Erzeugung, Übertragung und Nutzung elektrischer Energie Frage

  • Welche Vorteile hat Wechselstrom gegenüber Gleichstrom?
Generator
  • Generator – Geräte, die Energie der einen oder anderen Art in elektrische Energie umwandeln.
Arten von Energiegeneratoren
  • Der Generator besteht aus
  • ein Permanentmagnet, der ein Magnetfeld erzeugt, und eine Wicklung, in der eine alternierende EMK induziert wird
  • Die vorherrschende Rolle spielen in unserer Zeit elektromechanische Induktions-Wechselstromgeneratoren. Dort wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt.
Transformatoren
  • TRANSFORMATOR – ein Gerät, das Wechselstrom umwandelt, wobei die Spannung praktisch ohne Leistungsverlust um ein Vielfaches ansteigt oder abnimmt.
  • Im einfachsten Fall besteht der Transformator aus einem geschlossenen Stahlkern, auf dem zwei Spulen mit Drahtwicklungen aufgesetzt sind. Diejenige der Wicklungen, die an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, wird als primär bezeichnet, und diejenige, an die die „Last“, also Geräte, die Strom verbrauchen, angeschlossen ist, wird als sekundär bezeichnet.
Transformator
  • Primäre Sekundarstufe
  • Wickelwicklung
  • Verbindet
  • zur Quelle
  • ~ Spannung an „Last“
  • geschlossener Stahlkern
  • Das Funktionsprinzip des Transformators basiert auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion.
Transformatoreigenschaften
  • Übersetzungsverhältnis
  • U1/U2 =N1/N2=K
  • K>1 Abwärtstransformator
  • K<1трансформатор повышающий
Elektrische Energieerzeugung
  • Die Stromerzeugung erfolgt in großen und kleinen Kraftwerken überwiegend mit elektromechanischen Induktionsgeneratoren. Es gibt verschiedene Arten von Kraftwerken: Wärmekraftwerke, Wasserkraftwerke und Kernkraftwerke.
  • Wärmekraftwerke
Stromverbrauch
  • Der Hauptstromverbraucher ist die Industrie, auf die etwa 70 % des erzeugten Stroms entfallen. Auch der Verkehr ist ein großer Verbraucher. Immer mehr Bahnstrecken werden auf elektrische Traktion umgestellt. Fast alle Dörfer und Dörfer beziehen Strom aus staatlichen Kraftwerken für den Industrie- und Haushaltsbedarf. Etwa ein Drittel des in der Industrie verbrauchten Stroms wird für technologische Zwecke verwendet (Elektroschweißen, elektrisches Erhitzen und Schmelzen von Metallen, Elektrolyse usw.).
Stromübertragung
  • Transformatoren verändern die Spannung
  • an mehreren Punkten entlang der Linie.
Effiziente Nutzung von Strom
  • Der Strombedarf steigt stetig. Es gibt zwei Möglichkeiten, dieses Bedürfnis zu befriedigen.
  • Der natürlichste und auf den ersten Blick einzige Weg ist der Bau neuer leistungsstarker Kraftwerke. Doch Wärmekraftwerke verbrauchen nicht erneuerbare natürliche Ressourcen und verursachen zudem großen Schaden für das ökologische Gleichgewicht auf unserem Planeten.
  • Fortschrittliche Technologien ermöglichen es, den Energiebedarf auf andere Weise zu decken. Der Steigerung der Energieeffizienz sollte Vorrang vor der Erhöhung der Kraftwerkskapazität eingeräumt werden.
Aufgaben
  • № 966, 967
Antwort
  • 1) Spannung und Strom können in einem sehr weiten Bereich nahezu ohne Energieverlust umgewandelt (transformiert) werden;
  • 2) Wechselstrom lässt sich leicht in Gleichstrom umwandeln
  • 3) Eine Lichtmaschine ist viel einfacher und billiger.
Hausaufgaben
  • §§38-41 Übung 5 (von 123)
  • DENKEN:
  • Warum summt der Transformator?
  • Bereiten Sie eine Präsentation „Einsatz von Transformatoren“ vor
  • (für Interessierte)
Referenzen:
  • Physik. 11. Klasse: Lehrbuch für allgemeinbildende Einrichtungen: Grundlagen und Profil. Ebenen /G.Ya. Myakishev, B.B. Buchowzew. – M: Bildung, 2014. – 399 S.
  • O.I. Gromtseva. Physik. Einheitliches Staatsexamen. Kompletter Kurs. – M.: Verlag „Exam“, 2015.-367 S.
  • Volkov V.A. Universelle Unterrichtsentwicklungen in der Physik. 11. Klasse. – M.: VAKO, 2014. – 464 S.
  • Rymkevich A.P., Rymkevich P.A. Sammlung von Problemen in der Physik für die Klassen 10-11 des Gymnasiums. – 13. Aufl. – M.: Bildung, 2014. – 160 s

