Elektryczność jest właściwość fizyczna materii. Polega na ujemnym lub dodatnim oddziaływaniu między protonami i elektronami materii. Określenie odnosi się do koloru bursztynowego, ze względu na wszechstronny i świetlisty kolor, jaki przedstawia. Jednak termin ten został po raz pierwszy wprowadzony do społeczności naukowej przez angielskiego naukowca Williama Gilberta (1544-1603) w XVI wieku, aby opisać zjawisko interakcji energii między cząstkami.
Co to jest prąd
Spis treści
Przez elektryczność fizyczną rozumie się zjawisko, które przejawia się obecnością ładunków elektrycznych obecnych w ciałach, ponieważ składają się one z cząsteczek i atomów, których oddziaływanie ich cząsteczek generuje impulsy elektryczne. Ładunki dodatnie i ujemne na atomach to elektryczność statyczna, podczas gdy ruch elektronów i ich uwolnienie z atomów wytwarzają prądy elektryczne.
Jest to część elektromagnetyzmu, który dostosowuje, z grawitacją i słabą siłą jądrową oraz silną siłą jądrową, do podstawowych interakcji natury.
Jego etymologia wywodzi się z łacińskiego electrum, także z greckiego élektron, co oznacza „bursztyn”. Grecki filozof Tales z Miletu (624-546 pne) zaobserwował, jak tarcie magnetyzuje bursztyn elektrycznością statyczną, a wieki później naukowiec Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) zauważył, jak dodatnie ładunki elektryczności ujawniły się przy pocieraniu szkła, az kolei negatywy pokazywano przy pocieraniu żywic, np. bursztynu.
Przepływu energii z ruchu lub ładunku elektrostatycznego, co nazywa elektrycznej lub przeniesienie elektronów od jednego do innego atomu i wynikową siłę elektryczny mierzy się w V i W., termin używany w energię elektryczną w języku angielskim, Został nazwany na cześć wynalazcy maszyny parowej Jamesa Watta (1736-1819).
Jednak w przyrodzie można znaleźć elektryczność, tak jak w przypadku zdarzeń atmosferycznych, bioelektryczność (elektryczność obecna u niektórych zwierząt) i magnetosfera.
Jednym z najbardziej znanych przypadków zwierząt wytwarzających energię elektryczną jest węgorz elektryczny, który ma w swoim ciele elektrocyty (organ tego zwierzęcia wytwarzający pole elektryczne), które znajdują się w całym jego ciele i działają podobnie do neuronów i może generować do 500 woltów wyładowań.
Ponieważ istnieje różnorodność pierwiastków, ich atomy są różne; dlatego niektóre materiały są nośnikami elektryczności, a inne izolatorami. Najlepszymi przewodnikami są metale, ponieważ mają one niewiele elektronów w swoich atomach, więc nie jest potrzebna większa ilość energii, aby te subatomowe cząsteczki przeskakiwały z jednego atomu na drugi.
Charakterystyka energii elektrycznej
Ze względu na swoją dynamikę, pochodzenie, działanie i zjawiska, które wywołuje, ma cechy, które go wyróżniają. Wśród głównych z nich są:
- Łącznie. Istnieją urządzenia z możliwością magazynowania energii elektrycznej w substancjach chemicznych wewnątrz akumulatorów, co pozwala na jej zatrzymanie do późniejszego wykorzystania (baterie).
- Sposób uzyskania. W przypadku baterii lub ogniw otrzymywany jest chemicznie; także przez indukcję elektromagnetyczną podczas przesuwania przewodnika w polu magnetycznym, takiego jak alternatory; i od światła, gdy określone rodzaje metali uwalniają elektrony, gdy pada na nie światło słoneczne (panele słoneczne).
- Jego skutki. Mogą to być fizyczne, mechaniczne lub kinetyczne, termiczne, chemiczne, magnetyczne i świetlne.
