Вся правда об электричестве, о которой вам не расскажут в школе!

Каждый раз, включая тостер или ставя телефон на зарядку, вы используете скорость света — триста тысяч километров в секунду. С такой скоростью можно обогнуть земной шар десять раз всего за секунду. Путешествие с Земли на Луну заняло бы столько же времени. А путешествие от Земли до Солнца заняло бы восемь минут. И это скорость, с которой вы получаете электрический ток в своей розетке! Кстати! Все, что нам рассказывали в школе на уроках физики про электричество — это неправда. Нам говорили, что электрический ток — это поток заряженных частиц, электронов. Забудьте об этом. На самом деле они даже не двигаются. Давайте посмотрим на проводник с током. Электроны словно морская волна. Их влечет друг к другу, а затем они возвращаются на свои места.

Тем не менее мы получаем энергию через электрические и магнитные поля, которые формируются вокруг проводника тока. Самая простая схема — батарейка и лампочка. Один провод соединяет «минус» батарейки с лампочкой, а другой идет к «плюсу» батарейки. Когда схема включается, электрический ток течет от батарейки к лампочке, а затем обратно. Но если бы в учебниках писали правду, лампочка бы не загоралась, потому что поток электронов двигался бы в противоположном направлении от лампы. Теперь давайте посмотрим на поля. Красные линии — это магнитное поле. Оно всегда появляется вокруг проводника с электрическим током. Зеленые — это электрическое поле. Оно появляется вокруг каждого отдельного электрического заряда.

Положите руку так, чтобы ваши пальцы находились в направлении электрического поля. Теперь согните их в направлении магнитного поля. Ваш большой палец указывает в направлении потока энергии — от батарейки к лампочке. Теперь сделаем то же самое, только на участке от лампочки до батарейки. Согните пальцы на правой руке и... Вуаля! Ваш большой палец все еще указывает в направлении лампочки, только он перевернут. Вот почему и лампочка работает, и энергия поступает от источника к потребителю. Именно так электричество передается со скоростью света через поток энергии. Еще одно доказательство того, что электроны не поступают к вашей розетке прямо от электростанции, это трансформаторы.

Это коробки или бочки на линиях электропередач. Внутри них две катушки, и они не соприкасаются. Электроны не перескакивают с одной катушки на другую. Когда электрический ток проходит через одну катушку, это создает вокруг нее магнитное поле. А поле в свою очередь создает электрический ток в противоположной катушке и преобразует высоковольтный электрический ток в ток, который поступает в розетки. Вот почему эти устройства называются трансформаторами. Давайте узнаем, как создать электрический ток. Для этого нужно использовать генераторы — это могут быть просто магнит и катушка. Все, что нужно сделать, это повернуть магнит внутри катушки. Постоянное движение магнитного поля создаст электрический ток. А можно сделать наоборот — переместить катушки вокруг магнита. Большая часть электроэнергии на планете производится с использованием генераторов. Различаются только способы их вращения. Самому обычному генератору нужен пар.

Для этого понадобится уголь или газ. Топливо сгорает и нагревает воду. Вода превращается в пар и по трубам поступает в турбину. Эта штука с лопастями похожа на двигатель самолета и работает аналогично. Пар проходит через лопасти и вращает турбину с невероятной скоростью. Затем турбина начинает вращать генератор, а магнит вращается между катушками. Затем при подсоединении проводов к катушкам получается ток. Пар проходит через гигантские дымоходы — градирни. Клубы дыма, которые из них выходят, это не дым, а пар. Внутри них обычно идет искусственный дождь. Когда капли воды соприкасаются с трубами, по которым проходит горячий пар от турбины, дождь испаряется. Охлажденный пар в трубах превращается в воду, затем снова нагревается, превращается в пар, вращает турбину и так далее.

