Elektrika je fizikalna lastnost materije. Sestavljen je iz tiste negativne ali pozitivne interakcije med protoni in elektroni snovi. Izraz se nanaša na jantarno barvo zaradi vsestransko uporabne in svetleče barve. Vendar pa je izraz znanstveni družbi prvič predstavil angleški znanstvenik William Gilbert (1544-1603) v 16. stoletju, da bi opisal pojav energetske interakcije med delci.
Kaj je elektrika
Kazalo
Fizično elektriko razumemo kot pojave, ki se kažejo v prisotnosti električnih nabojev v telesih, saj so sestavljeni iz molekul in atomov, katerih interakcija njihovih delcev ustvarja električne impulze. Pozitivni in negativni naboj na atomih je statična elektrika, medtem ko gibanje elektronov in njihovo sproščanje iz atomov proizvajata električne tokove.
To je del elektromagnetizma, ki z gravitacijo in šibko jedrsko silo in močno jedrsko silo ustreza temeljnim interakcijam narave.
Njegova etimologija izhaja iz latinskega electrum, tudi iz grškega élektron, kar pomeni "jantar". Grški filozof Thales iz Mileta (624-546 pr. N. Št.) Je opazil, kako trenje magnetizira jantar s statično elektriko, stoletja kasneje pa je znanstvenik Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) opazil, kako pozitivni naboji električne energije razkrili so jih, ko je drgnilo steklo, nato pa so se negativi pokazali, ko so bile drgnjene smole, na primer jantar.
Tok energije iz premika ali statične elektrike je tisto, kar se imenuje električno energijo, ali je prenos elektronov iz enega atoma na drugega, in posledično električna sila se meri v voltih ali vatov, izraz, ki z električno energijo v angleščini, in Ime je dobil po izumitelju parnega stroja Jamesu Watt-u (1736-1819).
Vendar je v naravi mogoče najti elektriko, tako kot v primeru atmosferskih dogodkov, bioelektričnosti (elektrika je prisotna pri nekaterih živalih) in magnetosferi.
Eden najbolj znanih primerov živali, ki proizvajajo električno energijo, je primer električne jegulje, ki ima v telesu elektrocite (organ te živali, ki ustvarjajo električna polja), ki jih najdemo po vsem telesu in delujejo podobno kot nevroni in lahko ustvarijo do 500 voltov praznjenja.
Ker je elementov raznoliko, so njihovi atomi različni; zato so nekateri materiali nosilci električne energije in drugi izolatorji. Najboljši prevodniki so kovine, saj imajo v svojih atomih malo elektronov, zato večja količina energije ni potrebna, da bi te podatomske molekule preskakovale z enega atoma na drugega.
Značilnosti električne energije
Glede na svojo dinamiko, izvor, delovanje in pojave, ki jih proizvaja, ima značilnosti, zaradi katerih izstopa. Med glavnimi so:
- Kumulativno. Obstajajo naprave z zmožnostjo shranjevanja električne energije v kemičnih snoveh znotraj akumulatorjev, ki omogočajo njeno hrambo za kasnejšo uporabo (baterije).
- Njegov način pridobivanja. Pri baterijah ali celicah se pridobi kemično; tudi z elektromagnetno indukcijo pri premikanju vodnika v magnetnem polju, kot so alternatorji; in iz svetlobe, ko nekatere vrste kovin sprostijo elektrone, ko sonce pade na njih (sončne celice).
- Njegovi učinki. Ti so lahko fizični, mehanski ali kinetični, toplotni, kemični, magnetni in svetlobni.
- Njegove manifestacije. Lahko so med drugim v obliki strele, statične elektrike, tokov.
- Nevarnost. Z ustvarjanjem toplote lahko povzroči hude opekline in v primeru večje izpostavljenosti smrt.
- Upornost in prevodnost. To je nasprotje nekaterih vrst snovi pred njenim prehodom oziroma njen lahek tok.
Vrste električne energije
Obstaja več vrst električne energije, najpomembnejše so:
Statično
Statičnost nastane zaradi presežka električnega naboja, ki se kopiči v prevodnem ali izolacijskem materialu.
Znano je, da so atomi sestavljeni iz določenega števila protonov (pozitivni naboj) v svojem jedru in enakega števila elektronov (negativni naboj), ki kroži okoli njega, zaradi česar je navedeni atom električno nevtralen ali v ravnovesju; ko pa med tremi ali snovmi nastane trenje, lahko v omenjenih predmetih nastanejo naboji.