- Jej przejawy. Mogą występować m.in. w postaci wyładowań atmosferycznych, elektryczności statycznej, przepływu prądu.
- Niebezpieczeństwo. Wytwarzając ciepło, może powodować poważne oparzenia, a w przypadku cięższego narażenia nawet śmierć.
- Oporność i przewodnictwo. Jest to odpowiednio opozycja niektórych rodzajów materii przed jej przejściem i jej łatwym przepływem.
Rodzaje energii elektrycznej
Istnieje kilka rodzajów energii elektrycznej, najważniejsze to:
Statyczny
Wyładowanie elektrostatyczne powstaje w wyniku nadmiernego ładunku elektrycznego, który gromadzi się w materiale przewodzącym lub izolującym.
Wiadomo, że atomy składają się z pewnej liczby protonów (ładunek dodatni) w swoim jądrze i tej samej liczby elektronów (ładunek ujemny) krążących wokół niego, co powoduje, że atom ten jest elektrycznie obojętny lub w stanie równowagi; ale kiedy tarcie jest generowane między dwoma ciałami lub substancjami, ładunki mogą być generowane na tych obiektach.
Dzieje się tak, ponieważ elektrony obu materiałów zetkną się, powodując nierównowagę w ładunkach atomów, co prowadzi do statyczności. Jest tak nazywany, ponieważ powstaje w atomach znajdujących się w stanie spoczynku, a jego ładunek nie porusza się, ale pozostaje nieruchomy. Przykładem tego jest sytuacja, w której przejeżdżamy szczotką przez włosy, a niektóre z nich są unoszone przez statyczne tarcie między ich materiałem a włosami. Artefakty, takie jak drukarki, wykorzystują ładunki elektrostatyczne, aby odsłonić toner lub atrament na papierze.
Dynamiczny
Ten typ jest wytwarzany przez obciążenie, które jest w ruchu lub jego przepływ. Aby to zrobić, potrzebujesz źródła elektrycznego (które może być chemiczne, takie jak bateria lub elektromechaniczne, takie jak dynamo), które powoduje przepływ elektronów przez materiał przewodzący, przez który mogą krążyć ładunki elektryczne.
W nim elektrony przemieszczają się od jednego atomu do drugiego i tak dalej. Ten obieg jest znany jako prąd elektryczny. Przykładem tego typu energii elektrycznej są gniazdka elektryczne, które są źródłem dynamicznej energii elektrycznej dla urządzeń i innych urządzeń wymagających energii elektrycznej.
Ważne jest, aby podkreślić istnienie innych rodzajów energii elektrycznej, wśród których są:
- Podstawowy: ten typ odnosi się do przyciągania ładunków dodatnich i ujemnych, w których obiekty zostaną naładowane. Jest generowany z dwóch biegunów, które niekoniecznie muszą się stykać, ale przyciągać. Ten rodzaj elektryczności znajduje się w przedmiotach codziennego użytku.
- Behawioralna: jest uważana za część dynamiki, ponieważ jest przenoszona za pomocą przewodników, dlatego porusza się po obwodach. Istnieją różne przewodniki, takie jak między innymi metale (zwłaszcza miedź), aluminium, złoto, węgiel.
- Elektromagnetyczny: jest generowany przez pole magnetyczne, które może być magazynowane i emitowane jako promieniowanie, dlatego zaleca się, aby nie wystawiać się na tego typu pole przez długi czas. Fizyk Hans Christian Ørsted (1777-1851) odkrył związek między magnetyzmem a elektrycznością, obserwując, że prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne.
Wśród zastosowań tego typu elektryczności wyróżnia się w medycynie, np. Do aparatów rentgenowskich czy do wykonywania rezonansu magnetycznego.
- Przemysł: To jest to, co musi zostać wygenerowane w przypadku dużych maszyn używanych do masowej produkcji produktów, które wymagają dużych ilości energii, ponieważ mają dużą moc.
