Energia elétrica - Electric power

A energia elétrica é transmitida por linhas aéreas como essas e também por cabos subterrâneos de alta tensão .

Energia elétrica é a taxa, por unidade de tempo, na qual a energia elétrica é transferida por um circuito elétrico . A unidade SI de potência é o watt , um joule por segundo .

A energia elétrica geralmente é produzida por geradores elétricos , mas também pode ser fornecida por fontes como baterias elétricas . Normalmente é fornecido a empresas e residências (como eletricidade doméstica ) pela indústria de energia elétrica por meio de uma rede de energia elétrica .

A energia elétrica pode ser fornecida a longas distâncias por linhas de transmissão e usada para aplicações como movimento , luz ou calor com alta eficiência .

Definição

Energia elétrica, como energia mecânica , é a taxa de fazer o trabalho , medida em watts , e representado pela letra P . O termo potência é usado coloquialmente para significar "energia elétrica em watts". A energia elétrica em watts produzida por uma corrente elétrica I consistindo em uma carga de Q coulombs a cada t segundos, passando por uma diferença de potencial elétrico ( voltagem ) de V é

Onde

Q é carga elétrica em coulombs
t é o tempo em segundos
I é a corrente elétrica em amperes
V é o potencial elétrico ou tensão em volts

Explicação

Animação mostrando a fonte de energia

A energia elétrica é transformada em outras formas de energia quando as cargas elétricas se movem por meio de uma diferença de potencial elétrico ( voltagem ), que ocorre nos componentes elétricos dos circuitos elétricos. Do ponto de vista da energia elétrica, os componentes de um circuito elétrico podem ser divididos em duas categorias:

Animação mostrando carga elétrica

Dispositivos ativos (fontes de energia)

Se as cargas são movidas por uma "força externa" através do dispositivo na direção do potencial elétrico inferior para o superior (então a carga positiva se move do terminal negativo para o positivo), o trabalho será feito nas cargas e na energia está sendo convertido em energia potencial elétrica de algum outro tipo de energia, como energia mecânica ou energia química . Os dispositivos nos quais isso ocorre são chamados de dispositivos ativos ou fontes de alimentação ; como geradores elétricos e baterias . Alguns dispositivos podem ser uma fonte ou uma carga, dependendo da tensão e da corrente que passam por eles. Por exemplo, uma bateria recarregável atua como uma fonte quando fornece energia para um circuito, mas como uma carga quando é conectada a um carregador de bateria e está sendo recarregada.

Dispositivos passivos (cargas)

Quando as cargas elétricas se movem por uma diferença de potencial de uma tensão mais alta para uma mais baixa, isto é, quando a corrente convencional (carga positiva) se move do terminal positivo (+) para o terminal negativo (-), o trabalho é feito pelas cargas no dispositivo . A energia potencial das cargas devido à tensão entre os terminais é convertida em energia cinética no dispositivo. Esses dispositivos são chamados de componentes passivos ou cargas ; eles 'consomem' energia elétrica do circuito, convertendo-a em outras formas de energia, como trabalho mecânico , calor, luz, etc. Exemplos são aparelhos elétricos , como lâmpadas , motores elétricos e aquecedores elétricos . Em circuitos de corrente alternada (CA), a direção da tensão se inverte periodicamente, mas a corrente sempre flui do lado do potencial mais alto para o lado do potencial mais baixo.

Transmissão de energia através de um circuito elétrico

Convenção de sinais passivos

Uma vez que a energia elétrica pode fluir para dentro ou para fora de um componente, é necessária uma convenção para qual direção representa o fluxo de potência positivo. A energia elétrica que flui para fora de um circuito em um componente é arbitrariamente definido para ter um sinal positivo, enquanto a energia que flui em um circuito de um componente está definido para ter um sinal negativo. Assim, os componentes passivos têm consumo de energia positivo, enquanto as fontes de energia têm consumo de energia negativo. Isso é chamado de convenção de sinal passivo .

Circuitos resistivos

No caso de cargas resistivas (ôhmicas ou lineares), a lei de Joule pode ser combinada com a lei de Ohm ( V = I · R ) para produzir expressões alternativas para a quantidade de potência que é dissipada:

onde R é a resistência elétrica .

Corrente alternada sem harmônicos

Em circuitos de corrente alternada, elementos de armazenamento de energia, como indutância e capacitância, podem resultar em reversões periódicas da direção do fluxo de energia. A porção do fluxo de energia (potência) que, calculada em média ao longo de um ciclo completo da forma de onda CA, resulta na transferência líquida de energia em uma direção é conhecida como potência real (também chamada de potência ativa). A amplitude daquela porção do fluxo de energia (potência) que resulta em nenhuma transferência líquida de energia, mas oscila entre a fonte e a carga em cada ciclo devido à energia armazenada, é conhecida como o valor absoluto da potência reativa . O produto do valor RMS da onda de tensão e o valor RMS da onda de corrente é conhecido como potência aparente . A potência real P em watts consumidos por um dispositivo é dada por

Onde

V p é a tensão de pico em volts
I p é a corrente de pico em amperes
V rms é avoltagem quadrada média em volts
I rms é a raiz quadrada média da corrente em amperes
θ = θ v - θ i é o ângulo de fase pelo qual a onda senoidal de tensão conduz a onda senoidal da corrente, ou equivalentemente o ângulo de fase pelo qual a onda senoidal da corrente atrasa a onda senoidal de tensão
Triângulo de potência: os componentes da alimentação CA

