Elektrina je fyzikálna vlastnosť hmoty. Pozostáva z negatívnej alebo pozitívnej interakcie medzi protónmi a elektrónmi hmoty. Tento výraz označuje jantárovú farbu vďaka univerzálnej a svetlej farbe, ktorú predstavuje. Prvýkrát však tento termín zaviedol do vedeckej spoločnosti anglický vedec William Gilbert (1544 - 1603) v 16. storočí, aby opísal fenomén energetickej interakcie medzi časticami.
Čo je to elektrina
Obsah
Fyzikálnou elektrinou sa rozumejú javy, ktoré sa prejavujú prítomnosťou elektrických nábojov prítomných v telách, pretože sú tvorené molekulami a atómami, ktorých interakcia ich čiastkových častíc generuje elektrické impulzy. Pozitívnym a negatívnym nábojom na atómoch je statická elektrina, zatiaľ čo pohyb elektrónov a ich uvoľňovanie z atómov produkuje elektrické prúdy.
Toto je súčasť elektromagnetizmu, ktorý s gravitáciou a slabou jadrovou silou a silnou jadrovou silou formuje základné interakcie prírody.
Jeho etymológia pochádza z latinského electra, tiež z gréckeho élektron, čo znamená „jantár“. Grécky filozof Thales z Milétu (624 - 546 pred n. L.) Pozoroval, ako trenie magnetizovalo jantár statickou elektrinou, a o storočia neskôr si vedec Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) všimol, ako kladné náboje elektriny odhalili sa pri trení skla a naopak, negatívy sa ukázali pri trení živíc, napríklad jantáru.
Tok energie z pohybu alebo statických nábojov je to, čo sa nazýva elektrickej energie, alebo prenos elektrónov z jedného atómu k druhému, a výsledný elektrický sila sa meria vo voltoch alebo wattoch, termín používaný v elektrickej energie v angličtine, a Názov dostal podľa vynálezcu parného stroja Jamesa Watta (1736-1819).
Je však možné nájsť elektrinu v prírode, ako je to v prípade atmosférických udalostí, bioelektrinu (elektrina prítomná u niektorých živočíchov) a magnetosféru.
Jedným z najznámejších prípadov zvierat, ktoré vyrábajú elektrinu, je úhor elektrický, ktorý má v tele elektrocyty (orgán tohto zvieraťa, ktoré generuje elektrické polia), ktoré sa nachádzajú v celom tele a fungujú podobným spôsobom ako neuróny a môžu generovať až 500 voltové výboje.
Pretože existuje rozmanitosť prvkov, ich atómy sú rôzne; preto sú niektoré materiály nositeľmi elektriny a iných izolátorov. Najlepšie vodiče sú kovy, pretože majú v atómoch málo elektrónov, takže na to, aby tieto subatomárne molekuly preskočili z jedného atómu na druhý, nie je potrebné väčšie množstvo energie.
Elektrické charakteristiky
Podľa svojej dynamiky, pôvodu, výkonu a javov, ktoré produkuje, má vlastnosti, vďaka ktorým vyniká. Medzi hlavné patria:
- Kumulatívne. Existujú zariadenia schopné akumulovať elektrinu v chemických látkach vo vnútri akumulátorov, ktoré umožňujú jej uchovanie pre ďalšie použitie (batérie).
- Jeho spôsob získania. V prípade batérií alebo článkov sa získava chemicky; tiež elektromagnetickou indukciou pri pohybe vodiča v magnetickom poli, ako sú alternátory; a zo svetla, keď určité druhy kovov uvoľňujú elektróny, keď na ne dopadá slnečné svetlo (solárne panely).
- Jeho účinky. Môžu to byť fyzikálne, mechanické alebo kinetické, tepelné, chemické, magnetické a svetelné.
- Jeho prejavy. Môžu mať okrem iného podobu blesku, statickej elektriny, prúdových tokov.
- Nebezpečnosť. Generovaním tepla môže spôsobiť vážne popáleniny a v prípade silnejšieho vystavenia smrti.
- Odpor a vodivosť. Je to opozícia niektorých druhov hmoty pred jej prechodom a jej ľahký tok, resp.
Druhy elektriny
Existuje niekoľko druhov elektriny, najdôležitejšie sú:
Statický
Statický vzniká z nadmerného elektrického náboja, ktorý sa hromadí vo vodivom alebo izolačnom materiáli.
Je známe, že atómy sú zložené z určitého počtu protónov (kladný náboj) v ich jadre a rovnakého počtu elektrónov (negatívny náboj) obiehajúcich okolo neho, čo robí uvedený atóm elektricky neutrálnym alebo v rovnováhe; ale keď sa vytvorí trenie medzi dvoma telesami alebo látkami, môžu sa na uvedených objektoch vytvárať náboje.