Powstał po tym, jak nauka dowiodła, że naturalne zasoby energii, takie jak błyskawice, mogą być kierowane i wykorzystywane przez człowieka, stając się potężnym źródłem energii elektrycznej, co pozwoliło zaspokoić potrzeby przemysłu.
Manifestacje elektryczne
Ładunek elektryczny
Jest to właściwość, że niektóre cząstki subatomowe (elektrony, neutrony i protony) muszą się przyciągać i odpychać, a także określa ich oddziaływanie elektromagnetyczne. Jest to wytwarzane w atomach, które przenoszą je na cząsteczki innego ciała lub przez materiał przewodzący. Odnosi się również do zdolności cząstki do wymiany fotonów (cząsteczek światła lub energii elektromagnetycznej).
Jest to obecne na przykład w elektryczności statycznej, która jest ładunkiem stacjonarnym w ciele. Ponadto ładunek wywołuje siłę elektromagnetyczną, ponieważ wytwarza siłę na innych. Ładunki mogą być negatywne, a inne pozytywne, a te tego samego typu zostaną odparte, podczas gdy przeciwne będą się przyciągać.
Ładunki są mierzone w kulombach jednostkowych lub kulombach i są reprezentowane przez literę C i oznaczają ilość ładunku, która przechodzi przez sekcję jakiegoś przewodnika w okresie jednej sekundy. Zarówno materia, jak i antymateria mają równe i przeciwne ładunki do odpowiadających im cząstek.
Prąd elektryczny
Jest to przepływ ładunku elektrycznego przez materiał, wywołany ruchem elektronów lub innego rodzaju ładunku. Wytworzy pole magnetyczne, jedno ze zjawisk elektrycznych, które można wykorzystać, w tym przypadku przez elektromagnes.
Materiały, przez które będzie krążył ten przepływ, mogą być stałe, ciekłe lub gazowe. W materiałach stałych elektrony się poruszają; jony (atomy lub cząsteczki, które nie są elektrycznie obojętne) poruszają się w cieczach; a gazowe mogą być zarówno elektronami, jak i jonami.
Ilość prądu w jednostce czasu nazywana jest natężeniem prądu elektrycznego, co symbolizuje litera I i jest wyrażane w kulombach na sekundę lub amperach.
Prąd elektryczny może być:
- Ciągły lub bezpośredni, czyli te przepływy ładunków, które krążą po stałej ścieżce, nie jest przerywany żadnym okresem próżni, ponieważ przebiega tylko w jednym kierunku.
- Alterna, czyli ta, która porusza się w dwóch kierunkach, modyfikuje swoją trasę i intensywność.
- Trójfazowy, czyli zgrupowanie trzech prądów przemiennych o tej samej amplitudzie, częstotliwości i wartości skutecznej (koncepcja stosowana do badania fal okresowych), przedstawiających różnicę 120º między fazą a fazą.
pole elektryczne
Jest to pole elektromagnetyczne, które zostało wygenerowane przez ładunek elektryczny (nawet gdy się nie porusza) i wpływa na ładunki, które go otaczają lub są w nim. Pola nie są mierzalne, ale można zaobserwować obciążenia, które są na nich umieszczone.
Pole elektryczne to fizyczna przestrzeń, w której oddziałują na siebie ładunki elektryczne różnych ciał i określa się koncentrację intensywności siły elektrycznej. W tym regionie właściwości zostały zmodyfikowane przez obecność ładunku.
Potencjał elektryczny
Odnosi się do pojemności, jaką ma ciało elektryczne lub energii potrzebnej do przesunięcia obciążenia lub wykonania pracy i jest mierzona w woltach. Pojęcie to jest powiązane z pojęciem różnicy potencjałów, którą definiuje się jako energię potrzebną do przeniesienia ładunku z jednego punktu do drugiego.
