Η ηλεκτρική ενέργεια είναι ένα κοινό και ζωτικό φαινόμενο για τους περισσότερους ανθρώπους. Και όπως κάθε γνωστό πράγμα, σπάνια γίνεται αντιληπτό. Λίγοι άνθρωποι αναρωτιούνται από πού προέρχεται, πώς λειτουργεί, τι μπορεί να γίνει με αυτό. Ωστόσο, η έρευνά του διεξήχθη πολύ πριν από την εποχή μας και μέχρι τώρα κάποια μυστήρια παραμένουν αναπάντητα.
Περιεχόμενο
Τι σημαίνει ηλεκτρικό ρεύμα
Ο ηλεκτρισμός είναι ένα σύμπλεγμα φαινομένων που συνδέονται με την ύπαρξη ηλεκτρικών φορτίων. Αυτή η λέξη συνήθως σημαίνει ηλεκτρικό ρεύμα και όλες τις διεργασίες που προκαλεί.
Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κατευθυνόμενη κίνηση των σωματιδίων που φέρουν φορτίο υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.
Ποιος επινόησε τον ηλεκτρισμό - ιστορία
Ιδιαίτερες εκδηλώσεις του ηλεκτρισμού μελετήθηκαν πολύ πριν από την εποχή μας.Αλλά ο συνδυασμός τους σε μια θεωρία που εξηγεί τις λάμψεις των κεραυνών στον ουρανό, την έλξη αντικειμένων, την ικανότητα πρόκλησης πυρκαγιών και μούδιασμα τμημάτων του σώματος ή ακόμα και θάνατο ενός ατόμου, αποδείχθηκε δύσκολο έργο.
Από την αρχαιότητα, οι επιστήμονες έχουν μελετήσει τρεις εκδηλώσεις ηλεκτρισμού:
- Ψάρια που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
- ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ;
- Μαγνητισμός.
Στην αρχαία Αίγυπτο, οι θεραπευτές γνώριζαν για τις παράξενες ικανότητες του γατόψαρου του Νείλου και προσπάθησαν να θεραπεύσουν τους πονοκεφάλους και άλλες ασθένειες με αυτό. Οι αρχαίοι Ρωμαίοι γιατροί χρησιμοποιούσαν μια ηλεκτρική ράμπα για παρόμοιους σκοπούς. Οι αρχαίοι Έλληνες μελετούσαν λεπτομερώς τις παράξενες ικανότητες του τσούχτρου και γνώριζαν ότι ένα πλάσμα μπορούσε να ζαλίσει έναν άνθρωπο χωρίς άμεση επαφή μέσω της τρίαινας και των διχτυών ψαρέματος.
Λίγο νωρίτερα, ανακαλύφθηκε ότι αν τρίψετε κεχριμπάρι σε ένα κομμάτι μαλλί, θα αρχίσει να προσελκύει μαλλί και μικρά αντικείμενα. Αργότερα, ανακαλύφθηκε ένα άλλο υλικό με παρόμοιες ιδιότητες - η τουρμαλίνη.
Γύρω στο 500 π.Χ. Ινδοί και Άραβες επιστήμονες γνώριζαν για ουσίες ικανές να προσελκύουν σίδηρο και χρησιμοποίησαν ενεργά αυτήν την ικανότητα σε διάφορους τομείς. Γύρω στο 100 π.Χ. Κινέζοι επιστήμονες ανακάλυψαν τη μαγνητική πυξίδα.
Το 1600, ο Γουίλιαμ Γκίλμπερτ, ο ιατρός της αυλής της Ελισάβετ Α' και του Τζέιμς Α', ανακάλυψε ότι ολόκληρος ο πλανήτης είναι μια τεράστια πυξίδα και εισήγαγε την έννοια του "ηλεκτρισμού" (από το ελληνικό "κεχριμπαρένιο"). Στα γραπτά του, τα πειράματα με το τρίψιμο του κεχριμπαριού στο μαλλί και την ικανότητα μιας πυξίδας να δείχνει τον βορρά άρχισαν να συνδυάζονται σε μια θεωρία. Στην παρακάτω εικόνα, δείχνει τον μαγνήτη στην Ελισάβετ Ι.