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Nutzung von Elektrizität in wissenschaftlichen Bereichen Die Wissenschaft hat direkten Einfluss auf die Entwicklung der Energie und den Anwendungsbereich von Elektrizität. Etwa 80 % des BIP-Wachstums in Industrieländern wird durch technische Innovationen erreicht, von denen der Großteil mit der Nutzung von Elektrizität zusammenhängt. Alles Neue in Industrie, Landwirtschaft und Alltag kommt zu uns dank neuer Entwicklungen in verschiedenen Wissenschaftszweigen.

Die meisten wissenschaftlichen Entwicklungen beginnen mit theoretischen Berechnungen. Aber wenn im 19. Jahrhundert diese Berechnungen mit Stift und Papier durchgeführt wurden, dann werden im Zeitalter der STR (wissenschaftlich-technische Revolution) alle theoretischen Berechnungen, die Auswahl und Analyse wissenschaftlicher Daten und sogar die sprachliche Analyse literarischer Werke mithilfe von Computern durchgeführt ( elektronische Computer), die mit elektrischer Energie arbeiten, was sich am bequemsten für die Übertragung und Nutzung über eine Entfernung eignet. Doch wenn Computer ursprünglich für wissenschaftliche Berechnungen genutzt wurden, sind Computer heute aus der Wissenschaft zum Leben erwacht. Elektronisierung und Automatisierung der Produktion sind die wichtigsten Folgen der „zweiten industriellen“ oder „mikroelektronischen“ Revolution in den Volkswirtschaften der entwickelten Länder. Die Wissenschaft im Bereich Kommunikation und Kommunikation entwickelt sich sehr schnell.

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Ungewöhnliche Möglichkeiten, Strom zu erzeugen

Es gibt viele Möglichkeiten, Strom zu erzeugen, von denen einige recht ungewöhnlich sind. Der Verkauf spezieller Schokoladenfabrikprodukte veranlasste einen britischen Wissenschaftler, einen Weg zu finden, Energie aus Abfällen der Schokoladenproduktion zu gewinnen. Der Mikrobiologe fütterte die Bakterien mit Lösungen aus Karamell und Nougat, sie spalteten den Zucker auf und produzierten Wasserstoff, der an die Brennstoffzelle weitergeleitet wurde. Die erzeugte Energie reichte aus, um einen kleinen elektrischen Ventilator zu betreiben.

Amerikanische Erfinder haben gelernt, Energie aus lebenden Bäumen zu gewinnen. Mithilfe eines Metallstabs, der in einen Baum gesteckt und in den Boden eingetaucht wird, gewinnen Wissenschaftler über einen Filter- und Spannungserhöhungskreislauf Strom. Es reicht völlig aus, den Akku aufzuladen. Künftig werden sie Energie in Batterien speichern, die bei Bedarf genutzt werden.

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Die Stromerzeugung war schon immer ein recht profitables Geschäft. Besonders originell sind Ideen, Strom auf ungewöhnliche Weise zu erzeugen. Heutzutage sind die meisten Geschäftszentren mit Drehtüren ausgestattet. Die professionellen Designer Carmen Trudel und Jennifer Brautier, Mitarbeiter des amerikanischen Studios Fluxxlab, haben ein wirklich hervorragendes Design geschaffen. Sie erzeugen und nutzen Strom durch die Bewegungsenergie von Menschen.

