Az elektromosság a legtöbb ember számára gyakori és létfontosságú jelenség. És mint minden ismerős dolog, ezt is ritkán lehet észrevenni. Kevesen kíváncsiak rá, honnan származik, hogyan működik, mit lehet vele kezdeni. Kutatásait azonban már jóval korunk előtt végezték, és máig megválaszolatlan maradt néhány rejtély.
Tartalom
Mit jelent az elektromos áram
Az elektromosság az elektromos töltések létezésével kapcsolatos jelenségek komplexuma. Ez a szó leggyakrabban elektromos áramot és az általa okozott folyamatokat jelenti.
Az elektromos áram a töltést hordozó részecskék irányított mozgása elektromos tér hatására.
Ki találta fel az elektromosságot - történelem
Az elektromosság bizonyos megnyilvánulásait már jóval korszakunk előtt tanulmányozták.De ezeket egy elméletté egyesíteni, amely megmagyarázza a villámok felvillanását az égen, a tárgyak vonzását, a tüzet és a testrészek zsibbadását vagy akár az ember halálát okozó képességét, nehéz feladatnak bizonyult.
Ősidők óta a tudósok az elektromosság három megnyilvánulását tanulmányozták:
- Halak, amelyek villamos energiát termelnek;
- Statikus elektromosság;
- Mágnesesség.
Az ókori Egyiptomban a gyógyítók tudtak a nílusi harcsa furcsa képességeiről, és próbálták kezelni vele a fejfájást és más betegségeket. Az ókori római orvosok elektromos rámpát használtak hasonló célokra. Az ókori görögök részletesen tanulmányozták a rája furcsa képességeit, és tudták, hogy egy lény közvetlen érintkezés nélkül képes elkábítani az embert egy háromágú és halászháló segítségével.
Valamivel korábban felfedezték, hogy ha borostyánt dörzsölünk egy gyapjúdarabra, az elkezdi vonzani a gyapjút és az apró tárgyakat. Később egy másik, hasonló tulajdonságokkal rendelkező anyagot fedeztek fel - a turmalint.
Kr.e. 500 körül Az indiai és arab tudósok ismerték a vas vonzására képes anyagokat, és aktívan használták ezt a képességet különböző területeken. Kr.e. 100 körül Kínai tudósok találták fel a mágneses iránytűt.
1600-ban William Gilbert, I. Erzsébet és I. Jakab udvari orvosa felfedezte, hogy az egész bolygó egyetlen hatalmas iránytű, és bevezette az "elektromosság" fogalmát (a görög "borostyán" szóból). Írásaiban a borostyán gyapjúra dörzsölésével kapcsolatos kísérletek és az iránytű északi irányú mutató képessége egy elméletté kezdték egyesíteni. Az alábbi képen a mágnest mutatja I. Erzsébetnek.
1633-ban Otto von Guericke mérnök feltalál egy elektrosztatikus gépet, amely nemcsak vonzza, hanem taszítja is a tárgyakat, 1745-ben pedig Peter van Muschenbroek megépíti a világ első elektromos töltéstárolóját.
1800-ban az olasz Alessandro Volta találja fel az elsőt aktuális forrás - elektromos akkumulátor, amely termel D.C.. Arra is képes volt, hogy az elektromos áramot távolról is továbbítsa. Ezért ezt az évet sokan az elektromosság feltalálásának évének tartják.
1831-ben Mike Faraday felfedezi az elektromágneses indukció jelenségét, és megnyitja az utat az elektromos áramon alapuló különféle eszközök feltalálása előtt.
A XIX-XX. század fordulóján Nikola Tesla tevékenységének köszönhetően hatalmas számú felfedezés és eredmény született. Többek között ő találta fel a nagyfrekvenciás generátort és transzformátor, villanymotor, antenna rádiójelekhez.
Az elektromosságot tanulmányozó tudomány
Az elektromosság természetes jelenség. Részben a biológia, a kémia és a fizika területén tanult. A legteljesebb elektromos töltéseket az elektrodinamika – a fizika egyik ága – keretein belül tekintjük.
Az elektromosság elméletei és törvényei
Kevés törvény szabályozza az elektromosságot, de teljes mértékben leírják a jelenséget:
- Az energiamegmaradás törvénye olyan alaptörvény, amelynek az elektromos jelenségek is engedelmeskednek;
- Ohm törvénye az elektromos áram alaptörvénye;
- Az elektromágneses indukció törvénye - az elektromágneses és mágneses mezőkről;
- Ampère-törvény - két vezető kölcsönhatásáról az áramokkal;
- Joule-Lenz törvény – az elektromosság hőhatásáról;
- Coulomb törvénye – az elektrosztatikáról;
- A jobb és bal kéz szabályai - a mágneses erővonalak irányának és a mágneses térben lévő vezetőre ható Amper-erő meghatározása;
- Lenz-szabály - az indukciós áram irányának meghatározása;
- Faraday törvényei az elektrolízisre vonatkoznak.
Első kísérletek az elektromossággal
Az elektromos árammal végzett első kísérletek főleg szórakoztatóak voltak. A lényegük a könnyű tárgyakban volt, amelyeket egy rosszul megértett erő hatására vonzottak és taszítottak. Egy másik szórakoztató élmény az elektromosság továbbítása egymás kezét fogó emberek láncán keresztül. Az elektromosság élettani hatását Jean Nollet vizsgálta aktívan, aki 180 emberen áthaladt az elektromos töltésen.
