Elektrina môže byť bezpečne nazývaná jedným z najdôležitejších objavov, ktoré kedy človek urobil. Pomohol rozvoju našej civilizácie od samého začiatku jej vzniku....

Elektrina môže byť bezpečne nazývaná jedným z najdôležitejších objavov, ktoré kedy človek urobil. Pomohlo to rozvíjať našu civilizáciu od samého začiatku jej vzhľadu. Ide o najekologickejší druh energie na planéte a je pravdepodobné, že elektrina bude schopná nahradiť všetky suroviny, ak ich už na Zemi nezostane.

Termín pochádza z gréčtiny „elektrón“ a znamená „jantárový“. Už v 7. storočí pred Kristom si staroveký grécky filozof Thales všimol, že jantár má schopnosť priťahovať vlasy a ľahké materiály, ako sú korkové hobliny. Tak sa stal objaviteľom elektriny. Ale až v polovici 17. storočia pozorovania Thalesa podrobne študoval Otto von Guericke. Tento nemecký fyzik vytvoril prvý elektrický spotrebič na svete. Bola to rotujúca guľa síry, pripevnená na kovovom kolíku a vyzerala ako jantár so silou príťažlivosti a odpudivosti.

Thales - objaviteľ elektriny

Počas niekoľkých storočí Guerickeho „elektrický stroj“ výrazne zdokonaľovali nemeckí vedci ako Bose, Winkler a tiež Angličan Hawksby. Experimenty s elektrickým strojom dali impulz k novým objavom v 18. storočí.: Fyzik du Fey, pôvodom z Francúzska, v roku 1707 objavil rozdiel medzi elektrinou, ktorú získavame trením skleneného kruhu, a elektrinou, ktorú získavame trením kruhu z drevenej živice. V roku 1729 anglickí vedci Gray a Wheeler zistili, že niektoré telesá nimi dokážu prenášať elektrinu a ako prví zdôraznili, že telesá možno rozdeliť na dva typy: vodiče a nevodiče elektriny.

Veľmi významný objav urobil v roku 1729 holandský fyzik Muschenbroek, ktorý sa narodil v Leidene. Tento profesor filozofie a matematiky ako prvý zistil, že sklenená nádoba utesnená na oboch stranách oceľovým plechom môže akumulovať elektrinu. Keďže experimenty sa uskutočnili v meste Leiden, zariadenie sa volalo tak - Leiden jar.

Vedec a verejná osobnosť Benjamin Franklin uviedol jednu teóriu, v ktorej povedal, že existuje pozitívna aj negatívna elektrina. Vedec dokázal vysvetliť samotný proces nabíjania a vybíjania sklenenej nádoby a poskytol dôkaz, že výstelku nádoby z Leyden možno ľahko elektrifikovať rôznymi nábojmi elektriny.

Benjamin Franklin venoval poznaniu atmosférickej elektriny viac než dostatočnú pozornosť, rovnako ako ruskí vedci G. Richman, ako aj M.V. Lomonosov. Vedec vynašiel bleskozvod, pomocou ktorého doložil, že samotný blesk vzniká rozdielom elektrických potenciálov.

V roku 1785 bol odvodený Coulombov zákon, ktorý popisoval elektrickú interakciu medzi bodovými nábojmi. Zákon objavil C. Coulomb, vedec z Francúzska, ktorý ho vytvoril na základe opakovaných pokusov s oceľovými guličkami.

Jedným z veľkých objavov talianskeho vedca Luigiho Galvaniho v roku 1791 bolo, že elektrina môže vzniknúť, keď sa dva heterogénne kovy dostanú do kontaktu s telom vypreparovanej žaby.

V roku 1800 taliansky vedec Alessandro Volta vynašiel chemickú batériu. Tento objav bol dôležitý pri štúdiu elektriny.. Tento galvanický prvok pozostával z okrúhlych strieborných platní, medzi platňami boli kúsky papiera vopred navlhčené v slanej vode. Chemická batéria vďaka chemickým reakciám pravidelne dostávala elektrický prúd.

V roku 1831 objavil slávny vedec Michael Faraday elektromagnetickú indukciu a na tomto základe vynašiel prvý elektrický generátor na svete. Objavil pojmy ako magnetické a elektrické polia a vynašiel elementárny elektromotor.

Muž, ktorý výrazne prispel k štúdiu magnetizmu a elektriny a uviedol svoj výskum do praxe, bol vynálezca Nikola Tesla. Domáce a elektrické spotrebiče, ktoré vedec vytvoril, sú nenahraditeľné. Tento muž sa dá nazvať jedným z veľkých vynálezcov XX storočia.

Kto prvý objavil elektrinu?

Je ťažké nájsť ľudí, ktorí by nevedeli, čo je elektrina. Ale kto objavil elektrinu? Nie každý má o tom predstavu. Musíme zistiť, o aký jav ide, kto ho prvý objavil a v ktorom roku sa to všetko stalo.

Pár slov o elektrine a jej objave

História objavu elektriny je pomerne rozsiahla. Prvýkrát sa to stalo vo vzdialených 700 pred Kristom. Zvedavý filozof z Grécka menom Thales si všimol, že jantár je schopný pritiahnuť malé predmety, keď sa trení vlnou. Je pravda, že potom sa všetky pozorovania na dlhú dobu skončili. Ale práve on je považovaný za objaviteľa statickej elektriny.

Ďalší vývoj nastal oveľa neskôr - po niekoľkých storočiach. Zakladateľom vedy o elektrine sa stal lekár William Gilbert, ktorý sa zaujímal o základy fyziky. Vynašiel niečo podobné ako elektroskop a nazval to versor. Vďaka nemu si Gilbert uvedomil, že mnohé minerály priťahujú malé predmety. Sú medzi nimi diamanty, sklo, opály, ametysty a zafíry.

Pomocou versora urobil Hilbert niekoľko zaujímavých pozorovaní:

• plameň ovplyvňuje elektrické vlastnosti telies, ktoré sa vyskytujú počas trenia;
• blesky a hromy sú javy elektrického charakteru.

Slovo „elektrina“ sa objavilo v 16. storočí. V 60. rokoch XVII. storočia vytvoril purkmajster Otto von Guericke špeciálny stroj na experimenty. Vďaka nej pozoroval účinky príťažlivosti a odpudivosti.

Potom výskum pokračoval. Používali sa dokonca aj elektrostatické stroje. Začiatkom 30. rokov XVIII. storočia Stephen Gray zmenil dizajn Guericke. Zmenil sírovú guľu na sklenenú. Stephen pokračoval vo svojich experimentoch a objavil niečo ako elektrickú vodivosť. O niečo neskôr Charles Dufay objavil dva typy nábojov - zo živíc a skla.

V 40. roku 18. storočia Kleist a Mushenbrook vynašli „Leydenskú nádobu“, ktorá sa stala prvým kondenzátorom na Zemi. Benjamin Franklin povedal, že náboj sa hromadí v skle. Vďaka nemu sa objavili označenia "plus" a "mínus" pre elektrické náboje, ako aj "vodič", "náboj" a "kondenzátor".

Benjamin Franklin viedol rušný život. Prekvapivo mal čas vôbec študovať elektrinu. Bol to však Benjamin Franklin, kto vynašiel prvý bleskozvod.

Galvani vydal koncom 18. storočia Pojednanie o sile elektriny v pohybe svalov. Začiatkom 19. storočia vynálezca z Talianska Volta prišiel s novým prúdovým zdrojom, nazval ho galvanický článok. Tento dizajn vyzerá ako stĺp strieborných a zinkových krúžkov. Oddeľujú ich papieriky namočené v slanej vode. Takto bola objavená galvanická elektrina. Po 2 rokoch objavil vynálezca z Ruska Vasilij Petrov voltaický oblúk.

Približne v rovnakom časovom období navrhol Jean Antoine Nollet elektroskop. Zaregistroval rýchly „odtok“ elektriny z telies ostrých tvarov. Na základe toho vznikla teória, že prúd pôsobí na živé bytosti. Vďaka objavenému účinku sa objavil lekársky elektrokardiograf.

Od roku 1809 nastala revolúcia v oblasti elektriny. Delarue, anglický vynálezca, vynašiel žiarovku. O storočie neskôr vznikli zariadenia s volfrámovou špirálou, ktoré boli plnené inertným plynom. Ich zakladateľom sa stal Irving Langmuir.

Ďalšie objavy

V 18. storočí neskôr slávny Michael Faraday prišiel s teóriou elektromagnetických polí.

Elektromagnetickú interakciu objavil počas svojich experimentov vedec z Dánska menom Oersted v roku 1820. V roku 1821 fyzik Ampère vo svojom vlastnom pojednaní spojil elektrinu a magnetizmus. Vďaka týmto štúdiám sa zrodila elektrotechnika.

V roku 1826 Georg Simon Ohm uskutočnil experimenty a načrtol hlavný zákon elektrického obvodu. Potom vznikli špecializované termíny:

• elektromotorická sila;
• vodivosť;
• pokles napätia v sieti.

André-Marie Ampere neskôr prišiel s pravidlom, ako určiť smer prúdu na magnetickej strelke. Malo veľa mien, ale najviac zo všetkých sa uchytilo „pravidlo pravej ruky“. Bol to Ampere, kto navrhol zosilňovač elektromagnetického poľa - cievky s mnohými závitmi. Sú vyrobené z medených drôtov so železnými jadrami. V 30. rokoch 19. storočia bol na základe vyššie opísaného pravidla vynájdený elektromagnetický telegraf.

V 20. rokoch 20. storočia v Sovietskom zväze vláda začala s globálnou elektrifikáciou. V tomto období vznikol pojem „Iľjičova žiarovka“.

magická elektrina

Deti by mali vedieť, čo je elektrina. Ale treba učiť hravou formou, aby nadobudnuté vedomosti nenudili hneď v prvých minútach. Ak to chcete urobiť, môžete navštíviť otvorenú lekciu "Magická elektrina". Zahŕňa tieto vzdelávacie úlohy:

• zovšeobecňovanie informácií o elektrine u detí;
• rozšíriť vedomosti o tom, kde elektrina žije a ako môže pomôcť ľuďom;
• oboznámiť dieťa s príčinami statickej elektriny;
• vysvetliť bezpečnostné pravidlá pri manipulácii s domácimi elektrospotrebičmi.

Existujú aj ďalšie úlohy:

• dieťa rozvíja túžbu objavovať niečo nové;
• deti sa učia komunikovať s vonkajším svetom a jeho predmetmi;
• rozvíja sa myslenie, pozorovanie, schopnosť analyzovať a vyvodzovať správne závery;
• aktívna príprava do školy.

Lekcia je potrebná aj na vzdelávacie účely. Počas nej:

• posilňuje sa záujem o štúdium okolitého sveta;
• existuje spokojnosť s objavmi, ktoré vyplynuli z experimentov;
• rozvíja schopnosť pracovať v tíme.

Poskytujú sa tieto materiály:

• hračky s batériami;
• plastové tyčinky podľa počtu prítomných;
• vlnené a hodvábne tkaniny;
• vzdelávacia hračka „Zbieraj položku“;
• karty „Pravidlá používania domácich elektrických spotrebičov“;
• farebné loptičky.

Pre dieťa to bude skvelá aktivita na leto.

Záver

Nevieme s istotou povedať, kto vlastne objavil elektrinu ako prvý. Existujú všetky dôvody domnievať sa, že o ňom vedeli ešte pred Thalesom. Väčšina vedcov (William Gilbert, Otto von Guericke, Volt Ohm, Ampere) však v plnej miere prispela k rozvoju elektriny.