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Stromproduktion. Stromerzeugung und -nutzung

Die Stromerzeugung erfolgt wie folgt. Beim Betreten eines Geschäftszentrums drehen Menschen eine Drehtür, die Strom erzeugt. Diese Idee ist recht einfach und erfordert keine Kapitalinvestition. Die Erzeugung und Nutzung von Strom spart der Unternehmensleitung somit erheblich Geld, das für die Bezahlung von Strom hätte ausgegeben werden sollen. Die Stromerzeugung kann auf viele Arten erfolgen, die Hauptsache ist, die am besten geeigneten zu studieren und sie in der Praxis anzuwenden. Gegen eine bestimmte Gebühr können Sie Ihre Ideen zur Stromerzeugung auch anderen Unternehmen anbieten.

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Ungewöhnliche Energiequellen

Nicht standardmäßige Stromquellen sind in letzter Zeit ein äußerst dringendes Problem. Unter modernen Bedingungen suchen viele Wissenschaftler nach neuen Stromquellen und einige von ihnen entwickeln völlig ungewöhnliche Lösungen. In diesem Artikel haben wir für Sie einige der ungewöhnlichsten Möglichkeiten zur Stromerzeugung zusammengestellt.

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Abfälle aus Schokoladenfabriken

Lynn McCaskey, Mikrobiologin von der britischen Universität Birmingham, hat einen Weg für Bakterien gefunden, aus Schokoladenabfällen Energie zu gewinnen. Lynn „fütterte“ mit Escherichia coli-Bakterien Nougat und Karamell, bzw. eine Lösung dieser beiden Zutaten, die aus Abfällen der Schokoladenfabrik gewonnen wurde. Diese Bakterien spalteten Zucker auf und erzeugten außerdem einen Strudel, der an die Brennstoffzelle gesendet wurde und genug Strom für einen kleinen Ventilator erzeugte.

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Abwasser

Wissenschaftler der University of Pennsylvania haben eine Art Toilettenkraftwerk geschaffen, das durch die Zersetzung organischer Abfälle Strom erzeugt. Für diese Anlage werden Bakterien verwendet, die im normalen Abwasser vorkommen. Diese Bakterien verbrauchen organisches Material und setzen Kohlendioxid frei. Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, in den Prozess der Elektronenübertragung zwischen Atomen einzugreifen und die Elektronen dazu zu zwingen, durch einen externen Stromkreis zu fließen.

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Sternenenergie

Diese Methode wurde von russischen Nuklearwissenschaftlern entwickelt, die eine Batterie entwickelten, die die Energie von Sternen (einschließlich der Energie der Sonne) in Elektrizität umwandeln kann. Die Präsentation dieses Geräts fand kürzlich im Joint Institute for Nuclear Research statt. Dieses einzigartige Gerät hat weltweit keine Analoga und kann rund um die Uhr betrieben werden. Diese Entwicklung hat bereits in den dunklen und bewölkten Tageszeiten eine hohe Effizienz gezeigt.

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Luft

Hitachi präsentierte seine Neuentwicklung zur Stromerzeugung aus natürlich in der Luft auftretenden Vibrationen. Und trotz der Tatsache, dass die Technologie immer noch eine relativ niedrige Spannung liefert, ist sie sehr attraktiv, da die Generatoren im Gegensatz zu beispielsweise Solarmodulen für den Betrieb unter allen Bedingungen ausgelegt sind.

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Fließendes Wasser

Die Erfindung kanadischer Wissenschaftler wird als elektrokinetische Batterie bezeichnet, bei der es sich in Wirklichkeit um ein eher primitives Gerät handelt, das aus einem Glasgefäß besteht, das mit Hunderttausenden mikroskopisch kleinen Kanälen durchbohrt ist.

Das Gerät funktioniert wie eine einfache Heizbatterie, was durch das Phänomen des elektrischen Feldes ermöglicht wird, das durch das zweischichtige Medium erzeugt wird.

In letzter Zeit gibt es immer mehr neue Möglichkeiten zur Stromerzeugung und Geräte, die für diese Zwecke entwickelt wurden. Allerdings werden in Zukunft nur noch wenige davon zum Einsatz kommen. .