To pa zato, ker se bosta elektrona obeh materialov dotaknila, kar bo povzročilo neravnovesje v nabojih atomov, kar bo povzročilo statiko. Tako se imenuje, ker nastaja v atomih, ki mirujejo, njegov naboj pa se ne premika, ampak ostaja mirujoč. Primer tega je, ko skozi lase spustimo krtačo, nekatere pa dvigne statično trenje med materialom istega in lasmi. Artefakti, kot so tiskalniki, s pomočjo statike razkrijejo toner ali črnilo na papirju.
Dinamično
Ta tip nastane zaradi bremena, ki je v gibanju, ali njegovega toka. Za to je potreben električni vir (ki je lahko kemičen, na primer baterija; ali elektromehanski, kot je dinamo), zaradi katerega elektroni tečejo skozi prevodni material, skozi katerega lahko ti električni naboji krožijo.
V njem se elektroni premikajo od enega atoma do drugega in tako naprej. Ta cirkulacija je znana kot električni tok. Primer te vrste električne energije so električne vtičnice, ki so vir dinamične električne energije za naprave in druge naprave, ki potrebujejo elektriko.
Pomembno je poudariti obstoj drugih vrst električne energije, med katerimi so:
- Osnovno: Ta vrsta se nanaša na privlačenje pozitivnih in negativnih nabojev, kjer se bodo predmeti napolnili. Ustvarjen je iz dveh polov, ki se ne smeta nujno dotikati, ampak privlačiti drug drugega. To vrsto električne energije najdemo v vsakdanjih predmetih.
- Vedenjsko: Šteje se kot del dinamike, saj se ta prenaša s pomočjo vodnikov, zato se nenehno premika po tokokrogih. Obstajajo različni vodniki, med drugim kovine (zlasti baker), aluminij, zlato, ogljik.
- Elektromagnetno: Ustvarja ga magnetno polje, ki ga lahko shranimo in oddaja kot sevanje, zato je priporočljivo, da se dalj časa ne izpostavljate tej vrsti polja. Fizik Hans Christian Ørsted (1777-1851) je odkril razmerje med magnetizmom in elektriko in opazil, da električni tok ustvarja magnetno polje.
Med aplikacijami te vrste električne energije izstopa medicina, na primer za rentgenske aparate ali za slikanje z magnetno resonanco.
- Industrijsko: to je tisto, kar je treba ustvariti za velike stroje, ki se uporabljajo za množično proizvodnjo izdelkov, ki potrebujejo velike količine energije, ker so zelo močni.
Razvit je bil potem, ko je znanost dokazala, da lahko človek naravne vire energije, kot je strela, usmerja in uporablja ter postane močan vir električne energije, ki omogoča zadovoljevanje potreb industrije.
Električne manifestacije
Električni naboj
Lastnost je, da se nekateri subatomski delci (elektroni, nevtroni in protoni) medsebojno privlačijo in odbijajo, pa tudi določa njihovo elektromagnetno interakcijo. Ta nastane v atomih, ki jo bodo prenesli v molekule drugega telesa ali skozi prevodni material. Nanaša se tudi na sposobnost delca, da izmenjuje fotone (delci svetlobe ali elektromagnetne energije).
To je na primer prisotno pri statični elektriki, ki je v telesu mirujoč naboj. Tudi naboj povzroči elektromagnetno silo, saj povzroči silo na druge. Obtožbe so lahko negativne, druge pa pozitivne, obtožbe iste vrste bodo zavrnjene, nasprotne pa bodo pritegnjene.
Naboji se merijo skozi kulonsko enoto ali kulon in je predstavljen s črko C, kar pomeni količino naboja, ki gre v odseku nekega vodnika v obdobju ene sekunde. Tako snov kot antimaterija imata enake in nasprotne naboje ustreznemu delcu.
Električni tok
To je pretok električnega naboja skozi material, ki nastane zaradi gibanja elektronov ali neke druge vrste naboja. Proizvedelo bo magnetno polje, enega od električnih pojavov, ki ga je mogoče izkoristiti, v tem primeru z elektromagnetom.
Materiali, skozi katere bo krožil ta tok, so lahko trdni, tekoči ali plinasti. V trdnih materialih se elektroni premikajo; ioni (atomi ali molekule, ki niso električno nevtralni) se gibljejo v tekočinah; in plinasti, so lahko elektroni in ioni.