Alternatívna verzia príbehu o objave elektriny

Veda nevie, kedy bola objavená elektrina. Dokonca aj starovekí ľudia pozorovali blesky. Neskôr si všimli, že niektoré telá, ak sa o seba obtierajú, môžu priťahovať alebo odpudzovať. U jantáru sa dobre prejavila schopnosť priťahovať alebo odpudzovať drobné predmety.
V roku 1600 sa objavil prvý termín spojený s elektrinou - elektrón. Zaviedol ho William Gilbert, ktorý si toto slovo požičal z gréckeho jazyka, kde znamenalo jantár. Neskôr boli takéto vlastnosti objavené v diamante, opale, ametyste, zafíre. Tieto materiály nazval elektrikári a samotný fenomén - elektrina.
Otto von Guericke pokračoval v Gilbertovom výskume. Vynašiel elektrostatický stroj, prvý prístroj na štúdium elektrických javov. Bola to otočná kovová tyč s guľou vyrobenou zo síry. Počas otáčania sa loptička trela o vlnu a získavala značný náboj statickej elektriny.

V roku 1729 vylepšil Angličan Stephen Gray Guerickeho stroj tým, že nahradil sírovú guľu sklenenou.

V roku 1745 vynašli Jurgen Kleist a Peter Muschenbrook Leydenskú nádobu, čo je sklenená nádoba s vodou, ktorá dokáže akumulovať značný náboj. Stal sa prototypom moderných kondenzátorov. Vedci sa mylne domnievali, že zásobníkom náboja je voda, nie sklo. Neskôr sa namiesto vody používala ortuť.
Benjamin Franklin rozšíril súbor pojmov na opis elektrických javov. Zaviedol pojmy: náboj, dva druhy nábojov, plus a mínus na ich označenie. Vlastní pojmy kondenzátor, vodič.
Mnohé experimenty uskutočnené v 17. storočí mali opisný charakter. Nedostali praktickú aplikáciu, ale slúžili ako základ pre rozvoj teoretických a praktických základov elektriny.

Prvé vedecké experimenty s elektrinou

Vedecké štúdium elektriny sa začalo v 18. storočí.

V roku 1791 taliansky lekár Luigi Galvani zistil, že prúd pretekajúci svalmi vypreparovaných žiab spôsobuje ich kontrakciu. Svoj objav nazval živočíšna elektrina. Luigi Galvani však nedokázal úplne vysvetliť výsledky.

Objav živočíšnej elektriny zaujal Taliana Alexandra Voltu. Slávny vedec zopakoval experimenty Galvaniho. Znovu dokázal, že živé bunky vytvárajú elektrický potenciál, ale príčina jeho výskytu je chemická, nie živočíšna. Takto bola objavená galvanická elektrina.
Alexandro Volta pokračoval vo svojich experimentoch a navrhol zariadenie, ktoré generuje napätie bez elektrostatického stroja. Bol to stoh striedajúcich sa medených a zinkových platní, oddelených kusmi papiera namočenými v soľnom roztoku. Zariadenie sa nazývalo voltaický stĺp. Stal sa prototypom moderných galvanických článkov používaných na výrobu elektriny.
Je dôležité poznamenať, že Napoleon Bonaparte sa veľmi zaujímal o vynález Volty a v roku 1801 mu udelil grófsky titul. A neskôr sa slávni fyzici rozhodli na jeho počesť pomenovať jednotku merania napätia 1 V (volt).

Luigi Galvani a Alexandro Volta sú veľkí experimentátori v oblasti elektriny. Ale v 18. storočí nevedeli vysvetliť podstatu javov. Konštrukcia teórie elektriny a magnetizmu sa začala v 19. storočí.

Vedecký výskum elektriny v 19. storočí

Ruský vynálezca Vasily Petrov, ktorý pokračoval v experimentoch Volty, objavil v roku 1802 elektrický oblúk. Pri jeho pokusoch boli použité uhlíkové elektródy, ktoré sa najskôr pohybovali, prúdením prúdu sa zahrievali a potom sa vzďaľovali. Medzi nimi vznikol stabilný oblúk, schopný horieť pri napätí iba 40-50 voltov. V tomto prípade sa uvoľnilo značné množstvo tepla. Petrovove experimenty prvýkrát ukázali možnosti praktickej aplikácie elektriny, prispeli k vynálezu žiarovky a elektrického zvárania. Pre svoje experimenty V. Petrov navrhol batériu s dĺžkou 12 m. Bola schopná vytvoriť napätie 1700 voltov.

Nevýhody voltaického oblúka boli rýchle spaľovanie uhlia, uvoľňovanie oxidu uhličitého a sadzí. Niekoľko najväčších vynálezcov tej doby sa ujalo zlepšenia svetelného zdroja, z ktorých každý prispel k rozvoju elektrického osvetlenia. Všetci verili, že zdroj tepla a svetla by mal byť v sklenenej banke, z ktorej sa odčerpával vzduch.
Myšlienku použitia kovového vlákna navrhol už v roku 1809 anglický fyzik Delarue. Ale mnoho rokov experimenty pokračovali s uhlíkovými tyčami a vláknami.
Americké učebnice elektriny tvrdia, že otcom žiarovky je ich krajan Thomas Edison. Obrovským spôsobom sa zapísal do histórie objavu elektriny. Edisonove snahy o zlepšenie žiaroviek sa však skončili koncom 70. rokov 19. storočia, keď opustil kovové vlákno a vrátil sa k uhlíkovým tyčiam. Jeho lampy mohli neprerušovane horieť asi 40 hodín.

O 20 rokov neskôr ruský vynálezca Alexander Nikolajevič Lodygin vynašiel lampu, ktorá používala vlákno z žiaruvzdorného kovového drôtu stočeného do špirály. Z banky sa odčerpal vzduch, v dôsledku čoho sa vlákno oxidovalo a vyhorelo.
Najväčšia spoločnosť na svete na výrobu elektrotechnických produktov General Electric kúpila od Lodyginu patent na výrobu lámp s volfrámovým vláknom. To nám umožňuje zvážiť, že náš krajan je otcom žiarovky.
Chemici a fyzici pracovali na zlepšení žiarovky a ich objavy, vynálezy a vylepšenia umožnili vytvoriť žiarovku, ktorú ľudia používajú dnes.

V 19. storočí elektrina sa využívala nielen na osvetlenie.
V roku 1807 sa anglickému chemikovi Humphrymu Davymu podarilo elektrolyticky izolovať alkalické kovy sodík a draslík z roztoku. V tom čase neexistovali žiadne iné spôsoby, ako tieto kovy získať.
Jeho krajan William Sturgeon vynašiel elektromagnet v roku 1825. Pokračovaním vo svojom výskume vytvoril prvý model elektromotora, ktorého činnosť predviedol v roku 1832.

Formovanie teoretických základov elektriny

Okrem vynálezov, ktoré sa dostali do praxe, sa v 19. stor. začala výstavba teoretických základov elektriny, objavovanie a formulovanie základných zákonov.

V roku 1826 nemecký fyzik, matematik, filozof Georg Ohm experimentálne stanovil a teoreticky zdôvodnil svoj slávny zákon popisujúci závislosť prúdu vo vodiči od jeho odporu a napätia. Ohm rozšíril súbor pojmov používaných v elektrine. Zaviedol pojmy elektromotorická sila, vodivosť, pokles napätia.
Vďaka publikáciám G. Ohma, ktoré urobili rozruch vo vedeckom svete, sa teória elektriny začala rýchlo rozvíjať, ale sám autor bol prenasledovaný svojimi nadriadenými a bol vyhodený z miesta školského učiteľa matematiky.

Obrovský príspevok k rozvoju teórie elektriny urobil francúzsky filozof, biológ, matematik, chemik André-Marie Ampère. Pre chudobu svojich rodičov bol nútený venovať sa sebavzdelávaniu. V 13 rokoch už ovládal integrálny a diferenciálny počet. To mu umožnilo získať matematické rovnice popisujúce interakcie kruhových prúdov. Vďaka dielam Ampere sa v elektrine objavili 2 súvisiace oblasti: elektrodynamika a elektrostatika. Z neznámych dôvodov sa Ampère v dospelosti stiahol z elektriny a začal sa zaujímať o biológiu.

Na vývoji teórie elektriny pracovalo mnoho fyzikov rôznych národností. Po preštudovaní ich diel vytvoril vynikajúci anglický fyzik James-Clerk Maxwell jednotnú teóriu elektrických a magnetických interakcií. Maxwellova elektrodynamika zabezpečuje prítomnosť špeciálnej formy hmoty - elektromagnetického poľa. Svoju prácu o tomto probléme publikoval v roku 1862. Maxwellova teória umožnila popísať už známe elektromagnetické javy a predpovedať neznáme.

História vývoja elektrických komunikácií

Hneď ako starí ľudia potrebovali komunikáciu, bolo potrebné organizovať posielanie správ. História vývoja komunikácií pred objavením elektriny je mnohostranná a každý národ má svoju vlastnú.

Keď ľudia ocenili možnosti elektriny, vyvstala otázka prenosu informácií s jej pomocou.
Prvé pokusy o prenos elektrických signálov sa uskutočnili hneď po Galvaniho experimentoch. Ako zdroj energie slúžil voltaický stĺp a ako prijímač žabie stehienka. Takto sa objavil prvý telegraf, ktorý sa dlho zdokonaľoval a modernizoval.

Na prenos informácií bolo potrebné ich najskôr zakódovať a po prijatí dekódovať. Na zakódovanie informácií prišiel americký umelec Samuel Morse v roku 1838 so špeciálnou abecedou pozostávajúcou z kombinácií bodiek a čiarok oddelených medzerami. Presný dátum prvého telegrafného prenosu je známy - 27. máj 1844. Komunikácia bola nadviazaná medzi Baltimorem a Washingtonom, ktoré sa nachádzali vo vzdialenosti 64 km.

Komunikačné prostriedky tohto druhu boli schopné prenášať správy na veľké vzdialenosti, ukladať ich na papierovú pásku, mali však aj množstvo nedostatkov. Veľa času sa strávilo kódovaním a dekódovaním správ, prijímač a vysielač museli byť prepojené drôtmi.

V roku 1895 sa ruskému vynálezcovi Alexandrovi Popovovi podarilo predviesť fungovanie prvého bezdrôtového vysielača a prijímača. Ako prijímací prvok bola použitá anténa (alebo Hertzov vibrátor) a ako záznamový prvok coherer. Na napájanie zariadenia bola použitá jednosmerná batéria s napätím niekoľkých voltov.
Na vynáleze koheréra je veľká zásluha francúzskeho fyzika Edwarda Branlyho, ktorý objavil možnosť meniť odpor kovového prášku pôsobením elektromagnetických vĺn naň.
Komunikačné zariadenia postavené na báze Popovovho vysielača a prijímača sú v prevádzke dodnes.

Senzačný odkaz o jeho objavoch v oblasti prenosu elektromagnetických vĺn v roku 1891 priniesol srbský vedec Nikola Tesla. Ale ľudstvo nebolo pripravené prijať jeho nápady a pochopiť, ako uplatniť Teslove vynálezy v praxi. Po mnohých desaťročiach vytvorili základ dnešných prostriedkov elektronickej komunikácie: rádio, televízia, bunková a vesmírna komunikácia.

Pridajte stránku do záložiek

Čo by mali začiatočníci vedieť o elektrine?

Často sa na nás obracajú čitatelia, ktorí sa s prácou na elektrine ešte nestretli, ale chcú tomu porozumieť. Pre túto kategóriu je vytvorený nadpis „Elektrina pre začiatočníkov“.

Obrázok 1. Pohyb elektrónov vo vodiči.

Pred pokračovaním v prácach súvisiacich s elektrinou je potrebné sa v tejto veci trochu teoreticky „vychytať“.

