الکتریسیته 35 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 35

الکتریسیته

الکتریسیته، برگرفته شده از کلمه یونانی: ήλεκτρον ، اثری است که به دلیل موجودیت بار الکتریکی پدید می‌آید و همراه با مغناطیس یکی از نیروهای پایه در فیزیک به نام الکترومغناطیس را تشکیل می‌دهد.

مفاهیم اصلی

پتانسیل الکتریکی

جریان الکتریکی

میدان الکتریکی

انرژی الکتریکی

بار الکتریکی

مدار الکتریکی

‌ترانسفورماتور

تاریخچه

تاریخ الکتریسیته به ایران و بین‌النهرین باستان در دوره اشکانیان برمی‌گردد و اولین باطری اختراع شده را به اشکانیان نسبت می‌دهند که به خاطر محل یافتش به باطری بغدادی شهرت گرفته است.[1]

الکتریسیته امروزی، توانایی‌های خودش را بیشتر مدیون زحمات فیزیکدانانی همچون، الساندر ولت، آندره آمپر، نیکلا تسلا، جرج سیمون اهم، مایکل فارادی و توماس ادیسون (به عنوان مخترع) است

خواص خطوط میدان الکتریکی

خواص عمده خطوط میدان الکتریکی در مسائل الکترواستاتیک:

به خاطر اینک میدان الکتریکی در هر نقطه از فضا وجود دارد، در هر نقطه از فضا همواره می توان یک خط میدان کشید.

برای توزیع بار های اکتریکی معلوم ، در هر نقطه میدان الکتریکی دارای بزرگی و راستای کاملا مشخصی است. به این معنا که در هر نقطه خط نیروی الکتریکی را فقط می توان در یک راستای معین یعنی بصورت تک خط کشید. به بیان دیگر خط های نیرو همدیگر را قطع نمی کنند.

خط های نیرو ممکن است تنها در بار نقطه ای یکدیگر را قطع کنند.

خط های نیرو از بار مثبت (نقطه شروع خط های میدان) خارج و به بار منفی (انتهای خطوط نیرو) نزدیک می شوند. خط های میدان الکتریکی در هیچ نقطه ای به جز بار الکتریکی پایان نمی پذیرند (ختم خطوط میدان بر سطوح هادی ها به این دلیل است که بارها در سطوح هادی ها توزیع یافته اند). آنها از بار مثبت به سوی بار منفی اند و می توانند از میان نارسانا ها عبور کنند.

چون در داخل رساناها میدان الکتریکی وجود ندارد (صفر است)، بارهای آنها در حالت تعادل به سر می برند. در داخل رساناها خط میدان الکتریکی وجود ندارد. به عبارتی خط های میدان الکتریکی از داخل رسانا ها عبور نمی کنند. و این خطوط از سطح رسانا ها شروع و به سطحشان ختم می شوند.چون بارهای الکتریکی نقطه شروع و پایان خطوط میدان الکتریکی هستند، بارهای مثبت روی سطوحی واقع اند که خط میدان شروع می شود. در حالیکه بار های منفی روی سطوحی قراردارند، که خط میدان پایان می پذیرند.

خطوط میدان الکتریکی بر سطح رسانا عمودند:

بدیهی است خطوط میدان الکتریکی راستای نیرو های وارد بر بار را نشان می دهند. اگر این خطوط با سطح رسانا زاویه ای داشته باشند نیرو مؤلفه ای روی سطح خواهد داشت. در این صورت بارها با این مولفه روی سطح جابه جا خواهند شد. از این رو ترازمندی بارهای الکتریکی فقط هنگامی ممکن است. که خطوط میدان در امتداد عمود بر سطح رسانا ی مورد نظر باشند.

پتانسیل الکتریکی در رساناها:

چون داخل هر رسانا میدان الکتریکی صفر است، به عبارتی خطوط میدانی وجود ندارد. بنابر این بین هر دو نقطه از رسانا اختلاف پتاسیل الکتریکی صفر است. بر طبق رابطه زیر: E=U/d بنابراین U=Ed که در آن E میدان الکتریکی ، d فاصله نقطه میدان از مبدا و U اختلاف پتاسیل الکتریکی می باشد. این گفته در تمام نقاط روی رسانا نیز صدق می کند.در نتیجه سطح رسانا سطح هم پتاسیل است. سطوح تک تک رساناها، سطوح هم پتاسیل است اما احتمال دارد بین دو سطح رسانای مستقل از هم اختلاف پتاسیل وجود داشته باشد.

