Elektřina je fyzikální vlastnost hmoty. Skládá se z negativní nebo pozitivní interakce mezi protony a elektrony hmoty. Tento termín odkazuje na jantarovou barvu díky univerzální a světelné barvě, kterou prezentoval. Termín však do vědecké společnosti poprvé zavedl anglický vědec William Gilbert (1544 - 1603) v 16. století k popisu fenoménu energetické interakce mezi částicemi.
Co je to elektřina?
Obsah
Fyzickou elektřinou se rozumí jevy, které se projevují přítomností elektrických nábojů přítomných v tělech, protože jsou tvořeny molekulami a atomy, jejichž interakce jejich podčástic generuje elektrické impulsy. Kladné a záporné náboje na atomech jsou statická elektřina, zatímco pohyb elektronů a jejich uvolňování z atomů produkují elektrické proudy.
Toto je součást elektromagnetismu, který s gravitací a slabou jadernou silou a silnou jadernou silou tvoří základní interakce přírody.
Jeho etymologie pochází z latinského elektra, také z řeckého élektronu, což znamená „jantar“. Řecký filozof Thales z Milétu (624–546 př. N. L.) Pozoroval, jak tření magnetizovalo jantar statickou elektřinou, a o staletí později si vědec Charles François de Cisternay du Fay (1698–1739) všiml, jak kladné náboje elektřiny byly odhaleny při tření skla a negativy byly zase zobrazeny při tření pryskyřic, jako je jantar.
Tok energie z pohybu nebo statických nábojů je to, co se nazývá elektrické energie, nebo přenos elektronů z jednoho atomu ke druhému, a výsledný elektrický síla se měří ve voltech nebo wattech, termín používaný v elektrické energie v angličtině, a Název dostal podle vynálezce parního stroje Jamese Watta (1736-1819).
Je však možné najít elektřinu v přírodě, jako je tomu v případě atmosférických událostí, bioelektřina (elektřina přítomná u některých zvířat) a magnetosféra.
Jedním z nejznámějších případů zvířat, která vyrábějí elektřinu, je úhoř elektrický, který má v těle elektrocyty (orgán tohoto zvířete, které generuje elektrická pole), které se nacházejí v celém těle a fungují podobně jako neurony a mohou generovat výboje až 500 voltů.
Protože existuje rozmanitost prvků, jejich atomy jsou různé; proto jsou některé materiály nosiči elektřiny a jiných izolátorů. Nejlepší vodiče jsou kovy, protože mají v atomech málo elektronů, takže k tomu, aby tyto subatomové molekuly skočily z jednoho atomu na druhý, není nutné větší množství energie.
Elektrické charakteristiky
Podle své dynamiky, původu, výkonu a jevů, které produkuje, má vlastnosti, díky nimž vyniká. Mezi hlavní patří:
- Kumulativní. Existují zařízení se schopností akumulovat elektřinu v chemických látkách uvnitř akumulátorů, které umožňují její uchování pro pozdější použití (baterie).
- Jeho způsob získání. V případě baterií nebo článků se získává chemicky; také elektromagnetickou indukcí při pohybu vodiče v magnetickém poli, jako jsou alternátory; a ze světla, když určité druhy kovů uvolňují elektrony, když na ně dopadá sluneční světlo (solární panely).
- Jeho účinky. Mohou to být fyzikální, mechanické nebo kinetické, tepelné, chemické, magnetické a světelné.
- Jeho projevy. Mohou být mimo jiné ve formě blesku, statické elektřiny, proudových toků.
- Nebezpečnost. Generováním tepla může způsobit těžké popáleniny a v případě silnější expozice smrt.
- Odpor a vodivost. Je to odpor některých druhů hmoty před jejím průchodem a jeho snadný tok.
Druhy elektřiny
Existuje několik druhů elektřiny, nejdůležitější jsou:
Statický
Statické vzniká z přebytku elektrického náboje, který se hromadí ve vodivém nebo izolačním materiálu.
Je známo, že atomy jsou složeny z určitého počtu protonů (kladný náboj) v jejich jádru a ze stejného počtu elektronů (záporný náboj) obíhajících kolem něj, což činí uvedený atom elektricky neutrálním nebo v rovnováze; Ale když se vytvoří tření mezi dvěma tělesy nebo látkami, mohou se na uvedených objektech vytvářet náboje.