Je to preto, že elektróny obidvoch materiálov prídu do kontaktu, čím vzniknú nerovnováhy v nábojoch atómov, čo povedie k statickým. Nazýva sa to preto, lebo sa generuje v atómoch, ktoré sú v pokoji a jeho náboj sa nepohybuje, ale zostáva nehybný. Príkladom toho je, keď pretrieme kefu cez vlasy a niektoré sa zdvihnú statickou silou trenia medzi jej materiálom a vlasmi. Artefakty, ako napríklad tlačiarne, používajú statické prostriedky na odhalenie tonera alebo atramentu na papieri.
Dynamický
Tento typ je produkovaný zaťažením, ktoré je v pohybe, alebo jeho tokom. Na tento účel je potrebný elektrický zdroj (ktorý môže byť chemický, napríklad batéria alebo elektromechanický, napríklad dynamo), ktorý umožňuje prúdenie elektrónov cez vodivý materiál, cez ktorý môžu tieto elektrické náboje cirkulovať.
V ňom sa elektróny pohybujú od jedného atómu k druhému a podobne. Táto cirkulácia je známa ako elektrický prúd. Príkladom tohto typu elektriny sú elektrické zásuvky, ktoré sú zdrojom dynamickej elektriny pre spotrebiče a iné spotrebiče, ktoré elektrinu vyžadujú.
Je dôležité zdôrazniť existenciu ďalších druhov elektriny, medzi ktoré patria:
- Základné: Tento typ označuje typ priťahovania kladných a záporných nábojov, pri ktorom sa budú nabíjať objekty. Je generovaný z dvoch pólov, ktoré sa navzájom nevyhnutne nesmú dotýkať, ale priťahovať. Tento typ elektriny sa nachádza v každodenných predmetoch.
- Behaviorálne: Považuje sa to za súčasť dynamiky, pretože sa prenáša pomocou vodičov, a preto sa neustále pohybuje v obvodoch. Existujú rôzne vodiče, napríklad kovy (najmä meď), hliník, zlato, uhlík.
- Elektromagnetické: Je generované magnetickým poľom, ktoré je možné ukladať a emitovať ako žiarenie, preto sa odporúča dlho sa tomuto typu poľa nevystavovať. Fyzik Hans Christian Ørsted (1777-1851) objavil vzťah medzi magnetizmom a elektrinou pozorovaním, že elektrický prúd vytvára magnetické pole.
Medzi aplikáciami tohto typu elektriny vyniká v medicíne napríklad pre röntgenové prístroje alebo na zobrazovanie magnetickou rezonanciou.
- Priemyselný priemysel: To je potrebné vygenerovať pre veľké strojové zariadenia používané pri hromadnej výrobe výrobkov, ktoré vyžadujú veľké množstvo energie, pretože majú vysoký výkon.
Bol vyvinutý po tom, čo veda dokázala, že prírodné zdroje energie, ako napríklad blesk, môžu byť usmerňované a používané človekom, čím sa z nich stane silný zdroj elektrickej energie, ktorý umožňuje uspokojovať potreby priemyslu.
Elektrické prejavy
Nabíjačka
Je to vlastnosť, že niektoré subatomárne častice (elektróny, neutróny a protóny) sa musia navzájom priťahovať a odpudzovať, čo tiež definuje ich elektromagnetickú interakciu. Ten sa produkuje v atómoch, ktoré ho prenášajú na molekuly iného tela alebo cez vodivý materiál. Tiež sa vzťahuje na schopnosť častice vymieňať si fotóny (častice svetla alebo elektromagnetickej energie).
Toto je prítomné napríklad v statickej elektrine, ktorá je nábojom stojacim v tele. Poplatok tiež vyvoláva elektromagnetickú silu, pretože vytvára silu na ostatných. Poplatky môžu byť záporné a iné kladné a poplatky rovnakého typu budú odpudzované, zatiaľ čo opak sa bude priťahovať.
Náboje sa merajú jednotkou coulomb alebo coulomb a sú reprezentované písmenom C a znamenajú množstvo náboja, ktoré prechádza časťou niektorého vodiča za jednu sekundu. Hmota aj antihmota majú rovnaké a opačné náboje ako zodpovedajúce častice.
Elektrický prúd
Jedná sa o tok elektrického náboja materiálom, ktorý vzniká pohybom elektrónov alebo iným typom náboja. Bude produkovať magnetické pole, jeden z elektrických javov, ktoré je možné využiť, v tomto prípade elektromagnetom.
Materiály, cez ktoré bude tento tok cirkulovať, môžu byť pevné, kvapalné alebo plynné. V pevných materiáloch sa pohybujú elektróny; ióny (atómy alebo molekuly, ktoré nie sú elektricky neutrálne) sa pohybujú v kvapalinách; a plynné, môžu to byť elektróny aj ióny.