Pojem "elektrina" sa vzťahuje na pohyb elektrónov pod vplyvom elektromagnetického poľa.

Hlavná vec je pochopiť, že elektrina je energia najmenších nabitých častíc, ktoré sa pohybujú vo vnútri vodičov v určitom smere (obr. 1).

Jednosmerný prúd prakticky nemení svoj smer a veľkosť v priebehu času. Povedzme, že v bežnej batérii je jednosmerný prúd. Potom bude náboj prúdiť z mínusu do plusu a nezmení sa, kým sa nevyčerpá.

Striedavý prúd je prúd, ktorý s určitou periodicitou mení smer a veľkosť. Predstavte si prúd ako prúd vody pretekajúci potrubím. Po určitom čase (napríklad 5 s) sa voda rozbehne jedným smerom, potom druhým.

Obrázok 2. Schéma transformátorového zariadenia.

S prúdom sa to deje oveľa rýchlejšie, 50-krát za sekundu (frekvencia 50 Hz). Počas jednej periódy oscilácie prúd stúpa na maximum, potom prechádza cez nulu a potom nastáva opačný proces, ale s iným znamienkom. Na otázku, prečo sa to deje a prečo je takýto prúd potrebný, možno odpovedať, že príjem a vysielanie striedavého prúdu je oveľa jednoduchšie ako jednosmerný prúd. Prijímanie a vysielanie striedavého prúdu úzko súvisí so zariadením, akým je transformátor (obr. 2).

Generátor, ktorý vyrába striedavý prúd, má oveľa jednoduchšiu konštrukciu ako generátor jednosmerného prúdu. Okrem toho je striedavý prúd najvhodnejší na prenos energie na veľké vzdialenosti. S ním sa míňa menej energie.

Pomocou transformátora (špeciálne zariadenie vo forme cievok) sa striedavý prúd mení z nízkeho napätia na vysoké a naopak, ako je znázornené na obrázku (obr. 3).

Z tohto dôvodu väčšina zariadení pracuje v sieti, v ktorej je striedavý prúd. Jednosmerný prúd sa však používa aj pomerne široko: vo všetkých typoch batérií, v chemickom priemysle a v niektorých ďalších oblastiach.

Obrázok 3. Schéma prenosu striedavého prúdu.

Mnohí počuli také tajomné slová ako jedna fáza, tri fázy, nula, zem alebo zem a vedia, že ide o dôležité pojmy vo svete elektriny. Nie každý však chápe, čo znamenajú a aký majú vzťah k okolitej realite. Musíte to však vedieť.

Bez toho, aby sme zachádzali do technických detailov, ktoré domáci majster nepotrebuje, môžeme povedať, že trojfázová sieť je spôsob prenosu elektrického prúdu, keď striedavý prúd preteká tromi vodičmi a vracia sa jeden po druhom. Vyššie uvedené si vyžaduje určité objasnenie. Akýkoľvek elektrický obvod pozostáva z dvoch vodičov. Jeden po druhom prúd ide k spotrebiteľovi (napríklad do kanvice) a druhý sa vracia späť. Ak je takýto okruh otvorený, prúd nebude prúdiť. To je celý popis jednofázového obvodu (obr. 4 A).

Drôt, ktorým prúd preteká, sa nazýva fáza alebo jednoducho fáza a cez ktorú sa vracia - nula alebo nula. Trojfázový obvod pozostáva z troch fázových vodičov a jedného spätného vedenia. Je to možné, pretože fáza striedavého prúdu v každom z troch vodičov je posunutá voči susednému o 120° (obr. 4 B). Podrobnejšie odpovedať na túto otázku pomôže učebnica elektromechaniky.

Obrázok 4. Schéma elektrických obvodov.

K prenosu striedavého prúdu dochádza práve pomocou trojfázových sietí. To je ekonomicky výhodné: nie sú potrebné ďalšie dva neutrálne vodiče. Pri približovaní sa k spotrebiteľovi je prúd rozdelený do troch fáz a každá z nich má nulu. Tak sa dostane do bytov a domov. Aj keď niekedy je trojfázová sieť privedená priamo do domu. Spravidla sa bavíme o súkromnom sektore a tento stav má svoje pre a proti.

Zem, alebo presnejšie uzemnenie, je tretím vodičom v jednofázovej sieti. V podstate nenesie pracovnú záťaž, ale slúži ako akási poistka.

Napríklad, keď sa elektrina vymkne kontrole (napríklad skrat), hrozí nebezpečenstvo požiaru alebo úrazu elektrickým prúdom. Aby sa tomu zabránilo (to znamená, že aktuálna hodnota by nemala prekročiť úroveň, ktorá je bezpečná pre ľudí a zariadenia), zavádza sa uzemnenie. Cez tento drôt ide prebytočná elektrina doslova do zeme (obr. 5).

Obrázok 5. Najjednoduchšia schéma uzemnenia.

Ešte jeden príklad. Povedzme, že pri prevádzke elektromotora práčky došlo k malej poruche a časť elektrického prúdu dopadá na vonkajší kovový plášť zariadenia.

Ak nie je zem, tento náboj sa bude túlať po práčke. Keď sa ho človek dotkne, okamžite sa stane najpohodlnejším výstupom pre túto energiu, to znamená, že dostane elektrický šok.

Ak je v tejto situácii uzemňovací vodič, prebytočný náboj ním pretečie bez toho, aby niekomu ublížil. Okrem toho môžeme povedať, že neutrálny vodič môže byť aj uzemnenie a v zásade je, ale iba v elektrárni.

Situácia, keď v dome nie je uzemnenie, je nebezpečná. Ako sa s tým vysporiadať bez zmeny všetkých rozvodov v dome bude popísané neskôr.

POZOR!

Niektorí remeselníci, ktorí sa spoliehajú na základné znalosti elektrotechniky, inštalujú neutrálny vodič ako uzemňovací vodič. Nikdy to nerobte.

V prípade prerušenia neutrálneho vodiča budú kryty uzemnených zariadení napájané 220 V.

Moderný život si nemožno predstaviť bez elektriny, tento druh energie využíva ľudstvo v plnej miere. Nie všetci dospelí sú však schopní zapamätať si definíciu elektrického prúdu zo školského kurzu fyziky (ide o usmernený tok elementárnych častíc s nábojom), len veľmi málo ľudí chápe, čo to je.

Čo je elektrina

Prítomnosť elektriny ako jav sa vysvetľuje jednou z hlavných vlastností fyzickej hmoty - schopnosťou vlastniť elektrický náboj. Sú pozitívne a negatívne, zatiaľ čo predmety s opačnými znakmi sa navzájom priťahujú a „ekvivalentné“, naopak, odpudzujú. Pohybujúce sa častice sú tiež zdrojom magnetického poľa, čo opäť dokazuje súvislosť medzi elektrinou a magnetizmom.

Na atómovej úrovni možno existenciu elektriny vysvetliť nasledovne. Molekuly, ktoré tvoria všetky telá, obsahujú atómy, tvorené jadrami a elektrónmi, ktoré obiehajú okolo nich. Tieto elektróny sa môžu za určitých podmienok odtrhnúť od „materských“ jadier a presunúť sa na iné dráhy. Výsledkom je, že niektoré atómy sa stanú „nedostatočne obsadenými“ elektrónmi a niektoré z nich sú nadbytočné.

Keďže povaha elektrónov je taká, že prúdia tam, kde chýbajú, neustály pohyb elektrónov z jednej látky do druhej predstavuje elektrický prúd (od slova „tok“). Je známe, že elektrina má smer od "mínusového" pólu k "plusovému" pólu. Preto sa látka s nedostatkom elektrónov považuje za kladne nabitú a s nadbytkom - záporne a nazýva sa „ióny“. Ak hovoríme o kontaktoch elektrických vodičov, potom sa kladne nabitý nazýva "nula" a negatívne - "fáza".

V rôznych látkach je vzdialenosť medzi atómami rôzna. Ak sú veľmi malé, elektrónové obaly sa navzájom doslova dotýkajú, a tak sa elektróny ľahko a rýchlo presúvajú z jedného jadra do druhého a späť, čím vzniká pohyb elektrického prúdu. Látky ako kovy sa nazývajú vodiče.

V iných látkach sú medziatómové vzdialenosti relatívne veľké, preto ide o dielektrika, t.j. nevedú elektrický prúd. V prvom rade je to guma.

Ďalšie informácie. Keď sú elektróny emitované jadrami hmoty a ich pohybom, vzniká energia, ktorá zahrieva vodič. Táto vlastnosť elektriny sa nazýva „výkon“, meria sa vo wattoch. Táto energia môže byť tiež premenená na svetlo alebo inú formu.

Pre nepretržitý tok elektriny cez sieť musia byť potenciály na koncových bodoch vodičov (od elektrického vedenia po domovú elektroinštaláciu) odlišné.

História objavu elektriny

Čo je elektrina, odkiaľ pochádza a jej ďalšie charakteristiky sú zásadne študované vedou o termodynamike s príbuznými vedami: kvantovou termodynamikou a elektronikou.

Povedať, že ktorýkoľvek vedec vynašiel elektrický prúd, by bolo nesprávne, pretože od dávnych čias sa ním zaoberá veľa výskumníkov a vedcov. Samotný pojem „elektrina“ zaviedol grécky matematik Thales, toto slovo znamená „jantár“, keďže Thalesovi sa pri pokusoch s jantárovou palicou a vlnou podarilo vytvoriť statickú elektrinu a opísať tento jav.

Rímsky Plínius študoval aj elektrické vlastnosti živice a Aristoteles elektrické úhory.

Neskôr prvý, kto začal dôkladne študovať vlastnosti elektrického prúdu, bol V. Gilbert, lekár anglickej kráľovnej. Za tvorcu prvej žiarovky zo strúhanej sírovej gule je považovaný nemecký purkmistr z Magdeburgu O.f Guericke. A veľký Newton priniesol dôkaz o existencii statickej elektriny.

Na samom začiatku 18. storočia anglický fyzik S. Gray rozdelil látky na vodiče a nevodiče a holandský vedec Peter van Mushenbroek vynašiel Leydenskú nádobu schopnú akumulovať elektrický náboj, teda bol to prvý kondenzátor . Americký vedec a politik B. Franklin ako prvý odvodil teóriu elektriny z vedeckého hľadiska.

Celé 18. storočie bolo bohaté na objavy v oblasti elektriny: bola stanovená elektrická podstata blesku, skonštruované umelé magnetické pole, existencia dvoch typov nábojov („plus“ a „mínus“) a v dôsledku toho , boli odhalené dva póly (prírodovedec z USA R. Simmer) , Coulomb objavil zákon interakcie medzi bodovými elektrickými nábojmi.

V nasledujúcom storočí boli vynájdené batérie (taliansky vedec Volta), oblúková lampa (Angličana Davy), ako aj prototyp prvého dynama. Rok 1820 je považovaný za rok zrodu elektrodynamickej vedy, urobil to Francúz Ampère, pre ktorý dostal jeho meno jednotka na čítanie sily elektrického prúdu a Škót Maxwell odvodil svetelnú teóriu elektromagnetizmu. Ruský Lodygin vynašiel žiarovku s tyčou vyrobenou z uhlia - predchodcu moderných žiaroviek. Pred niečo vyše sto rokmi vynašiel neónovú lampu francúzsky vedec Georges Claude.

Dodnes pokračujú výskumy a objavy v oblasti elektriny, napríklad teória kvantovej elektrodynamiky a interakcie slabých elektrických vĺn. Medzi všetkými vedcami, ktorí sa zaoberajú štúdiom elektriny, patrí osobitné miesto Nikolovi Teslovi - mnohé z jeho vynálezov a teórií o tom, ako elektrina funguje, stále nie sú ocenené.

prírodná elektrina

Dlho sa verilo, že elektrina „sama o sebe“ v prírode neexistuje. Túto mylnú predstavu vyvrátil B. Franklin, ktorý dokázal elektrickú povahu blesku. Boli to oni, podľa jednej z verzií vedcov, ktorí prispeli k syntéze prvých aminokyselín na Zemi.

