Jak elektrownia zamienia ciepło w energię elektryczną
Zacznijmy od podstawowego pytania, które często nurtuje nas wszystkich. Jak elektrownia węglowa zamienia ciepło w prąd? Proces ten opiera się na działaniu turbiny parowej połączonej z generatorem. Węgiel nagrzewa wodę, która zamienia się w parę. Ta para napędza turbinę, a ta z kolei obraca wał generatora. Generator zamienia ruch mechaniczny na energię elektryczną. Ciekawie, że ten sam mechanizm zachodzi w elektrowniach jądrowych, gdzie jedyną różnicą jest sposób generowania pary w rdzeniu reaktora.
Dlaczego dotknięcie kaloryfera powoduje porażenie?
Kiedy dotknęliśmy kaloryfera rękami, odczuliśmy porażenie prądem i zobaczyliśmy małą iskrę. Dzieje się tak, ponieważ nasze ciało gromadzi ładunki elektryczne, szczególnie gdy nosimy wełniane ubrania lub chodzimy po dywanie. Kaloryfery są zazwyczaj bardzo dobrze uziemione, więc nadmiar ładunku odpływa do ziemi w momencie dotknięcia. To zjawisko nie jest ograniczone do domowych warunków i może wystąpić również podczas wulkanicznych erupcji.
Przykłady naturalnych zjawisk elektrycznych
To, co odczuwamy jako uderzenie pioruna, może powstać nie tylko podczas burzy, ale też podczas wybuchu wulkanu Chaitén w Chile. Podczas wybuchu w 2008 roku fotograf Carlos Gutierrez nagrał spektakularne zjawisko wulkaniczne. Powstaje ono dzięki gromadzeniu się wyrzuconych skał, które tarcia o siebie generują ogromne ładunki elektryczne. Jest to dowód na to, że elektryczność towarzyszy nam w wielu formach, nie tylko w sieciach energetycznych.
Czy ładowarka pobiera prąd bez telefonu?
Postawiliśmy ciekawe pytanie: czy ładowarka telefonu pobiera prąd, jeśli jest podłączona do gniazdka, ale telefon nie jest podłączony? Niestety, nie mamy przy sobie miernika, ale znaleźliśmy wiarygodne źródło. Profesor David McC z Uniwersytetu w Cambridge przeprowadził eksperyment i uzyskał pozytywny wynik. Bardziej szczegółowe badania wskazały, że zużycie to jest mniejsze niż 500 watów na ładowarkę rocznie, co przekłada się na koszt około 2 złote.
Koszty gotowania wody: zimna czy gorąca?
Czy bardziej opłaca się wlewać zimną czy gorącą wodę do czajnika elektrycznego? Musimy tu zrobić pewne obliczenia. Założymy, że gotujemy litr wody. Litr zimnej wody z kranu kosztuje 1 grosz, podczas gdy litr gorącej wody z kranu kosztuje 2,7 grosza. Gotowanie wody gorącej jest o 1,5 grosza tańsze w aspekcie zużycia prądu, ale ponieważ woda gorąca od samego początku była o 1,7 grosza droższa, zwycięzcą jest woda zimna. Oszczędność to 0,2 grosza na jednym zagotowaniu.
Wpływ przepływu wody zimnej na oszczędności
Niestety, istnieje również dość powszechne zjawisko, że zanim z kranu wypłynie woda gorąca, trzeba przepuścić nawet kilka litrów wody zimnej. Jeśli to uwzględnimy, przewaga wody zimnej staje się znacznie bardziej oczywista. Przy trzech zagotowaniach dziennie, oszczędzamy 2 złote i 19 groszy. Jest to kwota, która z czasem może znacząco wpłynąć na nasz domowy budżet.
Fascynujący eksperyment z cukrem
Czas na eksperyment. Weźmy bezbarwną szklankę i 13 sztuk cukru, tak aby szklanka była zrobiona ze szkła hartowanego, ponieważ może się pęknąć. Teraz bierzemy łyżeczkę i ładujemy cukier. Czekamy, aż zapadnie zmrok lub zamknijemy się w ciemnej łazience. Najlepiej, aby w takich warunkach panowała idealna ciemność.
Generowanie iskier tarciami
Teraz zaczynamy eksperyment. Wkładamy łyżeczkę do szklanki i tarciami zewnętrzną strony łyżeczki ościeramy cukier energicznie o ścianki szklanki. Jeśli wszystko zrobiliśmy poprawnie, zobaczymy delikatne błękitne iskry. Efekt jest bardzo ciekawy, ale niemożliwe było go zobaczyć z moją kamerą. Zwiększyłem więc jasność iskr za pomocą blendera, do którego włożyłem kostki cukru, a zamiast kamery i filmu użyłem aparatu SLR i zrobiłem zdjęcie z 30-sekundowym czasem naświetlania.
Podsumowanie naszych odkryć
Przeprowadziliśmy serię badań i eksperymentów, które pozwoliły nam zrozumieć podstawy fizyki elektryczności. Dowiedzieliśmy się, jak działają elektrownie, dlaczego dochodzi do porażenia prądem przy kaloryferach oraz jak optymalizować koszty zużycia energii w domu. Eksperyment z cukrem pokazał nam, że nawet proste substancje mogą generować ładunki elektryczne w odpowiednich warunkach.