Veľkosť prúdového náboja za jednotku času je známa ako intenzita elektrického prúdu, ktorá je symbolizovaná písmenom I a udáva sa ako coulomb za sekundu alebo ampér.
Elektrický prúd môže byť:
- Kontinuálne alebo priame, čo sú toky nábojov, ktoré cirkulujú konštantnou cestou, nie je prerušený žiadnou vákuovou periódou, pretože je iba jedným smerom.
- Alterna, ktorá sa pohybuje v dvoch smeroch, upravuje svoju trasu a intenzitu.
- Triphasic, čo je zoskupenie troch striedavých prúdov s rovnakou amplitúdou, frekvenciou a efektívnou hodnotou (koncept používaný na štúdium periodických vĺn), ktorý predstavuje rozdiel 120 ° medzi fázou a fázou.
elektrické pole
Jedná sa o elektromagnetické pole, ktoré bolo generované elektrickým nábojom (aj keď sa nepohybuje) a ktoré ovplyvňuje náboje, ktoré ho obklopujú alebo sú v ňom. Polia nie sú merateľné, ale je možné pozorovať náboje, ktoré sú na ne umiestnené.
Elektrické pole je fyzický priestor, kde vzájomne pôsobia elektrické náboje rôznych telies, a definuje sa koncentrácia intenzity elektrickej sily. V tejto oblasti boli vlastnosti upravené prítomnosťou náboja.
Elektrický potenciál
Vzťahuje sa na kapacitu, ktorú má elektrické teleso, alebo na energiu potrebnú na presun nákladu alebo na vykonávanie práce a meria sa vo voltoch. Tento koncept súvisí s konceptom potenciálneho rozdielu, ktorý je definovaný ako energia potrebná na presun náboja z jedného bodu do druhého.
To je možné definovať iba v obmedzenej oblasti priestoru pre statické pole, pretože pre pohyblivé náboje sa používajú Liénard-Wiechertove potenciály (opisujú elektromagnetické polia rozloženia pohyblivých nábojov).
Elektromagnetizmus
Týka sa to magnetických polí, ktoré sú generované v dôsledku elektrických nábojov, ktoré sú v pohybe a ktoré vytvárajú príťažlivosť alebo odpor voči materiálom, ktoré sú v týchto poliach, a ktoré môžu generovať elektrický prúd.
Elektrické obvody
Vzťahuje sa na spojenie najmenej dvoch elektrických komponentov, takže elektrický náboj môže z nejakého konkrétneho dôvodu prúdiť uzavretou cestou. Skladajú sa z prvkov, ako sú súčasti, uzly, vetvy, pletivá, zdroje a vodiče.
Existujú obvody s prijímačom, ako v prípade žiaroviek alebo zvonov; sériové obvody, napríklad vianočné svetlá; paralelné obvody, napríklad svetlá, ktoré sa zapínajú rovnakým vypínačom súčasne; zmiešané obvody (kombinujú sériové a paralelné); a prepínané, čo sú také, ktoré umožňujú napríklad zapnúť jedno alebo viac svetiel z viac ako jedného iného bodu.
História elektriny
Predchodcovia elektriny siahajú do dávnych čias, dokonca takmer tri tisíc rokov pred Kristom, kde človek pozoroval určité elektrické javy v prírode, napriek tomu, že nevedel, ako boli vyrobené, ani o ich dynamike. Rovnako boli svedkami určitých magnetických javov produkovaných niektorými druhmi materiálov získaných v prírode, ako je magnetit, alebo ich prítomnosti v zvieratách.
Približne 2 750 rokov pred naším letopočtom napísala egyptská civilizácia o elektrických rybách nájdených v rieke Níl a označila ich ako ochrancov ostatnej fauny v nej. Okolo roku 600 pred naším letopočtom bol Thales z Milétu prvým človekom, ktorý zistil, že jantár získal elektrické a magnetické vlastnosti, keď ho natrel konkrétnym materiálom. Ale elektrina ako veda sa datuje do sedemnásteho a osemnásteho storočia, uprostred vedeckej revolúcie, keď bol vzhľad tohto študijného odboru dokonalým kontextom pre začiatok priemyselnej revolúcie a jej expanziu v modernom svete, ktorý sa rozvíjal, bolo to rozhodujúce pre rozvoj ľudstva.
Pred tým, v 16. storočí, filozof a lekár William Gilbert (1544 - 1603) významne prispel k štúdiu elektrického javu, pričom osobitnú pozornosť venoval elektrine a magnetizmu. Pojmy „elektrina“ a „elektrický“ sa prvýkrát objavujú v roku 1646 v diele Angličana Thomasa Browna (1605 - 1682). Jednotky merania rôznych elektrických javov sa objavili neskôr vďaka mnohým príspevkom intelektuálov z fyziky.