Można to zdefiniować tylko w ograniczonym obszarze przestrzeni dla pola statycznego, ponieważ dla ruchomych ładunków wykorzystywane są potencjały Liénarda-Wiecherta (opisują one pola elektromagnetyczne rozkładu poruszających się ładunków).
Elektromagnetyzm
Odnosi się to do pól magnetycznych, które są generowane przez ładunki elektryczne, które są w ruchu i które powodują przyciąganie lub odpychanie w kierunku materiałów znajdujących się w tych polach, które mogą generować prąd elektryczny.
Obwody elektryczne
Odnosi się do połączenia co najmniej dwóch elementów elektrycznych, tak aby ładunek elektryczny mógł przepływać po zamkniętej ścieżce w określonym celu. Składają się one z elementów, takich jak komponenty, węzły, gałęzie, siatki, źródła i przewodniki.
Istnieją obwody z odbiornikiem, jak w przypadku żarówek czy dzwonków; obwody szeregowe, takie jak lampki choinkowe; obwody równoległe, takie jak światła, które włączają się jednocześnie tym samym przełącznikiem; obwody mieszane (łączą szereg i równoległe); i przełączane, czyli takie, które pozwalają na przykład włączyć jedno lub więcej świateł z więcej niż jednego różnych punktów.
Historia elektryczności
Przodkowie elektryczności sięgają czasów starożytnych, nawet prawie trzy tysiące lat przed Chrystusem, kiedy ludzie obserwowali pewne zjawiska elektryczne w przyrodzie, mimo że nie wiedzieli, w jaki sposób powstały, ani o ich dynamice. Byli też świadkami pewnych zjawisk magnetycznych wywołanych przez niektóre rodzaje materiałów pozyskanych w przyrodzie, takie jak magnetyt, lub jego obecność u zwierząt.
Około 2750 rpne cywilizacja egipska napisała o rybach elektrycznych znalezionych w Nilu, nazywając je obrońcami pozostałej w nim fauny. Około 600 rpne Tales z Miletu był pierwszą osobą, która odkryła, że bursztyn uzyskał właściwości elektryczne i magnetyczne po potarciu określonym materiałem. Ale elektryczność jako nauka sięga XVII i XVIII wieku, w środku rewolucji naukowej, kiedy pojawienie się tej dziedziny studiów było idealnym kontekstem dla początku rewolucji przemysłowej i jej ekspansji na wschodzący współczesny świat, miało to kluczowe znaczenie dla rozwoju ludzkości.
Wcześniej, w XVI wieku, filozof i lekarz William Gilbert (1544-1603) wniósł ważny wkład w badanie zjawiska elektrycznego, zwracając szczególną uwagę na elektryczność i magnetyzm. Terminy „elektryczność” i „elektryczność” pojawiły się po raz pierwszy w 1646 roku w pracach Anglika Thomasa Browne'a (1605-1682). Jednostki miary dla różnych zjawisk elektrycznych pojawiły się później dzięki licznemu wkładowi intelektualistów w fizykę.
Naukowiec, polityk i wynalazca Benjamin Franklin (1706-1790), w 1752 r. Zdołał skierować energię elektryczną zawartą w piorunie przez latawiec, co doprowadziło do wynalezienia piorunochronu; urządzenie służące do przewodzenia prądu elektrycznego z pioruna na ziemię. Później włoski fizyk Alessandro Volta (1745-1827) wynalazł baterię napięciową w 1800 roku, która pozwalała na magazynowanie energii, wykorzystując energię elektryczną wytwarzaną w reakcjach chemicznych; aw 1831 roku fizyk Michael Faraday (1791-1867) opracował pierwszy generator elektryczny, który umożliwiał ciągłe przesyłanie prądu elektrycznego.
