Откуда берётся электричество

Генератор и батарейка

Мы уже знаем, что электрический ток — это движение электрических зарядов внутри проводника.
Когда электроны начинают двигаться по проводам, электрическая энергия может передаваться от источника к различным устройствам.

Но тогда возникает важный вопрос.

Откуда вообще берётся электричество?

Почему батарейка может заставить электроны двигаться по проводам?
Как электростанции производят электричество для целых городов?

Чтобы ответить на эти вопросы, нужно понять, как работают источники электрической энергии.

Электричество не возникает само по себе. Его создают специальные устройства, которые преобразуют различные виды энергии в электрическую.

К основным источникам электрической энергии относятся:

• батарейки
• аккумуляторы
• электрические генераторы
• солнечные панели

В этой статье мы рассмотрим два наиболее распространённых источника электричества — батарейки и генераторы.

Электричество из батарейки

Батарейка создаёт электрическую энергию благодаря химической реакции, происходящей внутри неё.

Внутри любой батарейки находятся несколько основных элементов:

• анод — отрицательный электрод
• катод — положительный электрод
• электролит — вещество, которое проводит заряженные частицы

Когда батарейка подключается к электрической цепи, внутри неё начинается химическая реакция между веществами на электродах.

Эта реакция создаёт разность электрических потенциалов между полюсами батарейки.

Если соединить полюса проводником — например проводом или лампочкой — электроны начинают двигаться через проводник.

Так возникает электрический ток.

Важно понимать одну вещь.

Батарейка не создаёт новые электроны.
Электроны уже находятся внутри проводника.

Батарейка лишь создаёт условия, при которых эти электроны начинают двигаться в определённом направлении.

Простой пример

Чтобы лучше понять принцип работы батарейки, можно использовать простую аналогию.

Представьте два резервуара с водой, соединённые трубой.

Если уровень воды в одном резервуаре выше, чем в другом, вода начнёт течь через трубу.

Причина движения — разница уровней воды.

С электричеством происходит похожая ситуация.

Батарейка создаёт разность электрических потенциалов, которая заставляет электроны двигаться по проводнику.

Где используются батарейки

Батарейки используются во многих устройствах, особенно там, где невозможно подключение к электрической сети.

Например:

• фонарики
• пульты дистанционного управления
• настенные часы
• игрушки
• портативные радиоприёмники

Главное преимущество батареек заключается в том, что они автономны и могут работать без подключения к розетке.

Почему батарейки разряжаются

Работа батарейки основана на химической реакции.

Но количество химических веществ внутри батарейки ограничено.

По мере работы батарейки вещества постепенно расходуются, и реакция становится слабее.

Когда химическая реакция больше не может создавать разность потенциалов, батарейка перестаёт вырабатывать электрическую энергию.

В этот момент батарейка считается разряженной.

Аккумуляторы

Аккумуляторы работают по похожему принципу, но имеют важное отличие.

Химическая реакция внутри аккумулятора может происходить в обратном направлении.

Когда аккумулятор подключается к зарядному устройству, через него пропускается электрический ток.

Этот ток восстанавливает химические вещества внутри аккумулятора.

Поэтому аккумуляторы можно заряжать и использовать снова.

Аккумуляторы применяются в таких устройствах как:

• смартфоны
• ноутбуки
• электромобили
• беспроводные наушники
• портативные инструменты

Электричество из генератора

Другой важный источник электрической энергии — электрический генератор.

Генераторы работают по совершенно другому принципу.

Если батарейка создаёт электричество благодаря химической реакции, то генератор производит электрическую энергию благодаря движению проводника в магнитном поле.

Это явление называется электромагнитной индукцией.

Его открыл английский учёный Майкл Фарадей в XIX веке.

Фарадей обнаружил, что если перемещать проводник внутри магнитного поля, в проводнике возникает электрический ток.

Как работает генератор

Работу генератора можно описать несколькими простыми шагами.

1. источник механической энергии вращает вал генератора
2. вместе с валом вращается катушка провода
3. катушка находится внутри магнитного поля
4. движение проводника создаёт электрический ток

Таким образом генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

Пример генератора

Простой пример генератора можно увидеть на велосипеде.

Некоторые велосипеды оснащены динамо-машиной, которая питает фару.

Когда велосипедист крутит педали, колесо вращает небольшой генератор.

Внутри генератора вращается катушка проводника в магнитном поле.

В результате возникает электрический ток, который питает лампу.

Чем быстрее вращается колесо, тем больше электрической энергии вырабатывается.

Электричество на электростанциях

Большая часть электричества, используемого в мире, производится на электростанциях.

На разных типах электростанций используются разные источники энергии.

Например:

Гидроэлектростанции

Поток воды вращает турбину, соединённую с генератором.

Тепловые электростанции

Вода нагревается до состояния пара, который вращает турбину.

Атомные электростанции

Ядерная энергия используется для нагрева воды и создания пара.

Ветровые электростанции

Ветер вращает лопасти турбины.

Во всех этих случаях вращается турбина, которая приводит в движение генератор.

Почему батарейки не могут питать города

Иногда возникает вопрос: если батарейки могут производить электричество, почему бы не использовать их для питания домов или целых городов?

Причина заключается в количестве энергии.

Батарейки производят относительно небольшое количество электрической энергии.

Они хорошо подходят для маленьких устройств:

• фонариков
• пультов
• часов

Но для питания городов требуется огромное количество энергии.

Электростанции способны производить сотни мегаватт электрической мощности, что во много раз больше энергии, чем может дать обычная батарейка.

Другие источники электрической энергии

Помимо батареек и генераторов существуют и другие способы получения электрической энергии.

Одним из таких способов являются солнечные панели.

Солнечные панели преобразуют энергию солнечного света в электрическую энергию.

Когда свет попадает на поверхность панели, энергия света передаётся электронам внутри полупроводникового материала.

Эти электроны начинают двигаться, и возникает электрический ток.

Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом.

Итог

Электричество может возникать разными способами, но во всех случаях используется один и тот же принцип — преобразование энергии.

Батарейки и аккумуляторы создают электричество благодаря химическим реакциям.

Генераторы производят электрический ток благодаря движению проводников в магнитном поле.

Солнечные панели преобразуют энергию света в электрическую энергию.

Несмотря на различия в принципах работы, все источники электричества выполняют одну и ту же задачу —
они создают условия, при которых электрические заряды начинают двигаться.

Продолжение

Теперь возникает следующий важный вопрос.

Если источники электрической энергии заставляют заряды двигаться,
какая физическая величина описывает эту силу?

В следующей статье мы разберём понятие напряжения и узнаем, какую роль оно играет в электрических цепях.

Также вы можете:

🔧 перейти в Раздел «Устройства»— чтобы увидеть практические примеры;
📘 продолжить обучение в Разделе «Обучение»
💬 задать вопрос или обсудить тему на Форуме.