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Stromproduktion. Stromerzeugung und -nutzung. Die Stromerzeugung erfolgt wie folgt. Beim Betreten eines Geschäftszentrums drehen Menschen eine Drehtür, die Strom erzeugt. Diese Idee ist recht einfach und erfordert keine Kapitalinvestition. Durch die Stromerzeugung spart die Unternehmensleitung somit erheblich Geld, das eigentlich für die Stromzahlung hätte ausgegeben werden sollen.

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Die Stromerzeugung kann auf viele Arten erfolgen, die Hauptsache ist, die am besten geeigneten zu studieren und sie in der Praxis anzuwenden. Gegen eine bestimmte Gebühr können Sie Ihre Ideen zur Stromerzeugung auch anderen Unternehmen anbieten. Der in Haushalten, Institutionen und Fabriken verbrauchte Strom wird in Kraftwerken erzeugt, die größtenteils Kohle oder Erdgas verbrennen und Heizöl als Ersatzbrennstoff verwenden. Einige Kraftwerke werden mit Kernenergie betrieben oder nutzen die Energie des Wassers, das aus Hochstaudämmen fließt. In Russland erzeugten Wärmekraftwerke im Jahr 2002 65,6 % des Stroms, Wasserkraftwerke und Kernkraftwerke machten 18,4 % bzw. 16 % aus. In modernen Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen wird die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme zur Wassererwärmung in einem Kessel-Dampferzeuger genutzt. Der entstehende Dampf wird über Rohre den Turbinenschaufeln zugeführt und versetzt diese in Rotation.

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Die Turbine treibt einen Generator an, der elektrischen Strom erzeugt. Dampferzeuger Der Dampferzeuger ist ein hoher Kessel, in den Rohre einströmen, durch die Wasser fließt. In Kohlekraftwerken wird der Brennstoff über Förderbänder dem Dampferzeuger zugeführt. Die Kohle wird zu einem feinen, mehlähnlichen Pulver gemahlen, mit Luft vermischt und von Ventilatoren in den Kessel geblasen, wo sie verbrannt wird. Die erzeugte Wärme bringt das Wasser im Boiler zum Kochen. Der Dampf wird zunächst aufgefangen und dann durch die heißesten Bereiche des Kessels zurückgeführt. So entsteht überhitzter Dampf. Turbine Überhitzter Dampf wird über Rohre zu drei miteinander verbundenen Turbinen geleitet. Wenn der Dampf die erste von ihnen – die Hochdruckturbine – passiert, gelangt er erneut in den Dampferzeuger, wo er erneut erhitzt wird.

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Anschließend durchläuft es zwei weitere Turbinen und gibt ihnen nach und nach seine Energie ab. Der Dampf wird schließlich in einem Kondensator in Wasser umgewandelt, einem großen Tank, der durch Rohre gekühlt wird, die kaltes Wasser aus einem nahegelegenen Gewässer zirkulieren lassen. Das Kühlwasser „entzieht“ dem Dampf die restliche Wärme, die kondensiert und in heißes Wasser umgewandelt wird. Das Wasser wird zum Dampferzeuger zurückgeführt, woraufhin sich der Zyklus wiederholt. Generator Rotierende Turbinen treiben Generatoren an, deren Hauptelemente zwei Drahtspulen sind. Einer, Rotor genannt, wird von der Turbine gedreht. Der andere – der Stator – ist auf einen Eisenkern gewickelt und am Boden befestigt. Der Eisenkern ist dauerhaft leicht magnetisiert, so dass beim Starten des Generators ein schwacher elektrischer Strom in der rotierenden Spule erzeugt wird. Ein Teil dieses Stroms fließt in eine stationäre Spule, die sich in einen starken Elektromagneten verwandelt. Danach steigt der Strom allmählich an, bis er seine maximale Leistung erreicht. siehe auch Energieressourcen, alternative Energien, Maschinenbau

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Stromverbrauch Hauptverbraucher von Strom ist die Industrie, auf die etwa 70 % des erzeugten Stroms entfallen. Auch der Verkehr ist ein großer Verbraucher. Immer mehr Bahnstrecken werden auf elektrische Traktion umgestellt.






