FAQ: Hva er elektrisitet?

En veiledning om hvordan elektrisitet genereres og hvor den kommer fra.

InnholdsfortegnelseUtvide

• Hva er elektrisitet?
• Hvordan brukes en transformator?
• Hvordan genereres elektrisitet?
• Hvordan brukes turbiner til å generere elektrisitet?
• Andre genererende kilder
• Hvordan måles elektrisitet?

elektrisitet strømmer gjennom glødetråden, som et resultat av glødetråden begynner å lyse og begynner å sende ut lys. Oliver Cleve/Getty Images

Hva er elektrisitet?

Elektrisitet er en form for energi. Elektrisitet er strømmen av elektroner. All materie er bygd opp av atomer, og et atom har et senter, kalt en kjerne. Kjernen inneholder positivt ladede partikler kalt protoner og uladede partikler kalt nøytroner. Kjernen til et atom er omgitt av negativt ladede partikler kalt elektroner. Den negative ladningen til et elektron er lik den positive ladningen til et proton, og antall elektroner i et atom er vanligvis lik antallet protoner. Når balansekraften mellom protoner og elektroner forstyrres av en ytre kraft, kan et atom få eller miste et elektron. Når elektroner 'tapes' fra et atom, utgjør den frie bevegelsen av disse elektronene en elektrisk strøm.

Elektrisitet er en grunnleggende del av naturen og det er en av våre mest brukte energiformer. Vi får elektrisitet, som er en sekundær energikilde, fra konvertering av andre energikilder, som kull, naturgass, olje, kjernekraft og andre naturlige kilder, som kalles primærkilder. Mange byer og tettsteder ble bygget ved siden av fossefall (en primær kilde til mekanisk energi) som snudde vannhjul for å utføre arbeid. Før elektrisitetsproduksjonen startet for litt over 100 år siden, ble hus tent med parafinlamper, maten ble avkjølt i isbokser, og rommene ble varmet opp av ved- eller kullovner. Begynner med Benjamin Franklins eksperimentere med en drage en stormfull natt i Philadelphia, ble prinsippene for elektrisitet gradvis forstått. På midten av 1800-tallet endret alles liv seg med oppfinnelsen av det elektriske lyspære . Før 1879 hadde elektrisitet blitt brukt i buelys til utendørsbelysning. Lyspærens oppfinnelse brukte elektrisitet til å bringe innendørs belysning til hjemmene våre.

Hvordan brukes en transformator?

For å løse problemet med å sende strøm over lange avstander, George Westinghouse utviklet en enhet kalt en transformator. Transformatoren gjorde at elektrisitet kunne overføres effektivt over lange avstander. Dette gjorde det mulig å levere strøm til boliger og bedrifter som ligger langt fra det elektriske produksjonsanlegget.

Til tross for dens store betydning i hverdagen, stopper de fleste av oss sjelden opp for å tenke på hvordan livet ville vært uten strøm. Likevel, som luft og vann, har vi en tendens til å ta elektrisitet for gitt. Hver dag bruker vi strøm til å utføre mange funksjoner for oss – fra belysning og oppvarming/kjøling av hjemmene våre, til å være strømkilden for TV-er og datamaskiner. Elektrisitet er en kontrollerbar og praktisk form for energi som brukes i bruken av varme, lys og kraft.

I dag er den amerikanske (amerikanske) elektriske kraftindustrien satt opp for å sikre at en tilstrekkelig tilførsel av elektrisitet er tilgjengelig for å møte alle etterspørselskrav på et gitt øyeblikk.

Hvordan genereres elektrisitet?

En elektrisk generator er en enhet for å konvertere mekanisk energi til elektrisk energi . Prosessen er basert på forholdet mellom magnetisme og elektrisitet . Når en ledning eller et annet elektrisk ledende materiale beveger seg over et magnetfelt, oppstår det en elektrisk strøm i ledningen. De store generatorene som brukes av elkraftindustrien har en stasjonær leder. En magnet festet til enden av en roterende aksel er plassert inne i en stasjonær ledende ring som er pakket inn med et langt, sammenhengende stykke ledning. Når magneten roterer, induserer den en liten elektrisk strøm i hver seksjon av ledningen når den passerer. Hver seksjon av ledningen utgjør en liten, separat elektrisk leder. Alle de små strømmene til individuelle seksjoner utgjør en strøm av betydelig størrelse. Denne strømmen er det som brukes til elektrisk kraft.

Hvordan brukes turbiner til å generere elektrisitet?

En elektrisk kraftstasjon bruker enten en turbin, motor, vannhjul eller annen lignende maskin for å drive en elektrisk generator eller en enhet som konverterer mekanisk eller kjemisk energi til elektrisitet. Dampturbiner, forbrenningsmotorer, gassforbrenningsturbiner, vannturbiner og vindturbiner er de vanligste metodene for å generere elektrisitet.

Det meste av elektrisiteten i USA produseres i dampturbiner . En turbin konverterer den kinetiske energien til et fluid i bevegelse (væske eller gass) til mekanisk energi. Dampturbiner har en serie blader montert på en aksel som damp presses mot, og roterer dermed akselen koblet til generatoren. I en fossildrevet dampturbin brennes drivstoffet i en ovn for å varme opp vann i en kjele for å produsere damp.

Kull, petroleum (olje) og naturgass brennes i store ovner for å varme opp vann for å lage damp som igjen skyver på bladene til en turbin. Visste du at kull er den største enkeltstående primære energikilden som brukes til å generere elektrisitet i USA? I 1998 brukte mer enn halvparten (52%) av fylkets 3,62 billioner kilowattimer med elektrisitet kull som sin energikilde.