Elektrina vzniká aj vo vnútri živých organizmov, ktoré generujú nervové impulzy, ktoré zabezpečujú motorické, dýchacie a iné životné funkcie.

zaujímavé. Mnohí vedci považujú ľudské telo za autonómny elektrický systém, ktorý je vybavený samoregulačnými funkciami.

Svoju elektrinu majú aj predstavitelia živočíšneho sveta. Napríklad niektoré druhy rýb (úhory, mihule, rejnoky, rybáriky a iné) ho využívajú na ochranu, lov, hľadanie potravy a orientáciu v podmorskom priestore. Špeciálny orgán v tele týchto rýb generuje elektrinu a akumuluje ju, ako v kondenzátore, jeho frekvencia je stovky hertzov a napätie je 4-5 voltov.

Získavanie a používanie elektriny

Elektrina v našej dobe je základom pohodlného života, preto ľudstvo potrebuje jej neustálu výrobu. Na tieto účely sa budujú rôzne typy elektrární (vodné, tepelné, jadrové, veterné, prílivové a slnečné), schopné pomocou generátorov generovať megawatty elektriny. Tento proces je založený na premene mechanickej (energia padajúcej vody vo vodných elektrárňach), tepelnej (spaľovanie uhlíkového paliva - čierne a hnedé uhlie, rašeliny v tepelných elektrárňach) alebo medziatómovej energie (atómový rozpad rádioaktívneho uránu a plutónia na jadrové elektrárne) na elektrickú energiu.

Veľa vedeckých výskumov sa venuje elektrickým silám Zeme, pričom všetky sa snažia využiť atmosférickú elektrinu v prospech ľudstva – výrobu elektriny.

Vedci navrhli veľa zaujímavých zariadení na generátor prúdu, ktoré umožňujú extrahovať elektrinu z magnetu. Využívajú schopnosť permanentných magnetov robiť užitočnú prácu vo forme krútiaceho momentu. Vzniká v dôsledku odpudzovania medzi rovnako nabitými magnetickými poľami na statorových a rotorových zariadeniach.

Elektrina je populárnejšia ako všetky ostatné zdroje energie, pretože má mnoho výhod:

• ľahký pohyb k spotrebiteľovi;
• rýchla premena na tepelnú alebo mechanickú formu energie;
• sú možné nové oblasti jeho použitia (elektrické vozidlá);
• objavenie nových vlastností (supravodivosť).

Elektrina je pohyb rôzne nabitých iónov vo vnútri vodiča. Ide o veľký dar prírody, ktorý ľudia poznali už od pradávna a tento proces ešte nebol ukončený, hoci sa ho ľudstvo už naučilo získavať v obrovských objemoch. Elektrina zohráva obrovskú úlohu vo vývoji modernej spoločnosti. Dá sa povedať, že bez nej sa život väčšiny našich súčasníkov jednoducho zastaví, pretože nie nadarmo sa po vypnutí elektriny hovorí, že „zhasli svetlo“.

Video

Odoslať

čo je elektrina?

Elektrina je súbor fyzikálnych javov spojených s prítomnosťou elektrického náboja. Hoci pôvodne bola elektrina považovaná za jav oddelený od magnetizmu, ale s vývojom Maxwellových rovníc boli oba tieto javy uznané ako súčasť jediného javu: elektromagnetizmu. S elektrinou sú spojené rôzne bežné javy, ako sú blesky, statická elektrina, elektrické vykurovanie, elektrické výboje a mnohé iné. Okrem toho je elektrina jadrom mnohých moderných technológií.

Prítomnosť elektrického náboja, ktorý môže byť kladný alebo záporný, vytvára elektrické pole. Na druhej strane pohyb elektrických nábojov, ktorý sa nazýva elektrický prúd, vytvára magnetické pole.

Keď je náboj umiestnený v bode s nenulovým elektrickým poľom, pôsobí naň sila. Veľkosť tejto sily je určená Coulombovým zákonom. Ak by sa teda tento náboj posunul, elektrické pole by vykonalo pohyb (zabrzdenie) elektrického náboja. Môžeme teda hovoriť o elektrickom potenciáli v určitom bode priestoru, ktorý sa rovná práci vykonanej vonkajším činiteľom pri prenose jednotky kladného náboja z ľubovoľne zvoleného referenčného bodu do tohto bodu bez akéhokoľvek zrýchlenia a spravidla merané vo voltoch.

V elektrotechnike sa elektrina používa na:

• dodávanie elektriny tam, kde sa elektrický prúd používa na napájanie zariadení;
• v elektronike zaoberajúcej sa elektrickými obvodmi, ktoré zahŕňajú aktívne elektrické komponenty, ako sú vákuové elektrónky, tranzistory, diódy a integrované obvody a ich pridružené pasívne prvky.

Elektrické javy sa skúmali už v staroveku, hoci pokrok v teoretickom chápaní sa začal v 17. a 18. storočí. Už vtedy bola praktická aplikácia elektriny vzácna a inžinieri ju dokázali využiť na priemyselné a obytné účely až koncom 19. storočia. Rýchly rozmach elektrotechniky v tejto dobe transformoval priemysel a spoločnosť. Všestrannosť elektrickej energie spočíva v tom, že ju možno použiť v takmer neobmedzenom množstve priemyselných odvetví, ako je doprava, vykurovanie, osvetlenie, komunikácie a výpočtová technika. Elektrina je v súčasnosti chrbtovou kosťou modernej priemyselnej spoločnosti.

História elektriny

Dávno predtým, ako existovali nejaké poznatky o elektrine, ľudia už vedeli o elektrických šokoch pre elektrické ryby. Staroegyptské texty pochádzajúce z roku 2750 pred Kristom. pred naším letopočtom nazvali tieto ryby „Hromy Nílu“ a označili ich za „ochrancov“ všetkých ostatných rýb. Dôkazy o elektrických rybách sa opäť objavujú o tisíce rokov neskôr od starovekých gréckych, rímskych a arabských prírodovedcov a lekárov. Viacerí starovekí spisovatelia, ako napríklad Plínius Starší a Scribonius Largus, dosvedčujú znecitlivenie ako účinok elektrických výbojov spôsobených sumcami a elektrickými lúčmi a tiež vedeli, že takéto výboje sa môžu prenášať cez vodivé predmety. Pacientom trpiacim chorobami ako dna či bolesť hlavy bolo predpísané, aby sa takýchto rýb dotýkali v nádeji, že ich vylieči silný elektrický výboj. Je možné, že najskoršie a najbližšie priblíženie sa k objavu identity blesku a elektriny z akéhokoľvek iného zdroja urobili Arabi, ktorí až do 15. storočia v jazyku aplikovali slovo blesk (raad) na elektrické lúče.

Staroveké kultúry Stredomoria vedeli, že ak sa určité predmety, ako napríklad jantárové palice, potierajú mačacou srsťou, priťahuje to ľahšie predmety, napríklad perie. Táles z Milétu urobil niekoľko pozorovaní statickej elektriny okolo roku 600 pred Kristom, z ktorých vyvodil, že na to, aby bol jantár schopný priťahovať predmety, je potrebné trenie, na rozdiel od minerálov, ako je magnetit, ktoré trenie nepotrebujú. Thales sa mýlil, keď veril, že príťažlivosť jantáru je spôsobená magnetickým efektom, ale neskôr veda dokázala spojenie medzi magnetizmom a elektrinou. Podľa kontroverznej teórie založenej na objave bagdadskej batérie v roku 1936, ktorá sa podobá galvanickému článku, aj keď nie je jasné, či bol artefakt elektrickej povahy, Parthovia si mohli byť vedomí galvanického pokovovania.

Elektrina nevzbudzovala nič viac ako intelektuálnu zvedavosť po celé tisícročia až do roku 1600, keď anglický vedec William Gilbert dôkladne študoval elektrinu a magnetizmus a rozlíšil „magnetitový“ efekt od statickej elektriny produkovanej trením jantáru. Vymyslel nové latinské slovo electricus ("jantár" alebo "ako jantár", z ἤλεκτρον, Elektron, z gréčtiny: "jantár") na označenie vlastnosti predmetov priťahovať malé predmety po trení. Z tohto lingvistického spojenia vznikli anglické slová „electric“ a „electricity“, ktoré sa prvýkrát objavili v tlači v „Pseudodoxia Epidemica“ Thomasa Browna v roku 1646.

Ďalšiu prácu vykonali Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray a Charles Francois Dufay. V 18. storočí Benjamin Franklin robil rozsiahly výskum v oblasti elektriny a predával svoj majetok na financovanie svojej práce. V júni 1752 slávne pripevnil kovový kľúč na spodok šnúry šarkana a vypustil šarkana do búrlivej oblohy. Sled iskier preskakujúcich z kľúča na chrbát ruky ukázal, že blesk bol skutočne elektrického charakteru. Vysvetlil tiež zdanlivo paradoxné správanie Leydenskej nádoby ako zariadenia na ukladanie veľkého množstva elektrického náboja z hľadiska elektriny, pozostávajúceho z kladných a záporných nábojov.

V roku 1791 Luigi Galvani oznámil svoj objav bioelektromagnetizmu, čím demonštroval, že elektrina je prostriedkom, ktorým neuróny prenášajú signály do svalov. Batéria alebo galvanický pól Alessandro Volta z roku 1800 bol vyrobený zo striedajúcich sa vrstiev zinku a medi. Pre vedcov to bol spoľahlivejší zdroj elektrickej energie ako elektrostatické stroje používané v minulosti. O pochopenie elektromagnetizmu ako jednoty elektrických a magnetických javov sa zaslúžili Oersted a André-Marie Ampère v rokoch 1819-1820. Michael Faraday vynašiel elektrický motor v roku 1821 a Georg Ohm matematicky analyzoval elektrický obvod v roku 1827. Elektrinu a magnetizmus (a svetlo) definitívne prepojil James Maxwell, najmä vo svojom diele „On Physical Lines of Force“ v rokoch 1861 a 1862.

Kým začiatkom 19. storočia bol svet svedkom prudkého pokroku vo vede o elektrine, koncom 19. storočia nastal najväčší pokrok v oblasti elektrotechniky. S pomocou ľudí ako Alexander Graham Bell, Otto Titus Blaty, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Anjos Istvan Jedlik, William Thomson, 1. barón Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Wilson Swan, Reginald Fessenden, Nikola Tesla a George Westinghouse sa elektrina vyvinula z vedeckej kuriozity na nenahraditeľný nástroj moderného života, ktorý sa stal hybnou silou druhej priemyselnej revolúcie.

V roku 1887 Heinrich Hertz zistil, že elektródy osvetlené ultrafialovým svetlom vytvárajú elektrické iskry ľahšie ako tie nerozsvietené. V roku 1905 Albert Einstein publikoval článok vysvetľujúci experimentálny dôkaz fotoelektrického efektu ako výsledku prenosu svetelnej energie v diskrétnych kvantovaných paketoch, ktoré excitujú elektróny. Tento objav viedol ku kvantovej revolúcii. Einsteinovi bola v roku 1921 udelená Nobelova cena za fyziku za „objav zákona o fotoelektrickom jave“. Fotovoltaický efekt sa využíva aj vo fotovoltaických článkoch, akými sú napríklad solárne panely, a často sa používa na výrobu elektriny na komerčné účely.