Količina trenutnega naboja za enoto časa je znana kot jakost električnega toka, ki jo simbolizira črka I in je navedena kot kulomi na sekundo ali amper.
Električni tok je lahko:
- Neprekinjeni ali neposredni, to so tisti tokovi nabojev, ki krožijo po konstantni poti, ga nobeno vakuumsko obdobje ne prekine, ker je samo v eno smer.
- Nadomestni, ki se premika v dve smeri, spremeni svojo pot in intenzivnost.
- Trifazni, ki je skupina treh izmeničnih tokov z enako amplitudo, frekvenco in efektivno vrednostjo (koncept, ki se uporablja za preučevanje periodičnih valov) in predstavlja 120-odstotno razliko med fazo in fazo.
električno polje
Gre za elektromagnetno polje, ki ga ustvarja električni naboj (tudi kadar se ne premika) in vpliva na naboje, ki ga obkrožajo ali so v njem. Polja niso merljiva, vendar je mogoče opaziti obremenitve, ki so na njih postavljene.
Električno polje je fizični prostor, v katerem medsebojno delujejo električni naboji različnih teles in je definirana koncentracija jakosti električne sile. V tej regiji so bile lastnosti spremenjene zaradi prisotnosti naboja.
Električni potencial
Nanaša se na zmogljivost, ki jo ima električno telo, ali na energijo, ki jo potrebuje za premikanje tovora ali delo in se meri v voltih. Ta koncept je povezan s potencialno razliko, ki je opredeljena kot energija, potrebna za premik naboja iz ene točke v drugo.
To je mogoče določiti le v omejenem območju prostora za statično polje, saj se za gibljive naboje uporabljajo Liénard-Wiechertovi potenciali (opisujejo elektromagnetna polja porazdelitve gibljivih nabojev).
Elektromagnetizem
To se nanaša na magnetna polja, ki nastanejo zaradi električnih nabojev, ki se gibljejo in povzročajo privlačnost ali odbojnost do materialov, ki so znotraj teh polj, ki lahko ustvarjajo električni tok.
Električna vezja
Nanaša se na povezavo vsaj dveh električnih komponent, tako da lahko električni naboj teče po zaprti poti za določen namen. Sestavljeni so iz elementov, kot so sestavni deli, vozlišča, veje, mrežna očesa, viri in vodniki.
Obstajajo vezja s sprejemnikom, kot v primeru žarnic ali zvoncev; serijska vezja, kot so božične lučke; vezja vzporedno, kot pri lučeh, ki se istočasno vklopijo z istim stikalom; mešana vezja (združujejo zaporedna in vzporedna); in vklopljeni, to so tisti, ki omogočajo, na primer, vklop ene ali več luči z več kot ene različne točke.
Zgodovina električne energije
Predhodniki električne energije segajo v antične čase, celo skoraj tri tisoč let pred Kristusom, kjer so ljudje opazovali določene električne pojave v naravi, čeprav niso vedeli, kako so bili proizvedeni ali njihove dinamike. Prav tako so bili priče nekaterih magnetnih pojavov, ki jih proizvajajo nekatere vrste materialov, pridobljenih v naravi, na primer magnetit ali njegova prisotnost v živalih.
Približno 2.750 pred našim štetjem je egiptovska civilizacija pisala o električnih ribah, najdenih v reki Nil, in jih omenjala kot zaščitnike druge favne v njej. Okoli leta 600 pred našim štetjem je bil Tales Miletski prvi, ki je odkril, da je jantar pridobil električne in magnetne lastnosti, če ga je podrgnil s posebnim materialom. Toda elektrika kot znanost sega v sedemnajsto in osemnajsto stoletje, sredi znanstvene revolucije, ko je bil videz tega področja študija popoln kontekst za začetek industrijske revolucije in njeno širitev po sodobnem svetu, ki je naraščal, bilo je ključno za razvoj človeštva.
Pred tem je v 16. stoletju filozof in zdravnik William Gilbert (1544-1603) pomembno prispeval k preučevanju električnega pojava, pri čemer je bil posebej pozoren na elektriko in magnetizem. Izraza "elektrika" in "elektrika" se prvič pojavita leta 1646 v delu Angleža Thomasa Brownea (1605-1682). Merske enote za različne električne pojave so se pojavile kasneje zahvaljujoč številnim prispevkom intelektualcev v fiziki.
