Elektryczność jest powszechnym i żywotnym zjawiskiem dla większości ludzi. I jak każda znajoma rzecz, rzadko jest to zauważalne. Mało kto zastanawia się, skąd się bierze, jak działa, co można z nim zrobić. Jednak jego badania były prowadzone na długo przed naszą erą i do tej pory niektóre tajemnice pozostają bez odpowiedzi.
Zawartość
Co oznacza prąd elektryczny?
Elektryczność to zespół zjawisk związanych z istnieniem ładunków elektrycznych. Słowo to najczęściej oznacza prąd elektryczny i wszystkie procesy, które on wywołuje.
Prąd elektryczny to ukierunkowany ruch cząstek niosących ładunek pod wpływem pola elektrycznego.
Kto wynalazł elektryczność - historia
Poszczególne przejawy elektryczności badano na długo przed naszą erą.Jednak połączenie ich w jedną teorię wyjaśniającą błyski piorunów na niebie, przyciąganie przedmiotów, możliwość wywoływania pożarów i drętwienia części ciała, a nawet śmierci człowieka, okazało się trudnym zadaniem.
Od czasów starożytnych naukowcy badali trzy przejawy elektryczności:
- Ryby wytwarzające energię elektryczną;
- Elektryczność statyczna;
- Magnetyzm.
W starożytnym Egipcie uzdrowiciele wiedzieli o dziwnych zdolnościach suma nilowego i próbowali nim leczyć bóle głowy i inne choroby. Starożytni rzymscy lekarze używali rampy elektrycznej do podobnych celów. Starożytni Grecy szczegółowo badali dziwne zdolności płaszczki i wiedzieli, że stworzenie może ogłuszyć człowieka bez bezpośredniego kontaktu przez trójząb i sieci rybackie.
Nieco wcześniej odkryto, że jeśli wcierasz bursztyn w kawałek wełny, zacznie on przyciągać wełnę i drobne przedmioty. Później odkryto inny materiał o podobnych właściwościach - turmalin.
Około 500 p.n.e. Indyjscy i arabscy naukowcy wiedzieli o substancjach zdolnych do przyciągania żelaza i aktywnie wykorzystywali tę zdolność w różnych dziedzinach. Około 100 p.n.e. Chińscy naukowcy wynaleźli kompas magnetyczny.
W 1600 roku William Gilbert, nadworny lekarz Elżbiety I i Jakuba I, odkrył, że cała planeta jest jednym wielkim kompasem i wprowadził pojęcie „elektryczności” (od greckiego „bursztyn”). W jego pismach eksperymenty z pocieraniem bursztynu o wełnę i zdolnością kompasu do wskazywania północy zaczęto łączyć w jedną teorię. Na poniższym obrazku pokazuje magnes Elżbiecie I.
W 1633 inżynier Otto von Guericke wynalazł maszynę elektrostatyczną, która może nie tylko przyciągać, ale także odpychać obiekty, a w 1745 Peter van Muschenbroek konstruuje pierwsze na świecie urządzenie do przechowywania ładunku elektrycznego.
W 1800 r. włoski Alessandro Volta wymyśla pierwszy obecne źródło - bateria elektryczna, która produkuje Waszyngton. Potrafił także przesyłać prąd elektryczny na odległość. Dlatego ten rok jest przez wielu uważany za rok wynalezienia elektryczności.
W 1831 roku Mike Faraday odkrywa zjawisko indukcji elektromagnetycznej i otwiera drogę do wynalezienia różnych urządzeń opartych na prądzie elektrycznym.
Na przełomie XIX-XX wieku dokonano ogromnej liczby odkryć i osiągnięć, dzięki działalności Nikoli Tesli. Między innymi wynalazł generator wysokiej częstotliwości i transformator, silnik elektryczny, antena na sygnały radiowe.
Nauka badająca elektryczność
Elektryczność jest zjawiskiem naturalnym. Jest częściowo studiowany w biologii, chemii i fizyce. Najbardziej kompletne ładunki elektryczne są rozpatrywane w ramach elektrodynamiki - jednej z gałęzi fizyki.
Teorie i prawa elektryczności
Istnieje kilka praw rządzących elektrycznością, ale w pełni opisują to zjawisko:
- Prawo zachowania energii jest podstawowym prawem, któremu podlegają również zjawiska elektryczne;
- Prawo Ohma jest podstawowym prawem prądu elektrycznego;
- Prawo indukcji elektromagnetycznej - o polach elektromagnetycznych i magnetycznych;
- Prawo Ampère'a - o oddziaływaniu dwóch przewodników z prądami;
- Prawo Joule'a-Lenza - o efekcie cieplnym elektryczności;
- Prawo Coulomba - o elektrostatyce;
- Zasady prawej i lewej ręki - wyznaczanie kierunków linii pola magnetycznego i siły Ampère'a działającej na przewodnik w polu magnetycznym;
- reguła Lenza – określenie kierunku prądu indukcyjnego;
- Prawa Faradaya dotyczą elektrolizy.
Pierwsze eksperymenty z elektrycznością
Pierwsze eksperymenty z elektrycznością miały głównie charakter rozrywkowy. Ich istotą były lekkie przedmioty, które były przyciągane i odpychane pod wpływem słabo rozumianej siły. Innym ciekawym przeżyciem jest przesyłanie elektryczności przez łańcuch ludzi trzymających się za ręce. Fizjologiczny wpływ elektryczności był aktywnie badany przez Jeana Nolleta, który sprawił, że ładunek elektryczny przeszedł przez 180 osób.