Prvým polovodičovým zariadením bol detektor „mačacích fúzov“, ktorý bol prvýkrát použitý v rádiových prijímačoch v roku 1900. Drôt podobný fúzom sa privedie do ľahkého kontaktu s pevným kryštálom (napr. kryštálom germánia), aby bolo možné detekovať rádiový signál prostredníctvom kontaktného prechodového efektu. V polovodičovom uzle sa prúd aplikuje na polovodičové prvky a spoje navrhnuté špeciálne na spínanie a zosilňovanie prúdu. Elektrický prúd môže byť reprezentovaný v dvoch formách: vo forme negatívne nabitých elektrónov, ako aj kladne nabitých elektrónových voľných miest (nevyplnené elektróny na miestach v atóme polovodiča), nazývaných diery. Tieto náboje a diery sú chápané z hľadiska kvantovej fyziky. Stavebným materiálom je najčastejšie kryštalický polovodič.

Vývoj polovodičových zariadení sa začal vynálezom tranzistora v roku 1947. Bežné polovodičové zariadenia sú tranzistory, mikroprocesorové čipy a čipy RAM. V USB flash diskoch sa používa špecializovaný typ pamäte nazývaný flash pamäť a v poslednej dobe sú mechanicky otočné pevné disky nahradené aj SSD. Polovodičové zariadenia sa stali bežnými v 50. a 60. rokoch 20. storočia, počas prechodu z vákuových elektrónok na polovodičové diódy, tranzistory, integrované obvody (IC) a diódy emitujúce svetlo (LED).

Základné pojmy elektriny

Nabíjačka

Prítomnosť náboja generuje elektrostatickú silu: náboje na seba pôsobia silou, tento efekt bol známy už v staroveku, hoci vtedy nebol pochopený. Svetelná guľa zavesená na šnúrke sa môže nabíjať dotykom sklenenej tyčinky, ktorá sa predtým sama nabíjala trením o handričku. Podobná guľa nabitá tou istou sklenenou tyčou odpudí prvú: náboj spôsobí, že sa dve gule od seba oddelia. Dve guľôčky, ktoré sú nabité z trenej jantárovej tyče, sa tiež odpudzujú. Ak je však jedna guľôčka nabitá zo sklenenej tyče a druhá z jantárovej tyče, potom sa obe guľôčky začnú navzájom priťahovať. Tieto javy skúmal na konci osemnásteho storočia Charles Augustin de Coulomb, ktorý dospel k záveru, že náboj sa objavuje v dvoch opačných formách. Tento objav viedol k známej axióme: podobne nabité predmety sa odpudzujú a opačne nabité sa priťahujú.

Sila pôsobí na samotné nabité častice, preto má náboj tendenciu šíriť sa čo najrovnomernejšie po vodivom povrchu. Veľkosť elektromagnetickej sily, či už príťažlivej alebo odpudivej, je určená Coulombovým zákonom, ktorý hovorí, že elektrostatická sila je úmerná súčinu nábojov a nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi. Elektromagnetická interakcia je veľmi silná, v sile je nižšia ako silná interakcia, ale na rozdiel od druhej pôsobí na akúkoľvek vzdialenosť. V porovnaní s oveľa slabšou gravitačnou silou elektromagnetická sila tlačí dva elektróny 1042-krát viac, ako ich gravitačná sila ťahá.

Štúdia ukázala, že zdrojom náboja sú určité typy subatomárnych častíc, ktoré majú vlastnosť elektrického náboja. Elektrický náboj vytvára a interaguje s elektromagnetickou silou, ktorá je jednou zo štyroch základných prírodných síl. Najznámejšími nosičmi elektrického náboja sú elektrón a protón. Experiment ukázal, že náboj je zachovaná veličina, to znamená, že celkový náboj vo vnútri izolovaného systému zostane vždy konštantný bez ohľadu na akékoľvek zmeny, ku ktorým dôjde v tomto systéme. V systéme sa môže náboj prenášať medzi telesami buď priamym kontaktom alebo prenosom cez vodivý materiál, ako je drôt. Neoficiálny výraz „statická elektrina“ znamená čistú prítomnosť náboja (alebo „nerovnovážnosť“ nábojov) na tele, zvyčajne spôsobenú trením rôznych materiálov, aby sa náboj preniesol jeden z druhého.

Náboje elektrónov a protónov sú opačného znamienka, takže celkový náboj môže byť kladný alebo záporný. Podľa konvencie sa náboj prenášaný elektrónmi považuje za negatívny a náboj prenášaný protónmi je pozitívny, podľa tradície založenej prácou Benjamina Franklina. Množstvo náboja (množstvo elektriny) sa zvyčajne označuje symbolom Q a vyjadruje sa v coulombách; každý elektrón nesie rovnaký náboj, približne -1,6022 × 10-19 coulombov. Protón má náboj rovnakú hodnotu a opačné znamienko, teda +1,6022 × 10-19 Coulomb. Náboj má nielen hmota, ale aj antihmota, každá antičastica nesie rovnaký náboj, ale opačného znamienka ako náboj príslušnej častice.

Náboj možno merať niekoľkými spôsobmi: raným prístrojom, elektroskopom so zlatými listami, ktorý sa síce stále používa na demonštrácie výcviku, ale teraz je nahradený elektronickým elektromerom.

Elektrina

Pohyb elektrických nábojov sa nazýva elektrický prúd, jeho intenzita sa zvyčajne meria v ampéroch. Prúd môže byť vytvorený akýmikoľvek pohybujúcimi sa nabitými časticami; najčastejšie sú to elektróny, ale v zásade každý náboj uvedený do pohybu je prúd.

Podľa historickej konvencie je kladný prúd určený smerom pohybu kladných nábojov prúdiacich z kladnejšej časti obvodu do zápornejšej časti. Takto definovaný prúd sa nazýva podmienený prúd. Jednou z najznámejších foriem prúdu je pohyb záporne nabitých elektrónov obvodom, a teda kladný smer prúdu je orientovaný v opačnom smere ako pohyb elektrónov. V závislosti od podmienok však môže elektrický prúd pozostávať z prúdu nabitých častíc pohybujúcich sa v ľubovoľnom smere a dokonca aj v oboch smeroch súčasne. Na zjednodušenie tejto situácie sa široko používa konvencia, že kladný smer prúdu je smerom pohybu kladných nábojov.

Proces, pri ktorom elektrický prúd prechádza materiálom, sa nazýva elektrická vodivosť a jeho charakter sa mení v závislosti od toho, ktoré nabité častice ho vedú a od materiálu, ktorým sa pohybujú. Príklady elektrických prúdov zahŕňajú kovové vedenie, ktoré sa uskutočňuje tokom elektrónov cez vodič, ako je kov, a elektrolýzu, ktorá sa uskutočňuje tokom iónov (nabitých atómov) cez kvapalinu alebo plazmu, ako v prípade elektrických iskier. Zatiaľ čo samotné častice sa môžu pohybovať veľmi pomaly, niekedy s priemernou rýchlosťou driftu iba zlomok milimetra za sekundu, elektrické pole, ktoré ich poháňa, sa pohybuje blízko rýchlosti svetla, čo umožňuje rýchlym prechodom elektrických signálov cez drôty.

Prúd spôsobuje množstvo pozorovateľných efektov, ktoré sa historicky podpísali na jeho prítomnosti. Možnosť rozkladu vody pod vplyvom prúdu z galvanického stĺpca objavili Nicholson a Carlisle v roku 1800. Tento proces sa teraz nazýva elektrolýza. Ich prácu výrazne rozšíril Michael Faraday v roku 1833. Prúd pretekajúci cez odpor spôsobuje lokálne zahrievanie. Tento efekt matematicky opísal James Joule v roku 1840. Jeden z najdôležitejších objavov týkajúcich sa prúdu urobil Oersted náhodou v roku 1820, keď pri príprave prednášky zistil, že prúd pretekajúci drôtom spôsobuje otáčanie strelky magnetického kompasu. Tak objavil elektromagnetizmus, základnú interakciu medzi elektrinou a magnetizmom. Úroveň elektromagnetických emisií generovaných elektrickým oblúkom je dostatočne vysoká na to, aby produkovala elektromagnetické rušenie, ktoré môže poškodiť činnosť susedných zariadení.Objavil elektromagnetizmus, základnú interakciu medzi elektrinou a magnetizmom. Úroveň elektromagnetických emisií generovaných elektrickým oblúkom je dostatočne vysoká na to, aby vytvárala elektromagnetické rušenie, ktoré môže rušiť blízke zariadenia.

Pre technické alebo domáce aplikácie je prúd často charakterizovaný ako priamy (DC) alebo striedavý (AC). Tieto výrazy vyjadrujú, ako sa aktuálne mení v priebehu času. Jednosmerný prúd produkovaný napríklad batériou a vyžadovaný väčšinou elektronických zariadení je jednosmerný tok od kladného potenciálu obvodu k zápornému. Ak je tento tok, ktorý sa stáva častejšie, prenášaný elektrónmi, budú sa pohybovať opačným smerom. Striedavý prúd je akýkoľvek prúd, ktorý plynule mení smer, takmer vždy je vo forme sínusoidy. Striedavý prúd pulzuje tam a späť vo vodiči bez toho, aby sa náboj posunul o akúkoľvek konečnú vzdialenosť počas dlhého časového obdobia. Časovo spriemerovaná hodnota striedavého prúdu je nulová, ale dodáva energiu najskôr v jednom a potom v opačnom smere. Striedavý prúd závisí od elektrických vlastností, ktoré sa neprejavujú v stacionárnom režime jednosmerného prúdu, napríklad od indukčnosti a kapacity. Tieto vlastnosti však môžu vstúpiť do hry, keď je obvod vystavený prechodným javom, napríklad počas počiatočného zapnutia.

Elektrické pole

Koncept elektrického poľa predstavil Michael Faraday. Elektrické pole je vytvorené nabitým telesom v priestore, ktorý obklopuje teleso a výsledkom je sila pôsobiaca na akékoľvek iné náboje nachádzajúce sa v poli. Elektrické pole pôsobí medzi dvoma nábojmi podobne ako gravitačné pole medzi dvoma hmotami a tiež siaha do nekonečna a je nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti medzi telesami. Je tu však podstatný rozdiel. Gravitácia vždy priťahuje, čo spôsobuje spojenie dvoch hmôt, zatiaľ čo elektrické pole môže spôsobiť buď príťažlivosť alebo odpudzovanie. Keďže veľké telesá, ako sú planéty ako celok, majú nulový čistý náboj, ich elektrické pole na diaľku je zvyčajne nulové. Gravitácia je teda dominantnou silou na veľké vzdialenosti vo vesmíre, napriek tomu, že sama je oveľa slabšia.

Elektrické pole sa spravidla líši v rôznych bodoch priestoru a jeho intenzita v ktoromkoľvek bode je definovaná ako sila (na jednotku náboja), ktorú zažije nehybný, zanedbateľný náboj, ak je umiestnený v tomto bode. Abstraktný náboj, nazývaný "skúšobný náboj", musí mať mizivú hodnotu, aby bolo možné zanedbať jeho vlastné elektrické pole rušiace hlavné pole, a tiež musí byť stacionárny (nehybný), aby sa zabránilo vplyvu magnetických polí. Pretože elektrické pole je definované z hľadiska sily a sila je vektor, elektrické pole je tiež vektor, ktorý má veľkosť aj smer. Presnejšie povedané, elektrické pole je vektorové pole.