Miből készül az elektromos áram?
Az elektromos áram töltött részecskék (elektronok, ionok) irányított vagy rendezett mozgása. Az ilyen részecskéket elektromos töltéshordozóknak nevezzük. A mozgás megjelenéséhez az anyagban szabad töltött részecskéknek kell lenniük. A töltött részecskék mozgási képessége az anyagban meghatározza az anyag vezetőképességét. A vezetőképesség alapján az anyagokat vezetőkre, félvezetőkre, dielektrikumokra és szigetelőkre különböztetjük meg.
A fémekben a töltést elektronok mozgatják. Ugyanakkor maga az anyag nem szivárog sehova - a fémionok biztonságosan rögzítve vannak a szerkezet csomópontjaiban, és csak enyhén oszcillálnak.
A folyadékokban a töltést ionok hordozzák: pozitív töltésű kationok és negatív töltésű anionok. A részecskék ellentétes töltéssel az elektródákhoz rohannak, ahol semlegesekké válnak és leülepednek.
A plazma gázokban képződik különböző potenciállal rendelkező erők hatására. A töltést mindkét pólus szabad elektronjai és ionjai hordozzák.
A félvezetőkben a töltést elektronok mozgatják, atomról atomra mozognak, és pozitív töltésűnek tekintett szakadásokat hagynak maguk után.
Honnan jön az elektromos áram
A vezetékeken keresztül a házakba érkező elektromos áramot a különböző erőművekben lévő elektromos generátor állítja elő. Rajtuk a generátor egy folyamatosan forgó turbinához van kötve.
A tervezésben generátor van egy rotor - egy tekercs, amely a mágnes pólusai között helyezkedik el. Amikor a turbina ezt a rotort mágneses térben forgatja, a fizika törvényei szerint elektromos áram jelenik meg vagy indukálódik. Így a generátor célja az, hogy a forgási erőt elektromossággá alakítsa.
Számos módja van a turbina forgásának, különféle energiaforrások felhasználásával. Három típusra oszthatók:
- Megújuló – kimeríthetetlen erőforrásokból nyert energia: vízfolyások, napfény, szél, geotermikus források és bioüzemanyagok;
- Nem megújuló - nagyon lassan keletkező, a fogyasztás mértékével aránytalan erőforrásokból nyert energia: szén, olaj, tőzeg, földgáz;
- Nukleáris - a nukleáris sejtosztódás folyamatából nyert energia.
Leggyakrabban az elektromos áramot a következő munkák révén állítják elő:
- Vízierőművek (HPP) - folyókra épülnek, és a vízáramlás erejét használják fel;
- Hőerőművek (TPP-k) - tüzelőanyag elégetéséből származó hőenergiával működnek;
- Atomerőművek (Atomerőművek) - a nukleáris reakció folyamatából nyert hőenergiával működnek.
Az átalakított energiát vezetékeken keresztül szállítják a transzformátor alállomásokhoz és kapcsolóberendezésekhez, és csak ezután jut el a végfelhasználóhoz.
Jelenleg az úgynevezett alternatív energiafajták aktívan fejlődnek. Ide tartoznak a szélturbinák, a napelemek, a geotermikus források használata és minden egyéb módja annak, hogy szokatlan jelenségeken keresztül áramot szerezzenek. Az alternatív energia termelékenysége és megtérülése szempontjából jóval alacsonyabb a hagyományos forrásokhoz képest, de bizonyos helyzetekben pénzt takarít meg és csökkenti a fő elektromos hálózatok terhelését.
Van egy mítosz is a létezésről BTG - üzemanyag nélküli generátorok. Az interneten videók mutatják be munkájukat, és eladásukat kínálják. De sok vita van ezen információk megbízhatóságáról.
Az elektromosság fajtái a természetben
A természetben előforduló elektromosság legegyszerűbb példája a villámlás. A felhőkben lévő vízrészecskék folyamatosan ütköznek egymással, pozitív vagy negatív töltést szerezve. A könnyebb, pozitív töltésű részecskék a felhő tetejére kerülnek, míg a nehezebbek, negatívak lefelé mozognak. Ha két hasonló felhő kellően közel van egymáshoz, de eltérő magasságban, akkor az egyik pozitív töltéseit a másik negatív részecskéi kezdik kölcsönösen vonzani. Ebben a pillanatban villámlik. Ez a jelenség a felhők és maga a földfelszín között is előfordul.
Az elektromosság másik megnyilvánulása a természetben a halak, ráják és angolnák speciális szervei. Segítségükkel elektromos töltéseket hozhatnak létre, hogy megvédjék magukat a ragadozóktól, vagy elkábítsák zsákmányukat. Lehetőségeik a nagyon gyenge, az ember számára észrevehetetlen kisülésektől a halálosakig terjednek.Egyes halak gyenge elektromos mezőt hoznak létre maguk körül, ami segíti őket a zsákmánykeresésben és a sáros vízben való navigálásban. Bármely fizikai tárgy valahogy eltorzítja azt, ami segít újrateremteni a környező teret és „látni” szemek nélkül.
Az elektromosság az élő szervezetek idegrendszerének munkájában is megnyilvánul. Az idegimpulzus információkat továbbít egyik sejtből a másikba, lehetővé téve a külső és belső ingerekre való reagálást, a gondolkodást és a mozgások irányítását.
Hasonló cikkek:
