Materie & Energie

elektrische Energie | Definition, Verwendung und Fakten

Elektrische Energie , Energie, die durch Umwandlung anderer Energieformen wie mechanischer, thermischer oder chemischer Energie erzeugt wird . Elektrische Energie ist für viele Anwendungen konkurrenzlos, beispielsweise für Beleuchtungs-, Computerbetriebs-, Antriebskraft- und Unterhaltungsanwendungen. Für andere Anwendungen ist es wettbewerbsfähig, wie für viele industrielle Heizungsanwendungen, Kochen, Raumheizung und Bahntraktion.

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Elektrische Energie ist gekennzeichnet durch Strom oder den Fluss der elektrischen Ladung und Spannung oder das Potential der Ladung, Energie zu liefern . Ein gegebener Leistungswert kann durch eine beliebige Kombination von Strom- und Spannungswerten erzeugt werden. Wenn der Strom direkt ist, läuft die elektronische Ladung durch das Gerät, das Strom empfängt, immer in die gleiche Richtung. Wenn der Strom wechselt, bewegt sich die elektronische Ladung im Gerät und in den daran angeschlossenen Drähten hin und her. Für viele Anwendungen beide Arten vonStrom ist geeignet, aberWechselstrom (AC) ist aufgrund des höheren Wirkungsgrads, mit dem er erzeugt und verteilt werden kann, am weitesten verbreitet. EINGleichstrom (DC) wird für bestimmte industrielle Anwendungen wie Galvanik und elektrometallurgische Prozesse sowie für die meisten elektronischen Geräte benötigt.

Die großtechnische Erzeugung und Verteilung von elektrischem Strom wurde durch die Entwicklung des elektrischer Generator , ein Gerät, das auf der Grundlage des Induktionsprinzips arbeitet, das 1831 vom englischen Wissenschaftler Michael Faraday und unabhängig vom amerikanischen Wissenschaftler Joseph Henry formuliert wurde . Das erste öffentliche Kraftwerk mit einem elektrischen Generator wurde im Januar 1882 in London in Betrieb genommen. Ein zweites solches Kraftwerk wurde später im selben Jahr in New York City eröffnet . Beide verwendeten Gleichstromsysteme, die sich für die Energieübertragung über große Entfernungen als ineffizient erwiesen. In den frühen 1890er Jahren wurde im deutschen Kraftwerk Lauffen der erste praktische Wechselstromgenerator gebaut, und 1891 wurde der Dienst nach Frankfurt am Main aufgenommen .

Es gibt zwei Hauptquellen für den Antrieb von Generatoren: Wasserkraft und thermisch .Wasserkraft wird aus Generatoren und Turbinen gewonnen, die von fallendem Wasser angetrieben werden. Die meiste andere elektrische Energie wird von Generatoren gewonnen, die an Turbinen gekoppelt sind, die mit Dampf angetrieben werden, der entweder von einem Kernreaktor oder durch Verbrennen fossiler Brennstoffe erzeugt wird, nämlich Kohle , Öl und Erdgas .

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Bis in die 1930er Jahre produzierten Wasserkraftwerke, die mit Wasserturbinenaggregaten ausgestattet waren, den größten Anteil an elektrischer Energie, da sie kostengünstiger zu betreiben waren als Wärmekraftwerke mit Dampfturbineneinheiten. Seit dieser Zeit haben große technologische Fortschritte die Kosten für die Erzeugung von Wärmeenergie gesenkt, während die Kosten für die Entwicklung entfernterer Wasserkraftwerke gestiegen sind. Bis zum Jahr 1990 Wasserkraft Produktion konstituiert nur 18 Prozent der weltweiten elektrischen Energieabgabe. Zu diesen technologischen Fortschritten zählen Wärmekraftwerke, die Kernenergie oder Gasturbinen zum Betrieb dampfelektrischer Einheiten verwenden. Alternative elektrische Energiequellen sind Solarzellen, Windkraftanlagen, Brennstoffzellen und Geothermiekraftwerke.

In einem zentralen Kraftwerk erzeugte elektrische Energie wird an Massenlieferstellen übertragen, oder Umspannwerke, von denen es an die Verbraucher verteilt wird. Die Übertragung erfolgt über ein ausgedehntes Netz von Hochspannungsleitungen, einschließlich Freileitungen sowie Erd- und Unterseekabel. Bei der Übertragung von Wechselstrom über große Entfernungen sind höhere Spannungen als für Kraftwerksgeneratoren erforderlich, um die Leistungsverluste zu verringern, die sich aus dem Widerstand der Übertragungsleitungen ergeben. Step-upIn der Erzeugungsstation werden Transformatoren eingesetzt, um die Übertragungsspannung zu erhöhen. An den Umspannwerken senken andere Transformatoren die Spannung auf für Verteilungssysteme geeignete Werte.