Doktrína elektrických polí vytvorených stacionárnymi nábojmi sa nazýva elektrostatika. Pole je možné vizualizovať pomocou súboru imaginárnych čiar, ktorých smer v ktoromkoľvek bode priestoru sa zhoduje so smerom poľa. Tento koncept zaviedol Faraday a stále sa občas stretávame s pojmom „siločiary“. Siločiary sú dráhy, po ktorých sa bodový kladný náboj bude pohybovať pod vplyvom poľa. Sú však abstraktným, nie fyzickým objektom a pole preniká celým medzipriestorom medzi čiarami. Siločiary vychádzajúce zo stacionárnych nábojov majú niekoľko kľúčových vlastností: po prvé, začínajú na kladných nábojoch a končia na záporných nábojoch; po druhé, musia vstúpiť do akéhokoľvek ideálneho vodiča v pravom uhle (normálne) a po tretie, nikdy sa nepretínajú a neuzatvárajú do seba.

Duté vodivé teleso obsahuje všetok svoj náboj na svojom vonkajšom povrchu. Preto sa pole na všetkých miestach vo vnútri tela rovná nule. Na tomto princípe funguje Faradayova klietka - kovový plášť, ktorý izoluje jej vnútorný priestor od vonkajších elektrických vplyvov.

Pri návrhu prvkov vysokonapäťových zariadení sú dôležité princípy elektrostatiky. Existuje konečný limit intenzity elektrického poľa, ktorý môže vydržať akýkoľvek materiál. Nad touto hodnotou nastáva elektrický prieraz, ktorý spôsobí elektrický oblúk medzi nabitými časťami. Napríklad vo vzduchu dochádza k elektrickému rozpadu v malých medzerách so silou elektrického poľa presahujúcou 30 kV na centimeter. So zväčšením medzery sa konečná prierazná pevnosť znižuje na približne 1 kV na centimeter. Najpozoruhodnejším takýmto prírodným javom je blesk. Vyskytuje sa vtedy, keď sú náboje v oblakoch oddelené stúpajúcimi stĺpmi vzduchu a elektrické pole vo vzduchu začína prekračovať hodnotu prierazu. Napätie veľkého búrkového mraku môže dosiahnuť 100 MV a mať energetickú hodnotu výboja 250 kWh.

Veľkosť intenzity poľa je silne ovplyvnená blízkymi vodivými predmetmi a sila je obzvlášť vysoká, keď sa pole musí ohýbať okolo špicatých predmetov. Tento princíp sa používa v bleskozvodoch, ktorých ostré veže nútia blesky vybíjať sa skôr do nich než do budov, ktoré chránia.

Elektrický potenciál

Pojem elektrického potenciálu úzko súvisí s elektrickým poľom. Na malý náboj umiestnený v elektrickom poli pôsobí sila a na posunutie náboja proti tejto sile je potrebná práca. Elektrický potenciál v akomkoľvek bode je definovaný ako energia potrebná na extrémne pomalý pohyb jednotkového testovacieho náboja z nekonečna do tohto bodu. Potenciál sa zvyčajne meria vo voltoch a potenciál jedného voltu je potenciál, pri ktorom je potrebné vynaložiť jeden joul práce na presun jedného coulombu náboja z nekonečna. Táto formálna definícia potenciálu má malé praktické využitie a užitočnejšia je koncepcia rozdielu elektrického potenciálu, teda energie potrebnej na pohyb jednotky náboja medzi dvoma danými bodmi. Elektrické pole má jednu vlastnosť, je konzervatívne, čo znamená, že na dráhe, ktorú prejde testovací náboj, nezáleží: prechod všetkých možných dráh medzi dvoma danými bodmi bude mať vždy rovnakú energiu, a teda existuje jediná hodnota rozdielové potenciály medzi dvoma polohami. Volt sa stal tak pevne zavedený ako jednotka merania a popisu rozdielu v elektrickom potenciáli, že pojem napätie sa bežne a každodenne používa.

Pre praktické účely je užitočné definovať spoločný referenčný bod, voči ktorému možno vyjadriť a porovnávať potenciály. Hoci môže byť v nekonečne, je oveľa praktickejšie použiť ako nulový potenciál samotnú Zem, o ktorej sa predpokladá, že má na všetkých miestach rovnaký potenciál. Tento referenčný bod sa samozrejme označuje ako „zem“ (zem). Zem je nekonečným zdrojom rovnakého množstva kladných a záporných nábojov, a preto je elektricky neutrálna a nenabíjateľná.

Elektrický potenciál je skalárna veličina, to znamená, že má iba hodnotu a žiadny smer. Dá sa to považovať za analogické s výškou: tak ako uvoľnený objekt spadne v dôsledku výškového rozdielu spôsobeného gravitačným poľom, tak aj náboj "klesne" v dôsledku napätia spôsobeného elektrickým poľom. Tak ako mapy predstavujú terén pomocou vrstevníc spájajúcich body rovnakej výšky, tak okolo elektrostaticky nabitého objektu možno nakresliť množinu čiar spájajúcich body s rovnakým potenciálom (známe ako ekvipotenciály). Ekvipotenciály pretínajú všetky siločiary v pravom uhle. Musia tiež ležať rovnobežne s povrchom vodiča, inak sa vytvorí sila, ktorá pohybuje nosičmi náboja pozdĺž ekvipotenciálneho povrchu vodiča.

Elektrické pole je formálne definované ako sila vynaložená na jednotku náboja, ale koncept potenciálu poskytuje užitočnejšiu a ekvivalentnejšiu definíciu: elektrické pole je miestny gradient elektrického potenciálu. Spravidla sa vyjadruje vo voltoch na meter a smer vektora poľa je čiara najväčšej zmeny potenciálu, to znamená v smere najbližšieho miesta iného ekvipotenciálu.

elektromagnety

Oerstedov objav v roku 1821 o skutočnosti, že magnetické pole existuje okolo všetkých strán drôtu prenášajúceho elektrický prúd, ukázal, že existuje priamy vzťah medzi elektrinou a magnetizmom. Okrem toho sa interakcia zdala odlišná od gravitačných a elektrostatických síl, dvoch vtedy známych prírodných síl. Sila pôsobila na strelku kompasu nie smerom k alebo od prúdu vodiča, ale v pravom uhle k nemu. Oersted vyjadril svoje postrehy trochu nejasnými slovami „elektrický konflikt má rotujúce správanie“. Táto sila tiež závisela od smeru prúdu, pretože ak prúd zmenil smer, zmenila ho aj magnetická sila.

Oersted svojmu objavu úplne nerozumel, ale účinok, ktorý pozoroval, bol vzájomný: prúd pôsobí silou na magnet a magnetické pole pôsobí silou na prúd. Tento jav ďalej študoval Ampère, ktorý zistil, že dva paralelné vodiče s prúdom na seba pôsobia silou: dva vodiče, ktoré vedú prúdy v rovnakom smere, sa navzájom priťahujú, zatiaľ čo vodiče obsahujúce prúdy v opačných smeroch sa navzájom odpudzujú. . K tejto interakcii dochádza prostredníctvom magnetického poľa, ktoré vytvára každý prúd a na základe tohto javu je určená aktuálna jednotka - Ampér v medzinárodnom systéme jednotiek.

Tento vzťah medzi magnetickými poľami a prúdmi je mimoriadne dôležitý, pretože viedol k vynálezu elektrického motora Michaela Faradaya v roku 1821. Jeho unipolárny motor pozostával z permanentného magnetu umiestneného v nádobe s ortuťou. Prúd prechádzal drôtom zaveseným na závesnom závese nad magnetom a ponoreným do ortuti. Magnet vyvíjal tangenciálnu silu na drôt, čo spôsobilo, že sa magnet otáčal okolo magnetu tak dlho, ako sa v drôte udržiaval prúd.

Experiment, ktorý vykonal Faraday v roku 1831, ukázal, že drôt pohybujúci sa kolmo na magnetické pole vytvoril na koncoch potenciálny rozdiel. Ďalšia analýza tohto procesu, známeho ako elektromagnetická indukcia, mu umožnila sformulovať princíp, dnes známy ako Faradayov zákon indukcie, že potenciálny rozdiel indukovaný v uzavretom obvode je úmerný rýchlosti zmeny magnetického toku prenikajúceho obvodom. Vývoj tohto objavu umožnil Faradayovi vynájsť v roku 1831 prvý elektrický generátor, ktorý premieňa mechanickú energiu rotujúceho medeného disku na elektrickú energiu. Faradayov disk bol neefektívny a nepoužíval sa ako praktický generátor, ale ukázal možnosť výroby elektriny pomocou magnetizmu a túto možnosť si osvojili tí, ktorí sledovali jeho vývoj.

Schopnosť chemických reakcií produkovať elektrinu a naopak, schopnosť elektriny produkovať chemické reakcie má široké uplatnenie.

Elektrochémia bola vždy dôležitou súčasťou štúdia elektriny. Od pôvodného vynálezu voltaického stĺpa sa galvanické články vyvinuli do širokej škály typov batérií, galvanických a elektrolytických článkov. Hliník sa vo veľkých množstvách vyrába elektrolýzou a mnohé prenosné elektronické zariadenia využívajú dobíjacie zdroje energie.

Elektrické obvody

Elektrický obvod je spojenie elektrických komponentov takým spôsobom, že elektrický náboj nútený prejsť po uzavretej dráhe (obvode) zvyčajne vykonáva množstvo niektorých užitočných úloh.

Komponenty v elektrickom obvode môžu mať mnoho podôb a fungujú ako prvky, ako sú odpory, kondenzátory, spínače, transformátory a elektronické komponenty. Elektronické obvody obsahujú aktívne súčiastky, ako sú polovodiče, ktoré zvyčajne pracujú nelineárnym spôsobom a vyžadujú si komplexnú analýzu. Najjednoduchšie elektrické komponenty sú takzvané pasívne a lineárne: hoci môžu dočasne uchovávať energiu, neobsahujú žiadne zdroje energie a fungujú lineárne.

Rezistor je možno najjednoduchší z prvkov pasívneho obvodu: ako už jeho názov napovedá, odoláva prúdu, ktorý ním preteká a rozptyľuje elektrickú energiu ako teplo. Odpor je dôsledkom pohybu náboja cez vodič: napríklad v kovoch je odpor primárne spôsobený zrážkami elektrónov a iónov. Ohmov zákon je základným zákonom teórie obvodov a uvádza, že prúd prechádzajúci odporom je priamo úmerný potenciálnemu rozdielu na ňom. Odolnosť väčšiny materiálov je relatívne konštantná v širokom rozsahu teplôt a prúdov; materiály, ktoré spĺňajú tieto podmienky, sú známe ako "ohmické". Ohm je jednotka odporu pomenovaná po Georgovi Ohmovi a označuje sa gréckym písmenom Ω. 1 ohm je odpor, ktorý vytvára potenciálny rozdiel jeden volt, keď ním prechádza prúd jedného ampéra.

Kondenzátor je vylepšením Leydenskej nádoby a je to zariadenie, ktoré dokáže ukladať náboj a tým akumulovať elektrickú energiu vo vytvorenom poli. Pozostáva z dvoch vodivých dosiek oddelených tenkou izolačnou dielektrickou vrstvou; v praxi je to pár tenkých pásikov kovovej fólie zvinutých dohromady, aby sa zväčšila povrchová plocha na jednotku objemu a tým aj kapacita. Jednotkou kapacity je farad, pomenovaný po Michaelovi Faradayovi a označený symbolom F: jeden farad je kapacita, ktorá vytvára potenciálny rozdiel jeden volt pri ukladaní náboja jedného coulombu. Prúd najprv preteká kondenzátorom pripojeným k zdroju energie, pretože sa v kondenzátore hromadí náboj; tento prúd sa však s nabíjaním kondenzátora zníži a nakoniec sa stane nulovým. Kondenzátor teda neprechádza jednosmerným prúdom, ale blokuje ho.