Vedcovi, politikovi a vynálezcovi Benjaminovi Franklinovi (1706 - 1790) sa v roku 1752 podarilo preniesť elektrickú energiu obsiahnutú v blesku cez draka, čo viedlo k vynálezu bleskozvodu; zariadenie, ktoré slúži na vedenie elektriny z blesku na zem. Neskôr taliansky fyzik Alessandro Volta (1745-1827) vynašiel v roku 1800 napäťovú batériu, ktorá umožňovala ukladanie energie, s využitím elektrickej energie generovanej chemickými reakciami; a v roku 1831 vyvinul fyzik Michael Faraday (1791-1867) prvý elektrický generátor, ktorý umožňoval kontinuálne vysielať elektrický prúd.
Prvá etapa priemyselnej revolúcie nezahŕňala pre svoj rozvoj elektrinu, pretože využívala energiu generovanú parou. Už na konci druhej priemyselnej revolúcie v 19. storočí sa na výrobu energie využívala elektrina a ropa, čo vedcovi Thomasovi Alvovi Edisonovi (1847-1931) umožnilo v roku 1879 rozsvietiť prvú žiarovku s vláknami.
Na konci 19. a na začiatku 20. storočia Edison, obranca jednosmerného prúdu, a vynálezca a inžinier Nikola Tesla (1856-1943), otec striedavého prúdu, polemizovali o budúcnosti elektriny.
V USA bol popularizovaný jednosmerný prúd pre domáce a priemyselné použitie; čoskoro sa však zistilo, že je neúčinný na veľké vzdialenosti a keď je potrebné vyššie napätie, a vyžaruje obrovské množstvo tepla.
Spoločnosť Tesla vyvinula experimenty, ktoré viedli k objaveniu alternatívnych spôsobov transportu elektrickej energie efektívnejším spôsobom, čo malo za následok objavenie striedavého prúdu.
George Westinghouse (1846-1914), americký podnikateľ, podporil a kúpil Teslov vynález, ktorý nakoniec zvíťazil v boji o elektrinu, pretože išlo o lacnejší typ prúdu s menšími stratami energie.
Dôležitosť elektriny
Jeho dôležitosť je pre moderný život zásadná, pretože je jedným zo základných pilierov dnešnej spoločnosti, pretože na fungovanie elektriny v zásade patrí všetko, čo ľudia používajú: elektrické spotrebiče, stroje, komunikácie, niektoré formy dopravy, výroby tovarov a služieb pre oblasť medicíny, vedy a ďalších oblastí.
Môže ho vytvoriť človek alebo ho môže využiť priamo z prírody. Umelú elektrinu vytvárajú turbíny, kondenzátory a stroje, ktoré sa spoliehajú na fungovanie prírodnej sily, napríklad priehrady, ktoré využívajú silu veľkého množstva vody na generovanie prúdu, ktorý dodáva veľké mestá.
Planéta Zem je tiež schopná vyrábať elektrinu, tie lúče, blesky a blesky, ktoré vidíme na oblohe uprostred búrky, sú elektrickými výbojmi generovanými zrážkou obrovských zhlukov hmoty a energie. Toto sa nazýva prírodný elektrický prúd a môže ho používať človek s bleskozvodmi a superodpornými vodičmi, ktoré sú schopné absorbovať náraz výboja takej veľkosti.
10 príkladov použitia elektriny
Elektrická energia má v ľudských činnostiach rôzne využitie. Medzi najvýznamnejšie príklady patria:
- Vo vozidlách s automobilovou elektrinou, ktorá cirkuluje obvodmi, ktoré sa dostanú do jej častí a ktoré na svoju činnosť vyžadujú elektrinu, ako sú napríklad svetlá, klaksón, motor a je generovaná z batérie.
- Na osvetlenie, teda na zapínanie domáceho, verejného a priemyselného osvetlenia.
- Na zapaľovanie elektrických spotrebičov a elektroniky.
- Na výrobu tepla v miernom podnebí, napríklad prostredníctvom vykurovania.
- Na prepravu, ako sú lietadlá, pretože na štart potrebujú elektrinu.
- V lekárskej oblasti sa používa v zariadeniach, ktoré sa používajú na vykonávanie analýz a štúdií.
- V priemysle, ktorý vyžaduje veľké množstvo elektrického náboja na výrobu spotrebného tovaru.
- Na generovanie pohybu motormi, ktoré poháňajú elektrickú energiu, a premieňajú elektrickú energiu na mechanickú.
- Na komunikáciu, ktorá sa používa v zariadeniach, ako sú napríklad opakovacie antény, vysielače a iné.
- Na prepravu a kontrolu tekutín, napríklad vody, prostredníctvom elektromagnetických ventilov, ktoré pomáhajú zmierňovať prietok.