Znanstveniku, politiku in izumitelju Benjaminu Franklinu (1706-1790) je leta 1752 uspelo usmeriti električno moč, ki jo vsebuje strela, skozi zmaja, kar je privedlo do izuma strelovoda; naprava, ki služi za prevajanje električne energije od strele do tal. Pozneje je italijanski fizik Alessandro Volta (1745-1827) leta 1800 izumil napetostno baterijo, ki je omogočala shranjevanje energije, pri čemer je izkoristila uporabo električne energije, ki jo ustvarjajo kemične reakcije; in leta 1831 je fizik Michael Faraday (1791-1867) razvil prvi električni generator, ki je omogočil neprekinjeno pošiljanje električnega toka.
Prva faza industrijske revolucije za svoj razvoj ni vključevala električne energije, saj je uporabljala energijo, ki jo proizvaja para. Že proti drugi industrijski revoluciji v 19. stoletju so elektriko in nafto uporabljali za proizvodnjo energije, kar je znanstveniku Thomasu Alvi Edisonu (1847-1931) omogočilo, da je leta 1879 prižgal prvo žarnico z žarilno nitko.
Konec 19. in na začetku 20. stoletja sta Edison, zagovornik enosmernega toka, in izumitelj in inženir Nikola Tesla (1856-1943), oče izmeničnega toka, oporekala prihodnosti električne energije.
V ZDA so popularizirali enosmerni tok za domačo in industrijsko uporabo; kmalu pa so ugotovili, da je neučinkovit na velike razdalje in kadar je potrebna večja napetost, ter oddaja ogromno toplote.
Tesla je razvil eksperimente, ki so privedli do odkrivanja alternativnih načinov prenosa električne energije na učinkovitejši način, kar je privedlo do odkritja izmeničnega toka.
George Westinghouse (1846-1914), ameriški poslovnež, je podprl in kupil Teslin izum, ki je sčasoma dobil bitko za elektriko, ker je bil to cenejši tip toka z manjšo izgubo energije.
Pomen električne energije
Njegov pomen je ključnega pomena za sodobno življenje, saj je eden temeljnih stebrov današnje družbe, saj v bistvu vse, kar ljudje uporabljamo, vključuje elektriko, da deluje: električne naprave, stroji, komunikacije, nekatere oblike prevoza, proizvodnja blaga in storitev, med drugim za področje medicine, znanosti.
Lahko ga ustvari človek ali izkoristi neposredno iz narave. Umetno elektriko ustvarjajo turbine, kondenzatorji in stroji, ki se zanašajo na delovanje narave, na primer jez, ki s silo velikih količin vode ustvarja tok, ki oskrbuje velika mesta.
Tudi planet Zemlja je sposoben proizvajati elektriko, tisti žarki, bliskavice in strele, ki jih vidimo na nebu sredi nevihte, so električni razelektritve, ki nastanejo zaradi trka ogromnih grozdov snovi in energije. Temu rečemo naravni električni tok in ga lahko uporablja človek s strelovodi in super odpornimi vodniki, ki lahko prevzamejo vpliv razelektritve takšne velikosti.
10 primerov uporabe električne energije
Električna energija se večkrat uporablja v človeških dejavnostih. Med najvidnejšimi primeri so:
- V vozilih z avtomobilsko elektriko, ki kroži po tokokrogih, ki dosežejo njene dele in za katere je potrebna elektrika, na primer luči, sirena, motor in se ustvarja iz akumulatorja.
- Za razsvetljavo, torej za vklop domače, javne in industrijske razsvetljave.
- Za vžig električnih naprav in elektronike.
- Za ustvarjanje toplote v zmernem podnebju, na primer z ogrevanjem.
- Za prevoz, kot so letala, saj za vzlet potrebujejo elektriko.
- Za medicinsko področje se uporablja v napravah, ki se uporabljajo za analize in študije.
- V industriji, ki za proizvodnjo potrošniških izdelkov zahteva velike količine električnega naboja.
- Za ustvarjanje gibanja skozi motorje, ki poganjajo električno energijo, pretvarjajo električno energijo v mehansko.
- Za komunikacije, ki se med drugim uporabljajo v napravah, kot so repetitorske antene, oddajniki.
- Za transport in nadzor tekočin, kot je voda, skozi elektromagnetne ventile, ki pomagajo zmeriti pretok.