Indukčnosť je vodič, zvyčajne cievka drôtu, ktorý ukladá energiu v magnetickom poli generovanom, keď ním prechádza prúd. Pri zmene prúdu sa mení aj magnetické pole, čím vzniká napätie medzi koncami vodiča. Indukované napätie je úmerné rýchlosti zmeny prúdu. Koeficient úmernosti sa nazýva indukčnosť. Jednotkou indukčnosti je henry, pomenovaný po Josephovi Henrym, súčasníkovi Faradaya. Jedna henryho indukčnosť je indukčnosť, ktorá spôsobuje potenciálny rozdiel jeden volt pri rýchlosti zmeny prúdu cez ňu jeden ampér za sekundu. Správanie induktora je opačné ako správanie kondenzátora: bude voľne prechádzať jednosmerným prúdom a blokovať rýchlo sa meniaci prúd.

Elektrická energia

Elektrický výkon je rýchlosť, ktorou sa elektrická energia prenáša elektrickým obvodom. Jednotkou SI výkonu je watt, ktorý sa rovná jednému joulu za sekundu.

Elektrický výkon, podobne ako mechanický výkon, je rýchlosť, ktorou sa práca vykonáva, meraná vo wattoch a označená písmenom P. Termín spotreba energie, ktorý sa používa hovorovo, znamená „elektrický výkon vo wattoch“. Elektrický výkon vo wattoch vyrobený elektrickým prúdom I rovný prechodu náboja Q coulomb každých t sekúnd cez rozdiel elektrického potenciálu (napätie) V je

P = QV/t = IV

• Q - elektrický náboj v coulombách
• t - čas v sekundách
• I - elektrický prúd v ampéroch
• V - elektrický potenciál alebo napätie vo voltoch

Elektrická energia sa často vyrába elektrickými generátormi, ale môže sa vyrábať aj chemickými zdrojmi, ako sú elektrické batérie, alebo inými spôsobmi s využitím širokej škály zdrojov energie. Elektrickú energiu zvyčajne dodávajú firmám a domácnostiam elektrické siete. Elektrina sa zvyčajne účtuje za kilowatthodinu (3,6 MJ), čo je vyrobený výkon v kilowattoch vynásobený dobou chodu v hodinách. V elektroenergetike sa merania výkonu vykonávajú pomocou elektromerov, ktoré si pamätajú množstvo celkovej elektrickej energie odovzdanej klientovi. Na rozdiel od fosílnych palív je elektrina nízkoentropická forma energie a môže byť premenená na energiu pohybu alebo mnoho iných druhov energie s vysokou účinnosťou.

Elektronika

Elektronika sa zaoberá elektrickými obvodmi, ktoré zahŕňajú aktívne elektrické komponenty, ako sú vákuové elektrónky, tranzistory, diódy a integrované obvody, a ich pridružené pasívne a spínacie prvky. Nelineárne správanie aktívnych komponentov a ich schopnosť riadiť tok elektrónov umožňuje zosilnenie slabých signálov a široké využitie elektroniky pri spracovaní informácií, telekomunikáciách a spracovaní signálov. Schopnosť elektronických zariadení fungovať ako spínače umožňuje digitálne spracovanie informácií. Spínacie prvky, ako sú dosky plošných spojov, obalové technológie a rôzne iné formy komunikačnej infraštruktúry, dopĺňajú funkčnosť obvodu a menia rozdielne komponenty na normálny pracovný systém.

Dnes väčšina elektronických zariadení využíva na implementáciu elektronického riadenia polovodičové súčiastky. Štúdium polovodičových súčiastok a súvisiacich technológií sa považuje za oblasť fyziky pevných látok, zatiaľ čo návrh a konštrukcia elektronických obvodov na riešenie praktických problémov patrí do oblasti elektroniky.

Elektromagnetické vlny

Práca Faradaya a Ampéra ukázala, že časovo premenné magnetické pole generovalo elektrické pole a časovo premenné elektrické pole bolo zdrojom magnetického poľa. Keď sa teda jedno pole v priebehu času zmení, vždy sa indukuje ďalšie pole. Takýto jav má vlnové vlastnosti a prirodzene sa nazýva elektromagnetické vlnenie. Elektromagnetické vlny teoreticky analyzoval James Maxwell v roku 1864. Maxwell vyvinul súbor rovníc, ktoré by mohli jednoznačne opísať vzťah medzi elektrickým poľom, magnetickým poľom, elektrickým nábojom a elektrickým prúdom. Podarilo sa mu tiež dokázať, že takáto vlna sa nutne šíri rýchlosťou svetla, a teda samotné svetlo je formou elektromagnetického žiarenia. Vývoj Maxwellových zákonov, ktoré spájajú svetlo, polia a náboj, je jednou z najdôležitejších etáp v histórii teoretickej fyziky.

Práca mnohých výskumníkov teda umožnila použiť elektroniku na konverziu signálov na vysokofrekvenčné oscilačné prúdy a prostredníctvom vhodne tvarovaných vodičov elektrina umožňuje prenos a príjem týchto signálov prostredníctvom rádiových vĺn na veľmi veľké vzdialenosti.

Výroba a využitie elektrickej energie

Generovanie a prenos elektrického prúdu

V 6. storočí pred Kr e. Grécky filozof Thales z Milétu experimentoval s jantárovými prútmi a tieto experimenty boli prvými štúdiami v oblasti výroby elektrickej energie. Zatiaľ čo táto metóda, teraz známa ako triboelektrický efekt, dokázala zdvíhať iba ľahké predmety a vytvárať iskry, bola mimoriadne neefektívna. S vynálezom voltaického stĺpa v osemnástom storočí sa stal dostupným životaschopný zdroj elektriny. Voltický stĺp a jeho moderný potomok, elektrická batéria, uchováva energiu v chemickej forme a na požiadanie ju uvoľňuje ako elektrickú energiu. Batéria je všestranný a veľmi bežný zdroj energie, ktorý je ideálny pre mnohé aplikácie, ale energia v nej uložená je obmedzená a po jej spotrebovaní je potrebné batériu zlikvidovať alebo nabiť. Pre veľké potreby musí byť elektrická energia generovaná a prenášaná nepretržite cez vodivé elektrické vedenia.

Elektrickú energiu zvyčajne vyrábajú elektromechanické generátory poháňané parou zo spaľovania fosílnych palív alebo teplom z jadrových reakcií; alebo z iných zdrojov, ako je kinetická energia získaná z vetra alebo tečúcej vody. Moderná parná turbína, ktorú v roku 1884 vyvinul Sir Charles Parsons, dnes vyrába asi 80 percent svetovej elektriny pomocou rôznych zdrojov tepla. Takéto oscilátory sa nijako nepodobajú na Faradayov unipolárny diskový oscilátor z roku 1831, ale stále sa spoliehajú na jeho elektromagnetický princíp, podľa ktorého vodič spojením s meniacim sa magnetickým poľom indukuje na svojich koncoch rozdiel potenciálov. Vynález transformátora na konci 19. storočia znamenal, že elektrickú energiu bolo možné prenášať efektívnejšie pri vyššom napätí, ale nižšom prúde. Efektívny elektrický prenos zase znamená, že elektrinu je možné vyrábať v centralizovaných elektrárňach, ktoré využívajú úspory z rozsahu, a potom ju prenášať na relatívne dlhé vzdialenosti tam, kde je to potrebné.

Keďže elektrickú energiu nie je možné jednoducho skladovať v množstvách dostatočných na pokrytie potrieb v celoštátnom meradle, musí sa jej vyrobiť kedykoľvek toľko, koľko je v súčasnosti potrebné. To zaväzuje spoločnosti, aby starostlivo predpovedali svoje elektrické zaťaženie a neustále koordinovali tieto údaje s elektrárňami. Určité množstvo výrobnej kapacity by sa malo vždy ponechať v rezerve ako bezpečnostná sieť pre elektrickú sieť pre prípad prudkého nárastu dopytu po elektrine.

Dopyt po elektrine rastie rýchlym tempom, keďže krajina sa modernizuje a rozvíja svoje hospodárstvo. Spojené štáty zaznamenali počas prvých troch desaťročí 20. storočia každý rok 12-percentný rast dopytu. Toto tempo rastu je v súčasnosti vidieť v rozvíjajúcich sa ekonomikách, ako je India alebo Čína. Historicky tempo rastu dopytu po elektrine prekonalo tempo rastu dopytu po iných druhoch energie.

Environmentálne obavy súvisiace s výrobou elektriny viedli k zvýšenej pozornosti venovanej výrobe elektriny z obnoviteľných zdrojov, najmä veterných a vodných elektrární. Aj keď možno očakávať pokračujúcu diskusiu o vplyve rôznych spôsobov výroby elektriny na životné prostredie, jej konečná podoba je relatívne čistá.

Spôsoby využitia elektriny

Prenos elektriny je veľmi pohodlný spôsob prenosu energie a je prispôsobený obrovskému a rastúcemu počtu aplikácií. Vynález praktickej žiarovky v 70. rokoch 19. storočia viedol k tomu, že osvetlenie bolo jedným z prvých masovo dostupných spôsobov využitia elektriny. Hoci elektrifikácia priniesla svoje vlastné riziká, výmena plynového osvetlenia s otvoreným plameňom výrazne znížila nebezpečenstvo požiaru v domácnostiach a továrňach. Verejné služby boli zriadené v mnohých mestách, aby uspokojili rastúci trh s elektrickým osvetlením.

Jouleov vyhrievací odporový efekt sa používa vo vláknach žiaroviek a tiež nachádza priamejšie uplatnenie v elektrických vykurovacích systémoch. Aj keď je tento spôsob vykurovania všestranný a regulovateľný, možno ho považovať za plytvanie, keďže väčšina spôsobov výroby elektriny už vyžaduje výrobu tepelnej energie v elektrárni. Množstvo krajín, ako napríklad Dánsko, vydalo zákony obmedzujúce alebo zakazujúce používanie odporového elektrického vykurovania v nových budovách. Elektrina je však stále veľmi praktickým zdrojom energie na vykurovanie a chladenie, pričom klimatizácie alebo tepelné čerpadlá predstavujú sektor rastúceho dopytu po elektrickej energii na vykurovanie a chladenie, ktorého dôsledky musia podniky čoraz viac zvažovať.

Elektrina sa používa v telekomunikáciách av skutočnosti elektrický telegraf, ktorý komerčne demonštrovali v roku 1837 Cook a Wheatstone, bol jednou z prvých aplikácií elektrických telekomunikácií. S vybudovaním prvých medzikontinentálnych a potom transatlantických telegrafných systémov v 60. rokoch 19. storočia umožnila elektrina komunikovať v priebehu niekoľkých minút s celým svetom. Optické vlákna a satelitné komunikácie sa stali súčasťou komunikačného trhu, ale dá sa očakávať, že elektrina zostane dôležitou súčasťou tohto procesu.

Najzrejmejšie využitie účinkov elektromagnetizmu nastáva v elektromotore, ktorý je čistým a účinným prostriedkom pohonu. Stacionárny motor, ako je navijak, sa ľahko dodáva energiu, ale motor pre mobilné aplikácie, ako je elektrické vozidlo, potrebuje buď premiestňovať zdroje energie, ako sú batérie, alebo zbierať prúd pomocou posuvného kontaktu známeho ako pantograf.

Elektronické zariadenia využívajú tranzistor, možno jeden z najdôležitejších vynálezov 20. storočia, ktorý je základným stavebným kameňom všetkých moderných obvodov. Moderný integrovaný obvod môže obsahovať niekoľko miliárd miniaturizovaných tranzistorov na ploche len niekoľkých štvorcových centimetrov.

Elektrina sa využíva aj ako zdroj paliva pre verejnú dopravu vrátane elektrobusov a vlakov.