شار الکتریکی

تعداد خطوط میدان الکتریکی که از سطح عمود بر مسیر خطوط عبور می‌‌کنند، را شار

برق و الکتریسیته 58 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 58

توان الکتریکی که اغلب به عنوان برق یا الکتریسیته شناخته می شود، شامل تولید و ارایه انرژی الکتریکی به میزان کافی برای راه اندازی لوازم خانگی، تجهیزات اداری، دستگاه های صنعتی و فراهم آوردن انرژی کافی برای روشنایی، پخت و پز، گرمای خانگی و صنعتی و فرایندهای صنعتی بکار می رود.

تاریخچه اگرچه که الکتریسته به عنوان نتیجه واکنش شیمیایی ای که در یک پیل الکترولیک از زمانی که الساندرو ولتا در سال1800م این آزمایش را انجام داد، شناخته می شده است، اما تولید آن به این روش گران بوده و هست. در سال 1831م، میشل فارادی ماشینی ابداع کرد که از حرکت چرخشی تولید الکتریسته می کرد، اما حدود پنجاه سال طول کشید تا این فن آوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شود. در سال 1878م، توماس ادیسون جایگزین عملی تجاری ای را برای روشنایی های گازی و سیستم های حرارتی ایجاد کرد و به فروش رساند که از الکتریسته جریان مستقیمی استفاده می کرد که بطور منطقه ای تولید و توزیع شده بود، استفاده می کرد. در سیستم جریان مستقیم ادیسون، ایستگاه های تولید توان اضافی می بایست نصب می شدند. بدلیل اینکه ادیسون قادر نبود سیستمی را تولید کند که به ژنراتورهای چندگانه اجازه بدهد که به یکدیگر متصل شوند، گسترش سیستم او نیاز داشت که تمامی ایستگاه های تولید جدید مورد نیاز ساخته شوند. نیاز به نیروگاه های اضافی ابتدا توسط قانون اهم بیان شده است: بدلیل اینکه تلفات با مربع جریان یا بار و با خود مقاومت متناسب است، بکار بردن کابل های طولانی در سیستم ادیسون به مفهوم داشتن ولتاژهای خطرناک در برخی نقاط یا کابل های بزرگ و گران قیمت و یا هر دوی اینها بود.

نیکولا تسلا که مدت کوتاهی برای ادیسون کار می کرد و تئوری الکتریسته را بگونه ای درک کرده بود که ادیسون درک نکرده بود، سیستم جایگزینی را ابداع کرد که از جریان متناوب استفاده می کرد. تسلا بیان داشت که دو برابر کردن ولتاژ جریان را نصف می کند و منجر به کاهش تلفات به میزان 4/3 می شود و تنها یک سیستم جریان متناوب اجازه انتقال بین سطوح ولتاژ را در قسمت های مختلف آن سیستم ممکن می سازد. او به توسعه و تکمیل تئوری کلی سیستم اش ادامه داد و جایگزین تئوری و عملی ای را برای تمامی ابزارهای جریان مستقیم آن زمان ابداع کرد و ایده های بدیعش را در سال 1887م در 30 حق انحصاری اختراع به ثبت رساند.

در سال 1888م کار تسلا مورد توجه جرج وستینگهاوس که حق انحصاری اختراع یک ترانسفورماتور را در اختیار داشت و یک کارخانه روشنایی را از سال 1886م در گریت بارینگتون، ماساچوست راه اندازی کرده بود، قرار گرفت. اگرچه که سیستم وستینگهاوس می توانست از روشنایی های ادیسون استفاده کند و دارای گرم کننده نیز بود، اما این سیستم دارای موتور نبود. توسط تسلا و اختراع ثبت شده اش، وستینگهاوس یک سیستم قدرت برای یک معدن طلا در تلورید، کلورادو در سال 1891 ساخت که دارای یک ژنراتور آبی 100 اسب بخار(75 کیلو وات) بود که یک موتور 100 اسب بخار (75 کیلو وات) را در آنسوی خط انتقالی به فاصله 5/2 مایل (4 کیلومتر) تغذیه می کرد. سپس در یک قرارداد با جنرال الکتریک که ادیسون مجبور به فروش آن شده بود، شرکت وستینگهاوس اقدام به ساخت یک نیرگاه در نیاگارا فالس کرد که دارای سه ژنراتور تسلای 5000 اسب بخار بود که الکتریسته را به یک کوره ذوب آلومینیوم در نیاگارا ، نیویورک و به شهر بوفالو، نیویورک به فاصله 22 مایل (35 کیلومتر) انتقال می داد. نیروگاه نیاگارا در 20 آوریل 1895م شروع به کار کرد.