Το 1633, ο μηχανικός Otto von Guericke εφευρίσκει μια ηλεκτροστατική μηχανή που μπορεί όχι μόνο να έλκει, αλλά και να απωθεί αντικείμενα, και το 1745 ο Peter van Muschenbroek κατασκευάζει την πρώτη συσκευή αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου στον κόσμο.
Το 1800, ο Ιταλός Alessandro Volta επινοεί το πρώτο τρέχουσα πηγή - μια ηλεκτρική μπαταρία που παράγει D.C.. Ήταν επίσης σε θέση να μεταδίδει ηλεκτρικό ρεύμα σε απόσταση. Ως εκ τούτου, η φετινή χρονιά θεωρείται από πολλούς ως η χρονιά της εφεύρεσης του ηλεκτρισμού.
Το 1831, ο Mike Faraday ανακαλύπτει το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και ανοίγει το δρόμο για την εφεύρεση διαφόρων συσκευών που βασίζονται στο ηλεκτρικό ρεύμα.
Στις αρχές του XIX-XX αιώνα, ένας τεράστιος αριθμός ανακαλύψεων και επιτευγμάτων έγινε, χάρη στις δραστηριότητες του Νίκολα Τέσλα. Μεταξύ άλλων, εφηύρε τη γεννήτρια υψηλών συχνοτήτων και μετασχηματιστής, ηλεκτροκινητήρας, κεραία ραδιοφωνικών σημάτων.
Η επιστήμη που μελετά τον ηλεκτρισμό
Η ηλεκτρική ενέργεια είναι ένα φυσικό φαινόμενο. Σπουδάζεται εν μέρει στη βιολογία, τη χημεία και τη φυσική. Τα πιο πλήρη ηλεκτρικά φορτία θεωρούνται στο πλαίσιο της ηλεκτροδυναμικής - ενός από τους κλάδους της φυσικής.
Θεωρίες και νόμοι του ηλεκτρισμού
Υπάρχουν λίγοι νόμοι που διέπουν την ηλεκτρική ενέργεια, αλλά περιγράφουν πλήρως το φαινόμενο:
- Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας είναι ένας θεμελιώδης νόμος στον οποίο υπακούουν και τα ηλεκτρικά φαινόμενα.
- Ο νόμος του Ohm είναι ο βασικός νόμος του ηλεκτρικού ρεύματος.
- Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής - σχετικά με τα ηλεκτρομαγνητικά και μαγνητικά πεδία.
- Ο νόμος του Ampère - για την αλληλεπίδραση δύο αγωγών με ρεύματα.
- Νόμος Joule-Lenz - σχετικά με τη θερμική επίδραση του ηλεκτρισμού.
- Ο νόμος του Coulomb - για την ηλεκτροστατική.
- Οι κανόνες του δεξιού και του αριστερού χεριού - προσδιορισμός των κατευθύνσεων των γραμμών του μαγνητικού πεδίου και της δύναμης Ampère που ενεργεί σε έναν αγωγό σε ένα μαγνητικό πεδίο.
- Κανόνας Lenz - προσδιορισμός της κατεύθυνσης του ρεύματος επαγωγής.
- Οι νόμοι του Faraday αφορούν την ηλεκτρόλυση.
Πρώτα πειράματα με τον ηλεκτρισμό
Τα πρώτα πειράματα με τον ηλεκτρισμό ήταν κυρίως διασκεδαστικά. Η ουσία τους βρισκόταν σε ελαφριά αντικείμενα που έλκονταν και απωθούνταν υπό την επίδραση μιας κακώς κατανοητής δύναμης. Μια άλλη διασκεδαστική εμπειρία είναι η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας μέσω μιας αλυσίδας ανθρώπων που κρατιούνται από τα χέρια. Η φυσιολογική επίδραση του ηλεκτρισμού μελετήθηκε ενεργά από τον Jean Nollet, ο οποίος έκανε ένα ηλεκτρικό φορτίο να περάσει από 180 άτομα.