Z czego wykonany jest prąd elektryczny?
Prąd elektryczny to ukierunkowany lub uporządkowany ruch naładowanych cząstek (elektronów, jonów). Takie cząstki nazywane są nośnikami ładunku elektrycznego. Aby pojawił się ruch, w substancji muszą znajdować się wolne naładowane cząstki. Zdolność naładowanych cząstek do poruszania się w substancji decyduje o przewodności tej substancji. Dzięki przewodności substancje dzieli się na przewodniki, półprzewodniki, dielektryki i izolatory.
W metalach ładunek jest przenoszony przez elektrony. Jednocześnie sama substancja nigdzie nie wycieka - jony metali są bezpiecznie osadzane w węzłach konstrukcji i tylko nieznacznie oscylują.
W cieczach ładunek przenoszą jony: kationy naładowane dodatnio i aniony naładowane ujemnie. Cząsteczki pędzą do elektrod o przeciwnym ładunku, gdzie stają się obojętne i osadzają się.
Plazma powstaje w gazach pod działaniem sił o różnych potencjałach. Ładunek jest przenoszony przez swobodne elektrony i jony obu biegunów.
W półprzewodnikach ładunek jest przenoszony przez elektrony, przechodząc od atomu do atomu i pozostawiając nieciągłości, które uważa się za naładowane dodatnio.
Skąd pochodzi prąd elektryczny
Energia elektryczna, która przechodzi przez przewody do domów, jest generowana przez generatory elektryczne w różnych elektrowniach. Na nich generator jest podłączony do stale obracającej się turbiny.
W projekcie generator jest wirnik - cewka, która znajduje się między biegunami magnesu. Gdy turbina obraca ten wirnik w polu magnetycznym, zgodnie z prawami fizyki pojawia się lub indukuje się prąd elektryczny. Tak więc celem generatora jest przekształcenie siły kinetycznej obrotu w energię elektryczną.
Istnieje wiele sposobów na wirowanie turbiny przy użyciu różnych źródeł energii. Dzielą się na trzy typy:
- Odnawialna – energia pochodząca z niewyczerpanych zasobów: strumieni wody, światła słonecznego, wiatru, źródeł geotermalnych i biopaliw;
- Nieodnawialna - energia pozyskiwana z surowców, które powstają bardzo wolno, niewspółmiernie do tempa zużycia: węgla, ropy naftowej, torfu, gazu ziemnego;
- Jądrowa - energia uzyskiwana z procesu podziału komórki jądrowej.
Najczęściej energia elektryczna powstaje w wyniku pracy:
- Elektrownie wodne (HPP) - budowane na rzekach i wykorzystujące siłę przepływu wody;
- Elektrociepłownie (TPP) - działają na energię cieplną ze spalania paliw;
- Elektrownie jądrowe (EJ) - działają na energii cieplnej uzyskanej w procesie reakcji jądrowej.
Przetworzona energia jest dostarczana przewodami do podstacji transformatorowych i rozdzielnic i dopiero potem trafia do odbiorcy końcowego.
Obecnie aktywnie rozwijają się tak zwane alternatywne rodzaje energii. Należą do nich turbiny wiatrowe, panele słoneczne, wykorzystanie źródeł geotermalnych i wszelkie inne sposoby pozyskiwania energii elektrycznej przez niezwykłe zjawiska. Energia alternatywna jest znacznie gorsza pod względem wydajności i zwrotu z tradycyjnych źródeł, ale w niektórych sytuacjach pomaga zaoszczędzić pieniądze i zmniejszyć obciążenie głównych sieci energetycznych.
Istnieje również mit o istnieniu BTG - generatory bezpaliwowe. W Internecie dostępne są filmy prezentujące ich pracę oraz oferowana jest ich sprzedaż. Istnieje jednak wiele kontrowersji dotyczących wiarygodności tych informacji.
Rodzaje energii elektrycznej w przyrodzie
Najprostszym przykładem naturalnie występującej elektryczności jest błyskawica. Cząsteczki wody w chmurach nieustannie zderzają się ze sobą, uzyskując ładunek dodatni lub ujemny. Lżejsze, dodatnio naładowane cząstki kończą na szczycie obłoku, podczas gdy cięższe, ujemnie naładowane przemieszczają się w dół. Kiedy dwie podobne chmury znajdują się w wystarczająco bliskiej odległości, ale na różnych wysokościach, dodatnie ładunki jednego zaczynają być wzajemnie przyciągane przez ujemne cząstki drugiego. W tym momencie pojawia się piorun. Zjawisko to występuje również między chmurami a samą powierzchnią ziemi.
Innym przejawem elektryczności w przyrodzie są specjalne organy ryb, płaszczek i węgorzy. Z ich pomocą mogą wytwarzać ładunki elektryczne, aby bronić się przed drapieżnikami lub ogłuszać ofiarę. Ich potencjał waha się od bardzo słabych, niezauważalnych dla człowieka wyładowań, po śmiertelne.Niektóre ryby wytwarzają wokół siebie słabe pole elektryczne, które pomaga im szukać zdobyczy i poruszać się w mętnej wodzie. Każdy obiekt fizyczny w jakiś sposób go zniekształca, co pomaga odtworzyć otaczającą przestrzeń i „widzieć” bez oczu.
Elektryczność przejawia się również w pracy układu nerwowego organizmów żywych. Impuls nerwowy przekazuje informacje z jednej komórki do drugiej, dzięki czemu możesz reagować na bodźce zewnętrzne i wewnętrzne, myśleć i kontrolować swoje ruchy.
Podobne artykuły:
