Устройства преобразования энергии преобразуют различные типы энергии:
- электрическую (энергия заряженных тел);
- тепловую (суммарная энергия молекул вещества);
- световую (энергия нагретых до высокой температуры тел);
- магнитную (индукционная энергия);
- кинетическую (энергия движения);
- потенциальную (энергия взаимодействия);
- химическую (энергия при взаимодействии составов;
- ядерную (энергия изменения атомов) .
Процессы преобразования энергии происходят естественным путем. Например, энергия преобразуется из оптического электромагнитного излучения в тепло, когда солнечный свет прогревает дом, а энергия преобразуется из потенциальной энергии в кинетическую, когда листья падают с дерева.
В качестве альтернативы устройства преобразования энергии проектируются и производятся широким кругом ученых и инженеров. Эти устройства преобразования энергии варьируются от крошечных компонентов интегральных схем, таких как термопары, которые используются для измерения температуры путем преобразования микроваттов энергии из тепловой энергии в электроэнергию до огромных угольных электростанций, которые преобразуют гигаватты энергии, накопленной в химических соединениях угля, в электроэнергию.
Устройство прямого преобразования энергии преобразует одну форму энергии в другую посредством одного процесса. Например, солнечный элемент представляет собой устройство прямого преобразования энергии, преобразующее оптическое электромагнитное излучение в электричество. Хотя часть солнечного света, падающего на солнечный элемент, может нагреть его вместо этого, этот эффект не является фундаментальным для работы солнечных элементов.
В качестве альтернативы, устройства косвенного преобразования энергии включают в себя ряд процессов прямого преобразования энергии. Например, некоторые солнечные электростанции преобразуют оптическое электромагнитное излучение в электричество, нагревая уид, чтобы он испарился. Испарение и расширение газового вращения ротора турбины. Энергия от механического движения ротора преобразуется во временную изменчивость магнитного поля, которая затем преобразуется в переменный электрический ток в катушках генератора.
Этот текст фокусируется на устройствах прямого преобразования энергии, которые преобразуют электрическую энергию в другую форму. В связи с большим разнообразием устройств, которые подходят для этой категории, преобразование энергии является важной темой для всех типов инженеров-электриков. Некоторые инженеры-электрики специализируются на системах строительного приборостроения.
Многие датчики, используемые этими инженерами, представляют собой устройства прямого преобразования энергии, включая тензометры для измерения давления, датчики Холла для измерения магнитного положения и пьезоэлектрические датчики, используемые для обнаружения механических колебаний. Электрическая энергия, вырабатываемая датчиком, может быть настолько мала, что для этого требуется катион ампелирования.
Другие инженеры-электрики специализируются на производстве и распределении электроэнергии. Аккумуляторные батареи и солнечные батареи являются устройствами прямого преобразования энергии, используемыми для хранения и производства электроэнергии. Они особенно полезны в удаленных местах или в переносных устройствах, где нет простого способа подключения к электросети. В этой связи для питания спутников, роверов и других аэрокосмических систем используются устройства прямого преобразования энергии, такие как термоэлектрические устройства и топливные элементы.
Многие инженеры-электрики работают в автомобильной промышленности. К устройствам прямого преобразования энергии, используемым в автомобилях, относятся аккумуляторы, оптические камеры, датчики Холла и т.д. в тахометрах для измерения скорости вращения и датчики давления.
Прямое преобразование энергии - это увлекательная тема, потому что она не может быть аккуратно преобразована в одну дисциплину. Преобразование энергии имеет фундаментальное значение не только для электротехники, но и для машиностроения, физики, химии и других отраслей науки и техники.
Например, пружины являются накопителями энергии, которые часто изучаются инженерами-механиками, конденсаторы - накопителями энергии, которые часто изучаются инженерами-электриками, а батареи - накопителями энергии, которые часто изучаются химиками. Соответственно, устройства для накопления и преобразования энергии, такие как пружины, конденсаторы и батареи, не являются эзотерическими. Они являются обычными, дешевыми и широко доступными. Хотя они встречаются в повседневных предметах, они также являются активными объектами современных исследований.
Например, срок службы батарей ноутбука ограничен, а прием сотового телефона часто ограничивается качеством антенны. Батареи, антенны и другие устройства прямого преобразования энергии изучаются как потребительскими компаниями, пытающимися создать лучшие продукты, так и научными исследователями, пытающимися понять фундаментальную физику.