Etwa ein Drittel des in der Industrie verbrauchten Stroms wird für technologische Zwecke verwendet (Elektroschweißen, elektrisches Erhitzen und Schmelzen von Metallen, Elektrolyse usw.). Die moderne Zivilisation ist ohne die weit verbreitete Nutzung von Elektrizität undenkbar. Eine Unterbrechung der Stromversorgung einer Großstadt während eines Unfalls legt sein Leben lahm.


Stromübertragung Stromverbraucher gibt es überall. Es wird an relativ wenigen Orten in der Nähe von Brennstoff- und Wasserressourcen gefördert. Strom kann nicht im großen Maßstab eingespart werden. Es muss sofort nach Erhalt verzehrt werden. Daher besteht die Notwendigkeit, Strom über große Entfernungen zu übertragen.


Die Energieübertragung ist mit spürbaren Verlusten verbunden. Tatsache ist, dass elektrischer Strom die Drähte von Stromleitungen erwärmt. Gemäß dem Joule-Lenz-Gesetz wird die zum Erhitzen der Leitungsdrähte aufgewendete Energie durch die Formel bestimmt, wobei R der Leitungswiderstand ist.




Da die aktuelle Leistung proportional zum Produkt aus Strom und Spannung ist, ist es zur Aufrechterhaltung der übertragenen Leistung erforderlich, die Spannung in der Übertragungsleitung zu erhöhen. Je länger die Übertragungsleitung ist, desto vorteilhafter ist die Verwendung einer höheren Spannung. So wird in der Hochspannungsleitung Volzhskaya HPP – Moskau und einigen anderen eine Spannung von 500 kV verwendet. Mittlerweile werden Wechselstromgeneratoren für Spannungen bis kV gebaut.


Höhere Spannungen würden aufwändige Sondermaßnahmen zur Isolierung der Wicklungen und anderer Teile der Generatoren erfordern. Deshalb werden in großen Kraftwerken Aufwärtstransformatoren installiert. Um Strom direkt in den elektrischen Antriebsmotoren von Werkzeugmaschinen, im Beleuchtungsnetz und für andere Zwecke nutzen zu können, muss die Spannung an den Enden der Leitung reduziert werden. Dies wird durch Abwärtstransformatoren erreicht.





Aufgrund von Umweltproblemen, der Knappheit fossiler Brennstoffe und ihrer ungleichmäßigen geografischen Verteilung ist es in letzter Zeit sinnvoll geworden, Strom mithilfe von Windkraftanlagen, Sonnenkollektoren und kleinen Gasgeneratoren zu erzeugen.





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Die meisten wissenschaftlichen Entwicklungen beginnen mit theoretischen Berechnungen. Aber wenn im 19. Jahrhundert diese Berechnungen mit Stift und Papier durchgeführt wurden, dann werden im Zeitalter der STR (wissenschaftlich-technische Revolution) alle theoretischen Berechnungen, die Auswahl und Analyse wissenschaftlicher Daten und sogar die sprachliche Analyse literarischer Werke mithilfe von Computern durchgeführt ( elektronische Computer), die mit elektrischer Energie arbeiten, was sich am bequemsten für die Übertragung und Nutzung über eine Entfernung eignet. Doch wenn Computer ursprünglich für wissenschaftliche Berechnungen genutzt wurden, sind Computer heute aus der Wissenschaft zum Leben erwacht. Elektronisierung und Automatisierung der Produktion sind die wichtigsten Folgen der „zweiten industriellen“ oder „mikroelektronischen“ Revolution in den Volkswirtschaften der entwickelten Länder. Die Wissenschaft im Bereich Kommunikation und Kommunikation entwickelt sich sehr schnell.

Die Präsentation zum Thema „Stromerzeugung und -übertragung“ kann absolut kostenlos auf unserer Website heruntergeladen werden. Projektthema: Physik. Bunte Folien und Illustrationen helfen Ihnen dabei, Ihre Klassenkameraden oder Ihr Publikum zu begeistern. Um den Inhalt anzusehen, nutzen Sie den Player, oder wenn Sie den Bericht herunterladen möchten, klicken Sie auf den entsprechenden Text unter dem Player. Die Präsentation enthält 10 Folie(n).