انرژی الکتریکی در حال حاضر

امروزه سیستم انرژی الکتریکی جریان متناوب تسلا کماکان مهمترین ابزار ارایه انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان در سراسر جهان است. با وجود جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) برای ارسال مقادیر عظیم الکتریسته در طول فواصل بلند بکار می رود، اما قسمت اعظم تولید الکتریسته، انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسته و داد و ستد الکتریسته با استفاده از جریان متناوب محقق می شود.

در بسیاری از کشورها شرکت های توان الکتریکی کلیه زیرساخت ها را از نیروگاه ها تا زیرساخت های انتقال و توزیع در اختیار دارند. به همین علت، توان الکتریکی به عنوان یک حق انحصاری طبیعی در نظر گرفته می شود. صنعت عموماْ به شدت با کنترل قیمت ها کنترل می شود و معمولا مالکیت و عملکرد آن در دست دولت است. در برخی کشورها بازارهای الکتریسته وسیع با تولید کننده ها و فروشندگان الکتریسته، الکتریسته را مانند پول نقد و سهام معامله می کنند.

انتقال توان الکتریکی دومین فرایند ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. الکتریسیته توسط نیروگاه های برق تولید می شود و سپس توسط فروشنده ها به مصرف کنندگان نهایی به عنوان یک کالا فروخته می شود. انتقال توان الکتریکی و شبکه توزیع الکتریسیته اجازه ارائه الکتریسیته تولید شده را به مصرف کننده ها می دهد. فرایند صنعتی شدن سریع قرن 20 ام خطوط و شبکه های انتقال را تبدیل به بخش مهمی از زیر ساخت های اقتصادی در کشورهای صنعتی، کرد. شبکه های برق امکانات تولید زیادی را ممکن می سازند، نظیر سدهای هیدرو الکتریک، نیروگاه های سوخت فسیلی، نیروگاه های هسته ای و ... که توسط سازمان های بهره برداری خصوصی و عمومی، برای تولید مقادیر بزرگی از انرژی و ارائه آن به شبکه های توزیع برای تحویل به مصرف کننده های خریدار، گردانده می شوند. معمولاً الکتریسیته را در طول فواصل بلند از طریق ترکیبی از خطوط انتقال توان هوایی (مانند آنچه در شکل مشاهده می شود) یا کابل های زیر زمینی ارسال می کنند. اولین ژنراتور هیدروالکتریک بزرگ در آبشار نیاگارای ایالات متحده (که تحت دیدگاه فنی نیکلا تسلا ساخته و نصب شده بود) نصب شد و از طریق خطوط انتقال، الکتریسیته را برای بوفالو، نیویورک فراهم ساخت.

ورودی شبکه

یک شبکه انتقال از: نیروگاه های برق، پست های برق و مدارات انتقال ساخته شده است. معمولاً برق از طریق یک جریان متناوب سه فاز انتقال می یابد. در نیروگاه ها، برق را در سطح ولتاژی نسبتاً پایین در حدود 10 تا 15 کیلو ولت تولید می کنند، سپس توسط ترانسفورماتور نیروگاه، آن را به یک ولتاژ بالا (220 تا 440 کیلو ولت) جریان متناوب می رسانند تا آن را به یک پست برق که نقطه خروجی شبکه است و در فواصل دور قرار دارد، انتقال دهند.

تلفات

به منظور کاهش درصد تلفات توان لازم است که الکتریسیته را در ولتاژهای بالا انتقال دهیم. هرچه که ولتاژ بالاتر باشد جریان کمتر خواهد بود که این امر اندازه ی کابل مورد نیاز و میزان انرژی تلف شده را کاهش می دهد. انتقال در طول خطوط بلند معمولاً در ولتاژهای 100 کیلو ولت و بالاتر صورت می گیرد. تلفات انتقال و توزیع در ایالات متحده در سال 2003م 2/7 و در انگلستان در سال 1998م 4/7 درصد تخمین زده شده است.

وقتی لازم است که توان را در طول خطوط بسیار بلند انتقال دهیم، استفاده از جریان مستقیم برای انتقال، به جای جریان متناوب موثرتر ( و بنابراین اقتصادی تر) است. به دلیل اینکه این امر نیازمند هزینه کردن پول بسیار زیادی بر روی مبدل های توان AC/DC است، از این روش تنها در هنگام