Атомные электростанции тоже создают пар для вращения турбины, но они используют ядерную энергию. Тяжелые элементы распадаются и выделяется колоссальное количество энергии в виде тепла. Это тепло передается воде. А дальше вода превращается в пар, вращает турбину, проходит через градирню и возвращается в реактор. И все ради того, чтобы раскрутить генератор. Есть и более экологически чистые способы производства электроэнергии — ветряные мельницы. Ветер вращает гигантские лопасти. А они вращают генератор внутри ветряной мельницы. Та-да! Электричество готово к потреблению! С другой стороны, этот метод требует постоянного ветра. Если его не будет, то телевизор может выключиться в самый неподходящий момент.

Ветряные мельницы трудно обслуживать, потому что это нужно делать на высоте двадцатидвухэтажного здания. Иногда из строя выходит тормозная система, и лопасти начинают бешено вращаться, пока не сломаются. Другой вариант — гидроэлектростанции, где используется сильная струя воды или река. Но в большинстве случаев это искусственные водопады — например, плотина Гувера. Вода в бассейне сверху обладает большой потенциальной энергией. Плотина открывается, и мощный поток течет по туннелю внутри нее. Турбина вырабатывает электроэнергию и направляет ее дальше по линиям электропередач. Затем вода продолжает свой путь вниз по реке.

Иногда гидроэлектростанции работают без рек, создавая собственное водоснабжение. Ночью, когда электричество стоит дешевле, насосы перекачивают воду по трубам в резервуар на вершине горы. В дневное время, когда потребляется много электричества, клапаны открываются. Вода стекает в резервуар внизу, вращая турбину и вырабатывая электроэнергию. Это можно делать и без турбин и генераторов, используя солнечные панели! Фотоэлектрические элементы внутри панелей преобразуют солнечный свет в электричество. Они безвредны для окружающей среды и не нуждаются в топливе. Но они актуальны только там, где много солнечного света. Если вы раздумываете о том, какой источник энергии использовать, то знайте, что уже используете многие из них одновременно! Система подачи электроэнергии — это обширная сеть. Представьте свой дом с электроприборами и розетками. Если вам нужен тостер, вы подключаете его к розетке. Теперь уменьшите масштаб. Город работает точно так же, и его тоже нужно подключать к розетке — к сети подачи электроэнергии.

Посмотрите на эту диаграмму. Вот как в течение дня мы используем электричество. Ночью линия отключается, потому что большинство людей спят. Но некоторые устройства работают — кондиционеры, уличные фонари, насосы, которые закачивают воду в ваш кран. Так что линия никогда не опускается до нуля. Когда мы просыпаемся, линия резко поднимается. Мы включаем телевизоры и радио, готовим тосты и разогреваем еду в микроволновых печках — и потребление электроэнергии растет. Затем, в течение рабочего дня, мы не расходуем так много энергии. Когда мы возвращаемся домой вечером, линия потребления снова поднимается — до тех пор, пока мы не ложимся спать. И так каждый день.

Представим одну неделю. Если заштриховать область графика под линией потребления электроэнергии, получится общее количество электроэнергии, которое нам нужно за это время. Атомные электростанции работают круглосуточно и производят постоянное количество электроэнергии. Это основа для жизненно важных городских систем. Угольные электростанции наряду с атомными производят минимальный уровень электроэнергии. В нижней части диаграммы находятся ветряные и солнечные электростанции. Чтобы удовлетворить всплески потребления утром и вечером, используют газовые электростанции и гидроэлектростанции. При росте потребления энергию нужно производить очень быстро. Требуется день, чтобы запустить атомную электростанцию, а затем ее остановить. Угольной электростанции тоже необходимо время, чтобы нагреться до нужной температуры. Так появились газовые установки, которые вырабатывают электроэнергию через несколько минут.

Инженеры знают ваш распорядок дня даже лучше, чем вы сами. Они знают, когда большинство людей просыпаются, и начинают вырабатывать больше электроэнергии. А еще они знают наши привычки и традиции, когда мы навещаем друзей и соседей, и когда несколько семей смотрят только один телевизор. Итак, в некоторые дни потребление электроэнергии снижается, и инженеры это знают. Во время зимних праздников все украшают свои дома и магазины электрическими лампочками. А значит, ночью потребление электроэнергии выше, чем обычно.