Vplyv elektriny na živé organizmy

Vplyv elektrického prúdu na ľudské telo

Napätie aplikované na ľudské telo spôsobuje, že cez tkanivá preteká elektrický prúd, a hoci tento vzťah je nelineárny, čím väčšie je napätie, tým väčší je prúd. Prahová hodnota snímania sa mení s frekvenciou napájania a umiestnením toku prúdu a je približne 0,1 mA až 1 mA pre elektrickú energiu sieťovej frekvencie, hoci za určitých podmienok možno ako elektrovibračný efekt detegovať aj prúdy malé ako jeden mikroampér. Ak je prúd dostatočne veľký, môže spôsobiť svalovú kontrakciu, srdcovú arytmiu a popáleniny tkaniva. Absencia akéhokoľvek viditeľného náznaku, že vodič je pod napätím, robí elektrinu obzvlášť nebezpečnou. Bolesť spôsobená elektrickým šokom môže byť intenzívna, čo vedie k tomu, že elektrina sa niekedy používa ako metóda mučenia. Trest smrti vykonaný zásahom elektrickým prúdom sa nazýva poprava na elektrickom kresle (elektrocutia). Zabitie elektrickým prúdom je v niektorých krajinách stále formou súdneho trestu, hoci v poslednom čase je jeho použitie zriedkavejšie.

Elektrické javy v prírode

Elektrina nie je ľudský vynález, v prírode ju možno pozorovať v niekoľkých podobách, ktorých pozoruhodným prejavom je blesk. Mnohé interakcie známe na makroskopickej úrovni, ako je dotyk, trenie alebo chemická väzba, sú spôsobené interakciami medzi elektrickými poľami na atómovej úrovni. Predpokladá sa, že magnetické pole Zeme je spôsobené prirodzenou produkciou cirkulujúcich prúdov v jadre planéty. Niektoré kryštály, ako je kremeň alebo dokonca cukor, sú schopné vytvoriť potenciálny rozdiel na svojom povrchu, keď sú vystavené vonkajšiemu tlaku. Tento jav, známy ako piezoelektrina, z gréckeho piezein (πιέζειν), čo znamená „lisovať“, objavili v roku 1880 Pierre a Jacques Curie. Tento efekt je reverzibilný a keď je piezoelektrický materiál vystavený elektrickému poľu, dochádza k miernej zmene jeho fyzikálnych rozmerov.

Niektoré organizmy, ako napríklad žraloky, sú schopné detekovať a reagovať na zmeny v elektrických poliach, čo je schopnosť známa ako elektrorecepcia. Zároveň iné organizmy, nazývané elektrogénne, sú schopné samé vytvárať napätie, čo im slúži ako obranná či dravá zbraň. Ryby radu hymniformes, ktorých najznámejším členom je elektrický úhor, dokážu svoju korisť odhaliť alebo omráčiť pomocou vysokého napätia generovaného mutovanými svalovými bunkami nazývanými elektrocyty. Všetky živočíchy prenášajú informácie cez bunkové membrány napäťovými impulzmi nazývanými akčné potenciály, ktorých funkciou je poskytnúť nervovej sústave spojenie medzi neurónmi a svalmi. Elektrický šok stimuluje tento systém a spôsobuje svalovú kontrakciu. Akčné potenciály sú zodpovedné aj za koordináciu aktivít určitých rastlín.

V roku 1850 sa William Gladstone opýtal vedca Michaela Faradaya, aká je hodnota elektriny. Faraday odpovedal: "Jedného dňa, pane, ho budete môcť zdaniť."

Počas 19. a začiatku 20. storočia nebola elektrina súčasťou každodenného života mnohých ľudí, dokonca ani v industrializovanom západnom svete. Vtedajšia populárna kultúra ho preto často vykresľovala ako tajomnú, kvázi magickú silu, ktorá dokáže zabíjať živých, kriesiť mŕtvych alebo inak meniť zákony prírody. Tento názor začal vládnuť s pokusmi Galvaniho v roku 1771, pri ktorých sa ukázalo, že nohy mŕtvych žiab šklbajú, keď sa použila živočíšna elektrina. O „oživovaní“ alebo resuscitácii zrejme mŕtvych alebo utopených osôb sa v lekárskej literatúre písalo krátko po Galvaniho práci. Tieto správy sa dozvedela Mary Shelley, keď sa pustila do písania Frankensteina (1819), hoci takýto spôsob privedenia monštra k životu nenaznačuje. Oživovanie príšer elektrinou sa neskôr stalo horúcou témou hororových filmov.

Ako sa verejná znalosť elektriny ako miazgy druhej priemyselnej revolúcie prehlbovala, jej majitelia boli častejšie ukazovaní v pozitívnom svetle, ako napríklad elektrikári, o ktorých sa v básni Rudyarda hovorí, že „smrť v rukaviciach im mrazí prsty pri pletení drôtov“. Kipling z roku 1907 „Synovia Marty“. Rôzne elektricky poháňané vozidlá figurovali v dobrodružných príbehoch Julesa Verna a Toma Swifta na poprednom mieste. Profesionáli v oblasti elektriny, či už fiktívni alebo skutoční – vrátane vedcov ako Thomas Edison, Charles Steinmetz alebo Nikola Tesla – boli všeobecne vnímaní ako kúzelníci s magickými schopnosťami.

Keďže elektrina v druhej polovici 20. storočia prestala byť novinkou a stala sa nevyhnutnosťou v každodennom živote, osobitná pozornosť populárnej kultúry sa jej venovala až vtedy, keď prestala prúdiť, čo bola udalosť, ktorá zvyčajne signalizuje katastrofu. Ľudia, ktorí podporili jeho vstup, ako napríklad nemenovaný hrdina filmu Jimmyho Webba Wichita Fixer (1968), boli čoraz viac prezentovaní ako hrdinské a magické postavy.

ELEKTRINA

ELEKTRINA, forma energie, ktorá existuje vo forme statických alebo pohyblivých ELEKTRICKÝCH NÁBOJOV. Poplatky môžu byť kladné alebo záporné. Rovnako ako sa náboje odpudzujú, opačné náboje sa priťahujú. Sily interakcie medzi nábojmi popisuje Coulombov zákon. Keď sa náboje pohybujú v magnetickom poli, zažívajú magnetickú silu a následne vytvárajú opačne orientované magnetické pole (FARADAYOVE ZÁKONY). Elektrina a MAGNETIZMUS sú rôzne aspekty toho istého fenoménu, ELEKTROMAGNETIZMU. Tok nábojov tvorí ELEKTRICKÝ prúd, ktorý vo vodiči predstavuje prúd záporne nabitých ELEKTRONOV. Na to, aby vo VODIČI vznikol elektrický prúd, je potrebná ELEKTRICKÁ HNACIA SILA alebo ROZDIEL POTENCIÁLOV medzi koncami vodiča. Prúd, ktorý sa pohybuje iba jedným smerom, sa nazýva jednosmerný prúd. Tento prúd sa vytvára, keď zdrojom rozdielu potenciálov je BATÉRIA. Prúd, ktorý mení smer dvakrát v cykle, sa nazýva premenlivý prúd. Zdrojom takéhoto prúdu je centrálna sieť. Jednotka prúdu je ampér, jednotka náboja je prívesok, ohm je jednotka odporu a volt je jednotka elektromotorickej sily. Hlavnými prostriedkami na výpočet parametrov elektrického obvodu sú Ohmov ZÁKON a KIRCHHOFFOV ZÁKON (o súčte napätia a prúdu v obvode). pozri tiež ELEKTRINA, ELEKTRONIKA.

Elektrickú energiu možno získať indukciou v generátore; napätie v primárnom vinutí vytvára vo vonkajšom obvode striedavý prúd. Prítomnosť indukčnosti alebo kapacity (alebo oboch) má za následok fázový posun (A) medzi napätím V a prúdom I. Obrázok ukazuje, že kapacita spôsobila fázový posun o 90°, výsledkom čoho je priemerná hodnota výkonu 0, hoci výkonová krivka nie stále vyzerá ako sínusoida. Zníženie výkonu P spôsobené fázovým posunom sa nazýva účinník. Ak sú tri fázy striedavého prúdu medzi sebou posunuté, každá o 120°, potom sa súčet ich hodnôt prúdu alebo napätia bude vždy rovnať nule (V). Takéto trojfázové prúdy sa používajú v indukčných motoroch s rotorom (C) nakrátko. V tomto prevedení sú tri elektromagnety rotujúce vo vytvorenom magnetickom poli. Striedavý prúd sa vyrába aj v uzavretých (D) a otvorených (E) oscilačných obvodoch. Vysokofrekvenčné elektromagnetické vlny používané v niektorých komunikačných systémoch SÚ PRODUKOVANÉ obvodmi TEKIM1.

Vedecko-technický encyklopedický slovník.

Synonymá:

Pozrite sa, čo je „ELEKTRINA“ v iných slovníkoch:

- (z gréckeho elektron jantár, keďže jantár priťahuje svetelné telesá). Zvláštna vlastnosť niektorých telies, ktorá sa prejavuje len za určitých podmienok, napr. trením, teplom alebo chemickými reakciami a prejavuje sa priťahovaním ľahších ... ... Slovník cudzích slov ruského jazyka

ELEKTRINA, elektrina, pl. nie, porov. (grécky elektron). 1. Látka, ktorá je základom štruktúry hmoty (fyzickej). || Zvláštne javy sprevádzajúce pohyb a pohyb častíc tejto látky, forma energie (elektrický prúd atď.) ... Vysvetľujúci slovník Ushakova

Súbor javov spôsobených existenciou, pohybom a interakciou nabitých telies alebo častíc nosičov elektrického náboja. Spojenie elektriny a magnetizmu, interakcia nehybných elektrických nábojov sa vykonáva ... ...

- (z gréckeho elektrón jantár) súbor javov, pri ktorých sa zisťuje existencia, pohyb a interakcia (pomocou elektromagnetického poľa) nabitých častíc. Doktrína elektriny je jednou z hlavných oblastí fyziky. Často pod... Veľký encyklopedický slovník

Lepisdrichestvo, elektrický prúd, lepistrichestvo, lepistrichestvo, prúd, elektrina, osvetlenie Slovník ruských synoným. elektrina n., počet synoným: 13 aktinoelektrina ... Slovník synonym

ELEKTRINA- v najvšeobecnejšom zmysle predstavuje jednu z foriem pohybu hmoty. Zvyčajne toto slovo znamená buď elektrický náboj ako taký, alebo samotnú náuku o elektrických nábojoch, ich pohybe a interakcii. Slovo E. pochádza z gréčtiny. elektrón... Veľká lekárska encyklopédia

elektriny- (1) EN elektrina (1) súbor javov spojených s elektrickými nábojmi a elektrickými prúdmi POZNÁMKA 1 – Príklady použitia tohto pojmu: statická elektrina, biologické účinky elektriny. POZNÁMKA 2 - V… … Technická príručka prekladateľa

ELEKTRINA, a, porov. Vysvetľujúci slovník Ozhegov. S.I. Ozhegov, N.Yu. Švedova. 1949 1992 ... Vysvetľujúci slovník Ozhegov

Elektrina- - 1. Prejav jednej z foriem energie obsiahnutej v elektrických nábojoch, pohybujúcich sa aj v statickom stave. 2. Oblasť vedy a techniky spojená s elektrickými javmi. [ST IEC 50(151) 78] Rubrika výrazu:… … Encyklopédia pojmov, definícií a vysvetlení stavebných materiálov

ELEKTRINA- súbor javov, v ktorých sa nachádza existencia, pohyb a interakcia (pomocou elektromagnetického poľa) elektrických nábojov (pozri (4)). Doktrína elektriny je jednou z hlavných oblastí fyziky ... Veľká polytechnická encyklopédia