнітного випромінювання в електрику шляхом нагрівання рідини, щоб вона випаровувалася. Випаровування і розширення газу обертають ротор турбіни. Енергія від механічного руху ротора перетворюється в мінливе за часом магнітне поле, яке потім перетворюється в змінний електричний струм в котушках генератора.

    Цей текст зосереджений на пристроях прямого перетворення енергії, які перетворюють між електричною енергією та іншою формою. Через велику різноманітність пристроїв, які підходять до цієї категорії, перетворення енергії є темою важливою для всіх типів інженерів-електриків. Деякі інженери електрики спеціалізуються на побудові контрольно-вимірювальних систем. Багато датчиків, які використовуються цими інженерами, є пристроями прямого перетворення енергії, включаючи тензодатчики, що використовуються для вимірювання тиску, датчики ефекту Холла, які вимірюють магнітне поле, і п'єзоелектричні датчики, що використовуються для виявлення механічних вібрацій. Електрична енергія, що виробляється в датчику, може бути настільки маленькою, що потрібно посилення. Інші інженери електрики спеціалізуються на виробництві та розподілі електричної енергії. Батареї та сонячні батареї - це пристрої прямого перетворення енергії, що використовуються для зберігання та виробництва електроенергії. Вони особливо корисні у віддалених місцях або в ручних гаджетах, де немає простого способу підключення до електромережі. Відповідно, пристрої прямого перетворення енергії, такі як термоелектричні пристрої та паливні елементи, використовуються для живлення супутників, марсоходів та інших аерокосмічних систем. Багато інженерів-електриків працюють в автомобільній промисловості. Пристрої прямого перетворення енергії, знайдені в автомобілі, включають акумулятори, оптичні камери, датчики ефекту Холла в тахометрі, що використовуються для вимірювання швидкості обертання, і датчики тиску.

    Пряме перетворення енергії - захоплююча тема, оскільки вона не вписується акуратно в єдину дисципліну. Перетворення енергії є основоположним для галузей електротехніки, але воно також є основоположним для машинобудування, фізики, хімії та інших галузей науки та техніки. Наприклад, пружини - це накопичувачі енергії, які часто вивчаються інженерами-механіками, конденсатори - це накопичувачі енергії, які часто вивчаються інженерами-електриками, а батареї - накопичувачі енергії, які часто вивчають хіміки. Відповідно, пристрої накопичення енергії та перетворення енергії, такі як пружини, конденсатори та батареї, не є езотеричними. Вони звичайні, дешеві і широко доступні. Хоча вони зустрічаються в побутових предметах, вони також є активними суб'єктами сучасних досліджень. Наприклад, портативні комп'ютери обмежені терміном служби акумуляторів, а прийом стільникового телефону часто обмежується якістю антени. Батареї, антени та інші пристрої прямого перетворення енергії вивчаються як компаніями-споживачами, які намагаються створити кращі продукти, так і академічні дослідники, які намагаються зрозуміти фундаментальну фізику.