Από τι αποτελείται το ηλεκτρικό ρεύμα;
Ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια κατευθυνόμενη ή διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια, ιόντα). Τέτοια σωματίδια ονομάζονται φορείς ηλεκτρικού φορτίου. Για να εμφανιστεί η κίνηση, πρέπει να υπάρχουν ελεύθερα φορτισμένα σωματίδια στην ουσία. Η ικανότητα των φορτισμένων σωματιδίων να κινούνται σε μια ουσία καθορίζει την αγωγιμότητα αυτής της ουσίας. Με βάση την αγωγιμότητα, οι ουσίες διακρίνονται σε αγωγούς, ημιαγωγούς, διηλεκτρικούς και μονωτές.
Στα μέταλλα, το φορτίο κινείται από ηλεκτρόνια. Ταυτόχρονα, η ίδια η ουσία δεν διαρρέει πουθενά - τα μεταλλικά ιόντα στερεώνονται με ασφάλεια στους κόμβους της δομής και μόνο ελαφρώς ταλαντώνονται.
Στα υγρά, το φορτίο μεταφέρεται από ιόντα: θετικά φορτισμένα κατιόντα και αρνητικά φορτισμένα ανιόντα. Τα σωματίδια ορμούν προς τα ηλεκτρόδια με το αντίθετο φορτίο, όπου γίνονται ουδέτερα και καθιζάνουν.
Το πλάσμα σχηματίζεται σε αέρια υπό τη δράση δυνάμεων με διαφορετικά δυναμικά. Το φορτίο μεταφέρεται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα και των δύο πόλων.
Στους ημιαγωγούς, το φορτίο μετακινείται από ηλεκτρόνια, μετακινώντας από άτομο σε άτομο και αφήνοντας πίσω ασυνέχειες που θεωρούνται θετικά φορτισμένες.
Από πού προέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα
Η ηλεκτρική ενέργεια που έρχεται μέσω των καλωδίων στα σπίτια παράγεται από μια ηλεκτρική γεννήτρια σε διάφορους σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Σε αυτά, η γεννήτρια συνδέεται με έναν συνεχώς περιστρεφόμενο στρόβιλο.
Στο σχέδιο γεννήτρια υπάρχει ένας ρότορας - ένα πηνίο που βρίσκεται ανάμεσα στους πόλους του μαγνήτη. Όταν ο στρόβιλος περιστρέφει αυτόν τον ρότορα σε ένα μαγνητικό πεδίο, σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής, εμφανίζεται ή προκαλείται ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι, ο σκοπός της γεννήτριας είναι να μετατρέψει την κινητική δύναμη της περιστροφής σε ηλεκτρική ενέργεια.
Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να κάνετε μια περιστροφή στροβίλου, χρησιμοποιώντας μια ποικιλία πηγών ενέργειας. Χωρίζονται σε τρεις τύπους:
- Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας - ενέργεια που προέρχεται από ανεξάντλητους πόρους: ρεύματα νερού, ηλιακό φως, άνεμος, γεωθερμικές πηγές και βιοκαύσιμα.
- Μη ανανεώσιμες - ενέργεια που λαμβάνεται από πόρους που προκύπτουν πολύ αργά, ασύμμετρα με το ρυθμό κατανάλωσης: άνθρακας, πετρέλαιο, τύρφη, φυσικό αέριο.
- Πυρηνική - ενέργεια που λαμβάνεται από τη διαδικασία διαίρεσης πυρηνικών κυττάρων.
Τις περισσότερες φορές, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται μέσω της εργασίας:
- Υδροηλεκτρικοί σταθμοί (HPP) - χτισμένοι σε ποτάμια και χρησιμοποιούν τη δύναμη της ροής του νερού.
- Θερμοηλεκτρικοί σταθμοί (TPP) - λειτουργούν με θερμική ενέργεια από την καύση καυσίμου.
- Πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής (NPP) - λειτουργούν με θερμική ενέργεια που λαμβάνεται από τη διαδικασία της πυρηνικής αντίδρασης.
Η μετατρεπόμενη ενέργεια τροφοδοτείται με καλώδια σε υποσταθμούς μετασχηματιστών και συσκευές διανομής και μόνο τότε φτάνει στον τελικό καταναλωτή.
Τώρα αναπτύσσονται ενεργά οι λεγόμενοι εναλλακτικοί τύποι ενέργειας. Αυτά περιλαμβάνουν ανεμογεννήτριες, ηλιακούς συλλέκτες, χρήση γεωθερμικών πηγών και οποιουσδήποτε άλλους τρόπους για να ληφθεί ηλεκτρική ενέργεια μέσω ασυνήθιστων φαινομένων. Η εναλλακτική ενέργεια είναι πολύ κατώτερη όσον αφορά την παραγωγικότητα και την απόσβεση σε σχέση με τις παραδοσιακές πηγές, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις συμβάλλει στην εξοικονόμηση χρημάτων και στη μείωση του φορτίου στα κύρια δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας.
Υπάρχει επίσης ένας μύθος για την ύπαρξη BTG - γεννήτριες χωρίς καύσιμα. Στο Διαδίκτυο υπάρχουν βίντεο που παρουσιάζουν τη δουλειά τους και προσφέρεται η πώλησή τους. Αλλά υπάρχει μεγάλη διαμάχη σχετικά με την αξιοπιστία αυτών των πληροφοριών.
Τύποι ηλεκτρικής ενέργειας στη φύση
Το απλούστερο παράδειγμα φυσικού ηλεκτρισμού είναι ο κεραυνός. Τα σωματίδια του νερού στα σύννεφα συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους, αποκτώντας θετικό ή αρνητικό φορτίο. Τα ελαφρύτερα, θετικά φορτισμένα σωματίδια καταλήγουν στην κορυφή του νέφους, ενώ τα βαρύτερα, αρνητικά κινούνται προς τα κάτω. Όταν δύο παρόμοια σύννεφα βρίσκονται σε αρκετά κοντινή απόσταση, αλλά σε διαφορετικά ύψη, τα θετικά φορτία του ενός αρχίζουν να έλκονται αμοιβαία από τα αρνητικά σωματίδια του άλλου. Αυτή τη στιγμή εμφανίζεται κεραυνός. Επίσης, αυτό το φαινόμενο συμβαίνει ανάμεσα στα σύννεφα και την ίδια την επιφάνεια της γης.
Μια άλλη εκδήλωση του ηλεκτρισμού στη φύση είναι τα ειδικά όργανα στα ψάρια, τις ακτίνες και τα χέλια. Με τη βοήθειά τους, μπορούν να δημιουργήσουν ηλεκτρικά φορτία για να αμυνθούν από τα αρπακτικά ή να αναισθητοποιήσουν τη λεία τους. Το δυναμικό τους κυμαίνεται από πολύ αδύναμες εκκρίσεις, ανεπαίσθητες στον άνθρωπο, έως θανατηφόρες.Μερικά ψάρια δημιουργούν ένα αδύναμο ηλεκτρικό πεδίο γύρω τους, το οποίο τα βοηθά να αναζητούν θήραμα και να πλοηγούνται σε λασπωμένα νερά. Οποιοδήποτε φυσικό αντικείμενο το παραμορφώνει με κάποιο τρόπο, κάτι που βοηθά στην αναδημιουργία του περιβάλλοντος χώρου και στην «βλέπει» χωρίς μάτια.
Ο ηλεκτρισμός εκδηλώνεται επίσης στο έργο του νευρικού συστήματος των ζωντανών οργανισμών. Μια νευρική ώθηση μεταδίδει πληροφορίες από το ένα κύτταρο στο άλλο, επιτρέποντάς σας να ανταποκρίνεστε σε εξωτερικά και εσωτερικά ερεθίσματα, να σκέφτεστε και να ελέγχετε τις κινήσεις σας.
Παρόμοια άρθρα:
