Электрическая энергия, страница 75 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Электрическая энергия способна совершать чудеса. За счет этой энергии светят электрические лампочки, работают электродвигатели и другие электрические приборы.

Каким образом сохранить электрическую энергию?

Существуют ли устройства для хранения этой энергии?

Каким образом сохранить электрическую энергию?

Электрическую энергию в её «чистом» виде (как направленное движение зарядов) сохранить на длительное время практически невозможно. Поэтому для её хранения применяют метод преобразования в другие виды энергии, которые можно «запасти», а затем, при необходимости, преобразовать обратно в электрическую. Существует несколько основных способов такого сохранения:

1. Преобразование в химическую энергию. Электрический ток используется для запуска обратимой химической реакции. В результате энергия запасается в виде потенциальной энергии химических связей. При обратной реакции эта энергия высвобождается, снова создавая электрический ток.

2. Накопление в электрическом поле. Энергия может быть сохранена в электрическом поле, которое создается между двумя проводниками (обкладками), разделенными диэлектриком. Это принцип работы конденсатора. Количество запасенной энергии $W$ зависит от ёмкости конденсатора $C$ и квадрата напряжения $U$ на его обкладках: $W = \frac{C \cdot U^2}{2}$.

3. Накопление в магнитном поле. При протекании тока через проводник (особенно свернутый в катушку) вокруг него создается магнитное поле. Энергия этого поля $W$ пропорциональна индуктивности катушки $L$ и квадрату силы тока $I$: $W = \frac{L \cdot I^2}{2}$.

4. Преобразование в механическую энергию. Электрическая энергия может быть преобразована в потенциальную или кинетическую энергию. Например, с помощью избыточной электроэнергии можно закачать воду в высокорасположенный резервуар (потенциальная энергия) или раскрутить массивный маховик до большой скорости (кинетическая энергия). При необходимости эта механическая энергия преобразуется обратно в электрическую.

Ответ: Электрическую энергию сохраняют путем её преобразования в другие виды энергии: химическую, энергию электрического или магнитного поля, а также в механическую энергию (потенциальную или кинетическую).

Существуют ли устройства для хранения этой энергии?

Да, такие устройства существуют, и они широко используются как в технике, так и в быту. Каждому способу хранения энергии соответствуют свои типы устройств:

1. Химические источники тока. К ним относятся аккумуляторы (например, литий-ионные в смартфонах и электромобилях, свинцово-кислотные в автомобилях) и гальванические элементы (обычные батарейки). Они хранят энергию в виде химической.

2. Конденсаторы. Это устройства, способные накапливать и быстро отдавать энергию, сохраненную в электрическом поле. На изображении в вопросе как раз показаны различные типы конденсаторов. Особый класс — ионисторы (суперконденсаторы), обладающие очень большой ёмкостью и способные хранить значительно больше энергии, чем обычные конденсаторы.

3. Катушки индуктивности. Накапливают энергию в магнитном поле. Чаще всего используются для кратковременного хранения энергии в импульсных источниках питания. Для хранения больших объемов энергии существуют системы на основе сверхпроводящих магнитов.

4. Механические накопители. Это, как правило, крупные промышленные установки. Примерами являются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), использующие энергию поднятой воды, и маховичные накопители, хранящие энергию вращения.

Ответ: Да, существуют. Основными устройствами для хранения электрической энергии являются аккумуляторы, конденсаторы (включая ионисторы) и катушки индуктивности, а также более масштабные системы, такие как гидроаккумулирующие электростанции.