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Elektrische Energie hat gegenüber allen anderen Energiearten unbestreitbare Vorteile. Es kann drahtgebunden über große Entfernungen mit relativ geringen Verlusten übertragen und bequem an die Verbraucher verteilt werden. Die Hauptsache ist, dass diese Energie mit Hilfe recht einfacher Geräte leicht in jede andere Energieart umgewandelt werden kann: mechanische, innere, Lichtenergie usw.

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Das 20. Jahrhundert ist zu dem Jahrhundert geworden, in dem die Wissenschaft in alle Bereiche des gesellschaftlichen Lebens eindringt: Wirtschaft, Politik, Kultur, Bildung usw. Natürlich hat die Wissenschaft direkten Einfluss auf die Entwicklung der Energie und den Anwendungsbereich der Elektrizität. Einerseits trägt die Wissenschaft dazu bei, den Anwendungsbereich elektrischer Energie zu erweitern und damit deren Verbrauch zu erhöhen, andererseits ist sie in einer Zeit, in der die unbegrenzte Nutzung nicht erneuerbarer Energieressourcen eine Gefahr für zukünftige Generationen darstellt, dringend erforderlich Aufgaben der Wissenschaft sind die Entwicklung energiesparender Technologien und deren Umsetzung im Leben.

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Der Stromverbrauch verdoppelt sich in 10 Jahren

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Schauen wir uns diese Fragen anhand konkreter Beispiele an. Etwa 80 % des BIP-Wachstums (Bruttoinlandsprodukt) der Industrieländer wird durch technische Innovationen erreicht, deren Hauptanteil mit der Nutzung von Elektrizität zusammenhängt. Die meisten wissenschaftlichen Entwicklungen beginnen mit theoretischen Berechnungen. Alle neuen theoretischen Entwicklungen nach Computerberechnungen werden experimentell überprüft. Und in dieser Phase wird in der Regel mit physikalischen Messungen, chemischen Analysen usw. geforscht. Hier sind die Instrumente der wissenschaftlichen Forschung vielfältig – zahlreiche Messgeräte, Beschleuniger, Elektronenmikroskope, Magnetresonanztomographie etc. Der Großteil dieser Instrumente der experimentellen Wissenschaft wird mit elektrischer Energie betrieben.

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Aber die Wissenschaft nutzt Elektrizität nicht nur in ihren theoretischen und experimentellen Bereichen, auch im traditionellen Bereich der Physik, der mit dem Empfang und der Übertragung von Elektrizität verbunden ist, entstehen ständig wissenschaftliche Ideen. Wissenschaftler versuchen beispielsweise, elektrische Generatoren ohne rotierende Teile zu entwickeln. Bei herkömmlichen Elektromotoren muss der Rotor mit Gleichstrom versorgt werden, damit eine „magnetische Kraft“ entsteht. Die Elektrifizierung der Produktionstätigkeit ist aus der modernen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Bereits Ende der 80er Jahre wurde weltweit mehr als ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs in Form von elektrischer Energie abgewickelt. Bis zum Beginn des nächsten Jahrhunderts könnte sich dieser Anteil auf die Hälfte erhöhen. Dieser Anstieg des Stromverbrauchs ist vor allem mit einem Anstieg des Verbrauchs in der Industrie verbunden. Der Großteil der Industrieunternehmen arbeitet mit elektrischer Energie. Ein hoher Stromverbrauch ist typisch für energieintensive Industrien wie Metallurgie, Aluminium und Maschinenbau. Auch der Verkehr ist ein großer Verbraucher. Immer mehr Bahnstrecken werden auf elektrische Traktion umgestellt. Fast alle Dörfer und Dörfer beziehen Strom aus staatlichen Kraftwerken für den Industrie- und Haushaltsbedarf.

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Stromübertragung und -verteilung

1 % der Stromverluste pro Tag - 0,5 Millionen Rubel Verlust Um Wärmeverluste in Stromübertragungsleitungen (PTLs) zu reduzieren, können Sie den Querschnitt der Leiter S erhöhen, was wirtschaftlich unrentabel ist, oder die Stromstärke I verringern. Damit die Die übertragene Leistung p = IU bleibt bei abnehmendem Strom unverändert, es ist notwendig, die Spannung U in der Stromleitung zu erhöhen (U-500 Kv.; 750 Kv.; 1150 Kv.; - Stromleitung)