Pierwsza faza rewolucji przemysłowej nie wymagała elektryczności do jej rozwoju, gdyż wykorzystywała energię wytwarzaną przez parę. Już w okresie drugiej rewolucji przemysłowej w XIX wieku do wytwarzania energii wykorzystywano energię elektryczną i ropę, co pozwoliło naukowcowi Thomasowi Alva Edison (1847-1931) zapalić pierwszą żarówkę w 1879 roku.
Pod koniec XIX i na początku XX wieku Edison, obrońca prądu stałego, oraz wynalazca i inżynier Nikola Tesla (1856-1943), ojciec prądu przemiennego, dyskutowali o przyszłości elektryczności.
Prąd stały został spopularyzowany w Stanach Zjednoczonych do użytku domowego i przemysłowego; Wkrótce jednak odkryto, że jest on nieefektywny na dużych odległościach i gdy wymagane jest wyższe napięcie, i emituje ogromne ilości ciepła.
Tesla opracował eksperymenty, które doprowadziły do odkrycia alternatywnych sposobów transportu energii elektrycznej w bardziej efektywny sposób, co zaowocowało odkryciem prądu przemiennego.
George Westinghouse (1846-1914), amerykański biznesmen, poparł i kupił wynalazek Tesli, który ostatecznie wygrał bitwę o elektryczność, ponieważ był to tańszy rodzaj prądu z mniejszymi stratami energii.
Znaczenie energii elektrycznej
Jego znaczenie ma zasadnicze znaczenie dla współczesnego życia, będąc jednym z podstawowych filarów dzisiejszego społeczeństwa, ponieważ zasadniczo wszystko, czego ludzie używają, obejmuje energię elektryczną: urządzenia elektryczne, maszyny, komunikacja, niektóre formy transportu, produkcja towarów i usług m.in. w dziedzinie medycyny, nauki.
Może być stworzony przez człowieka lub wykorzystany bezpośrednio z natury. Wytworzona przez człowieka energia elektryczna jest wytwarzana przez turbiny, skraplacze i maszyny, których działanie opiera się na sile natury, takie jak tamy, które wykorzystują siłę dużych ilości wody do generowania prądu, który zasila duże miasta.
Planeta Ziemia jest również zdolna do generowania elektryczności, a promienie, błyski i błyskawice, które widzimy na niebie w środku burzy, są wyładowaniami elektrycznymi generowanymi przez zderzenie ogromnych skupisk materii i energii. Nazywa się to naturalnym prądem elektrycznym i może być używany przez człowieka z piorunochronami i super odpornymi przewodnikami zdolnymi do pochłaniania uderzenia wyładowania o takiej wielkości.
10 przykładów wykorzystania energii elektrycznej
Energia elektryczna ma wiele zastosowań w działalności człowieka. Do najważniejszych przykładów należą:
- W pojazdach z samochodowym prądem elektrycznym, który krąży w obwodach docierających do jego części i które do działania wymagają energii elektrycznej, takich jak między innymi światła, klakson, silnik, i jest wytwarzany z akumulatora.
- Do oświetlenia, czyli do włączania oświetlenia domowego, publicznego i przemysłowego.
- Do zapłonu urządzeń elektrycznych i elektroniki.
- Do wytwarzania ciepła w klimacie umiarkowanym, np. Poprzez ogrzewanie.
- Do transportu, takiego jak samoloty, ponieważ do startu potrzebują energii elektrycznej.
- Do zastosowań medycznych w urządzeniach służących do przeprowadzania analiz i badań.
- W przemyśle, który wymaga dużych ilości ładunku elektrycznego do produkcji wyrobów konsumenckich.
- Aby wygenerować ruch za pomocą silników napędzających energię elektryczną, przekształcając energię elektryczną w energię mechaniczną.
- Do komunikacji, stosowany w urządzeniach takich jak anteny repeaterów, nadajniki, między innymi.
- Do transportu i kontroli płynów, takich jak woda, za pomocą zaworów elektromagnetycznych, które pomagają ograniczać przepływ.