A relação entre potência real, potência reativa e potência aparente pode ser expressa representando as quantidades como vetores. A potência real é representada como um vetor horizontal e a potência reativa é representada como um vetor vertical. O vetor de potência aparente é a hipotenusa de um triângulo retângulo formado pela conexão dos vetores de potência real e reativa. Essa representação costuma ser chamada de triângulo de potência . Usando o Teorema de Pitágoras , a relação entre potência real, reativa e aparente é:

As potências reais e reativas também podem ser calculadas diretamente a partir da potência aparente, quando a corrente e a tensão são ambas sinusóides com um ângulo de fase conhecido θ entre elas:

A razão entre a potência real e a potência aparente é chamada de fator de potência e é um número sempre entre -1 e 1. Onde as correntes e tensões têm formas não senoidais, o fator de potência é generalizado para incluir os efeitos de distorção.

Campos electromagnéticos

A energia elétrica flui onde quer que os campos elétricos e magnéticos existam juntos e flutuem no mesmo lugar. O exemplo mais simples disso está nos circuitos elétricos, como mostrado na seção anterior. No caso geral, entretanto, a equação simples P = IV pode ser substituída por um cálculo mais complexo. A integral de superfície fechada do produto cruzado dos vetores de intensidade de campo elétrico e campo magnético dá a potência instantânea total (em watts) do volume:

O resultado é um escalar, pois é a integral de superfície do vetor de Poynting .

Produção

Geração

Geração mundial de eletricidade por fonte em 2018. A geração total foi de 26,7 PWh .

  Carvão (38%)
  Gás natural (23%)
  Hydro (16%)
  Nuclear (10%)
  Vento (5%)
  Óleo (3%)
  Solar (2%)
  Biocombustíveis (2%)
  Outro (1%)

Os princípios fundamentais de grande parte da geração de eletricidade foram descobertos durante a década de 1820 e no início da década de 1830 pelo cientista britânico Michael Faraday . Seu método básico ainda é usado hoje: a corrente elétrica é gerada pelo movimento de uma alça de fio, ou disco de cobre, entre os pólos de um ímã .

Para concessionárias de energia elétrica , é o primeiro processo de entrega de eletricidade aos consumidores. Os outros processos, transmissão e distribuição de eletricidade e armazenamento e recuperação de energia elétrica usando métodos de armazenamento por bombeamento , são normalmente executados pela indústria de energia elétrica .

A eletricidade é gerada principalmente em uma estação de energia por geradores eletromecânicos , movidos por motores térmicos aquecidos por combustão , energia geotérmica ou fissão nuclear . Outros geradores são movidos pela energia cinética da água corrente e do vento. Existem muitas outras tecnologias que são usadas para gerar eletricidade, como painéis solares fotovoltaicos .

Uma bateria é um dispositivo que consiste em uma ou mais células eletroquímicas que convertem a energia química armazenada em energia elétrica. Desde a invenção da primeira bateria (ou " pilha voltaica ") em 1800 por Alessandro Volta e especialmente desde a célula de Daniell tecnicamente aprimorada em 1836, as baterias se tornaram uma fonte de energia comum para muitas aplicações domésticas e industriais. De acordo com uma estimativa de 2005, a indústria mundial de baterias gera US $ 48 bilhões em vendas a cada ano, com crescimento anual de 6%. Existem dois tipos de baterias: baterias primárias ( baterias descartáveis), que são projetadas para serem usadas uma vez e descartadas, e baterias secundárias (baterias recarregáveis), que são projetadas para serem recarregadas e usadas várias vezes. As baterias estão disponíveis em vários tamanhos; desde células-botão em miniatura usadas para alimentar aparelhos auditivos e relógios de pulso até bancos de baterias do tamanho de salas que fornecem energia em modo de espera para centrais telefônicas e centros de dados de computador .

Indústria de energia elétrica

O setor de energia elétrica fornece a produção e entrega de energia, em quantidade suficiente para áreas que precisam de eletricidade , por meio de uma conexão à rede . A rede distribui energia elétrica aos clientes. A energia elétrica é gerada por centrais elétricas ou por geração distribuída . O setor de energia elétrica tem gradualmente tendido para a desregulamentação - com participantes emergentes oferecendo aos consumidores concorrência para as empresas de serviços públicos tradicionais.

Usar

A energia elétrica, produzida a partir de estações geradoras centrais e distribuída em uma rede de transmissão elétrica, é amplamente utilizada em aplicações industriais, comerciais e de consumo. O consumo de energia elétrica per capita de um país está relacionado ao seu desenvolvimento industrial. Os motores elétricos acionam as máquinas de fabricação e impulsionam metrôs e trens ferroviários. A iluminação elétrica é a forma mais importante de luz artificial. A energia elétrica é utilizada diretamente em processos como extração de alumínio de seus minérios e na produção de aço em fornos elétricos a arco . Energia elétrica confiável é essencial para telecomunicações e radiodifusão. A energia elétrica é usada para fornecer ar condicionado em climas quentes e, em alguns lugares, a energia elétrica é uma fonte de energia economicamente competitiva para o aquecimento de edifícios. O uso de energia elétrica para bombear água varia de poços domésticos individuais a projetos de irrigação e projetos de armazenamento de energia.

Veja também

Referências

Bibliografia

links externos