Naturgass, i tillegg til å bli brent for å varme opp vann til damp, kan også brennes for å produsere varme forbrenningsgasser som passerer direkte gjennom en turbin, og snurrer bladene til turbinen for å generere elektrisitet. Gassturbiner brukes ofte når det er stor etterspørsel etter bruk av strøm. I 1998 ble 15% av landets elektrisitet drevet av naturgass.

Petroleum kan også brukes til å lage damp for å snu en turbin. Resterende fyringsolje, et produkt raffinert fra råolje, er ofte petroleumsproduktet som brukes i elektriske anlegg som bruker petroleum til å lage damp. Petroleum ble brukt til å generere mindre enn tre prosent (3%) av all elektrisitet som ble generert i amerikanske elektrisitetsverk i 1998.

Kjernekraft er en metode der damp produseres ved å varme opp vann gjennom en prosess som kalles kjernefysisk fisjon. I et kjernekraftverk inneholder en reaktor en kjerne av kjernebrensel, først og fremst anriket uran. Når atomer av uranbrensel blir truffet av nøytroner, spalter de (splitter), frigjør varme og flere nøytroner. Under kontrollerte forhold kan disse andre nøytronene treffe flere uranatomer, splitte flere atomer og så videre. Derved kan kontinuerlig fisjon finne sted som danner en kjedereaksjon som frigjør varme. Varmen brukes til å gjøre vann om til damp, som igjen snurrer en turbin som genererer elektrisitet. I 2015 brukes kjernekraft til å generere 19,47 prosent av all landets elektrisitet.

Fra 2013 står vannkraft for 6,8 prosent av USAs elektrisitetsproduksjon. Det er en prosess der rennende vann brukes til å spinne en turbin koblet til en generator. Det er hovedsakelig to grunnleggende typer vannkraftsystemer som produserer elektrisitet. I det første systemet akkumuleres rennende vann i reservoarer skapt ved bruk av demninger. Vannet faller gjennom et rør kalt en penstock og legger press mot turbinbladene for å drive generatoren til å produsere elektrisitet. I det andre systemet, kalt elveløp, påfører kraften til elvestrømmen (i stedet for fallende vann) trykk på turbinbladene for å produsere elektrisitet.

Andre genererende kilder

Geotermisk kraft kommer fra varmeenergi begravd under jordoverflaten. I noen områder av landet strømmer magma (smeltet materiale under jordskorpen) nær nok jordoverflaten til å varme opp underjordisk vann til damp, som kan tappes for bruk ved dampturbinanlegg. Fra 2013 genererer denne energikilden mindre enn 1 % av elektrisiteten i landet, selv om en vurdering fra U.S. Energy Information Administration at ni vestlige stater potensielt kan produsere nok elektrisitet til å dekke 20 prosent av landets energibehov.

Solenergi kommer fra solens energi. Solens energi er imidlertid ikke tilgjengelig på heltid, og den er vidt spredt. Prosessene som brukes for å produsere elektrisitet ved hjelp av solens energi har historisk sett vært dyrere enn å bruke konvensjonelle fossile brensler. Fotovoltaisk konvertering genererer elektrisk kraft direkte fra sollyset i en fotovoltaisk (solcelle). Solvarme-elektriske generatorer bruker strålingsenergien fra solen til å produsere damp for å drive turbiner. I 2015 ble mindre enn 1% av landets elektrisitet levert av solenergi.

Vindkraft kommer fra omdannelsen av energien i vind til elektrisitet. Vindkraft er, i likhet med solen, vanligvis en kostbar kilde for å produsere strøm. I 2014 ble den brukt for omtrent 4,44 prosent av landets elektrisitet. En vindturbin ligner på en typisk vindmølle.

Biomasse (ved, kommunalt fast avfall (søppel), og landbruksavfall, som maiskolber og hvetehalm, er noen andre energikilder for å produsere elektrisitet. Disse kildene erstatter fossilt brensel i kjelen. Forbrenning av ved og avfall skaper damp som brukes vanligvis i konvensjonelle dampelektriske anlegg I 2015 utgjør biomasse 1,57 prosent av elektrisiteten som produseres i USA.

Elektrisiteten som produseres av en generator går langs kabler til en transformator, som endrer elektrisitet fra lavspenning til høyspenning. Elektrisitet kan flyttes over lengre avstander mer effektivt ved hjelp av høyspenning. Overføringslinjer brukes til å frakte elektrisiteten til en transformatorstasjon. Transformatorer har transformatorer som endrer høyspentelektrisiteten til lavere spenningselektrisitet. Fra transformatorstasjonen fører distribusjonslinjer strømmen til boliger, kontorer og fabrikker, som krever lavspent elektrisitet.

Hvordan måles elektrisitet?

Elektrisitet måles i kraftenheter kalt watt. Den ble navngitt til ære James Watt , oppfinneren av dampmaskin . En watt er en veldig liten mengde strøm. Det ville kreve nesten 750 watt for å tilsvare en hestekrefter. En kilowatt representerer 1000 watt. En kilowatt-time (kWh) er lik energien til 1000 watt som arbeider i en time. Mengden elektrisitet et kraftverk produserer eller en kunde bruker over en periode måles i kilowattimer (kWh). Kilowatt-timer bestemmes ved å multiplisere antall kW som kreves med antall timer bruk. Hvis du for eksempel bruker en 40-watts lyspære 5 timer om dagen, har du brukt 200 watt strøm, eller 0,2 kilowatt-timer elektrisk energi.

Mer på Elektrisitet: Historie, elektronikk og kjente oppfinnere