Je to proto, že elektrony obou materiálů přijdou do styku a vytvoří nerovnováhu v nábojích atomů, což způsobí vznik statické elektřiny. Říká se tomu proto, že je generován v atomech, které jsou v klidu a jeho náboj se nepohybuje, ale zůstává nehybný. Příkladem toho je, když projdeme kartáčem přes vlasy a některé z nich se zvednou statickou silou tření mezi materiálem stejného vlasu a vlasy. Artefakty, jako jsou tiskárny, používají statické pro odhalení toneru nebo inkoustu na papíře.
Dynamický
Tento typ je produkován zátěží, která je v pohybu, nebo jeho tokem. K tomu je potřebný elektrický zdroj (který může být chemický, jako je baterie; nebo elektromechanický, jako je dynamo), který umožňuje elektronům protékat vodivým materiálem, kterým mohou tyto elektrické náboje cirkulovat.
V něm se elektrony pohybují od jednoho atomu k dalšímu atd. Tato cirkulace je známá jako elektrický proud. Příkladem tohoto typu elektřiny jsou elektrické zásuvky, které jsou dynamickým zdrojem elektřiny pro spotřebiče a další spotřebiče, které elektřinu vyžadují.
Je důležité zdůraznit existenci dalších druhů elektřiny, mezi které patří:
- Základní: Tento typ je typ, který odkazuje na přitažlivost kladných a záporných nábojů, kde budou objekty nabíjeny. Je generován ze dvou pólů, které se navzájem nesmí nutně dotýkat, ale přitahovat. Tento typ elektřiny se nachází v každodenních předmětech.
- Behaviorální: Je to považováno za součást dynamiky, protože je to ta, která se přenáší pomocí vodičů, a proto se stále pohybuje v obvodech. Existují různé vodiče, například kovy (zejména měď), hliník, zlato, uhlík a další.
- Elektromagnetické: Je generováno magnetickým polem, které lze ukládat a vyzařovat jako záření, proto se doporučujeme tomuto typu pole dlouhodobě nevystavovat. Fyzik Hans Christian Ørsted (1777-1851) objevil vztah mezi magnetismem a elektřinou a pozoroval, že elektrický proud vytváří magnetické pole.
Mezi aplikacemi tohoto typu elektřiny vyniká v medicíně, například pro rentgenové přístroje nebo pro zobrazování magnetickou rezonancí.
- Průmyslový: To je to, co musí být generováno pro velké stroje používané při hromadné výrobě produktů, které vyžadují velké množství energie, protože mají vysoký výkon.
Byl vyvinut poté, co věda dokázala, že přírodní zdroje energie, jako je blesk, mohou být směrovány a používány člověkem a stávají se silným zdrojem elektrické energie, což umožňuje uspokojovat potřeby průmyslu.
Elektrické projevy
Elektrický náboj
Je to vlastnost, že některé subatomární částice (elektrony, neutrony a protony) se musí navzájem přitahovat a odpuzovat, stejně jako definuje jejich elektromagnetickou interakci. Toto se vyrábí v atomech, které jej přenášejí na molekuly jiného těla nebo přes vodivý materiál. Rovněž se týká schopnosti částice vyměňovat fotony (částice světla nebo elektromagnetické energie).
To je přítomno například ve statické elektřině, což je náboj stojící v těle. Poplatek také vyvolává elektromagnetickou sílu, protože vytváří sílu na ostatní. Poplatky mohou být záporné a jiné kladné a poplatky stejného typu budou odpuzovány, zatímco opačné poplatky budou přitahovány.
Náboje se měří jednotkou coulomb nebo coulomb a jsou reprezentovány písmenem C, což znamená množství náboje, které prochází úsekem nějakého vodiče za jednu sekundu. Jak hmota, tak antihmota mají stejné a opačné náboje než jejich odpovídající částice.
Elektrický proud
Jedná se o tok elektrického náboje materiálem, produkovaný pohybem elektronů nebo jiným typem náboje. Produkuje magnetické pole, jeden z elektrických jevů, které lze využít, v tomto případě elektromagnetem.
Materiály, kterými bude tento tok cirkulovat, mohou být pevné, kapalné nebo plynné. V pevných materiálech se elektrony pohybují; ionty (atomy nebo molekuly, které nejsou elektricky neutrální) se pohybují v kapalinách; a plynné, mohou to být jak elektrony, tak ionty.
Velikost proudu za jednotku času je známá jako intenzita elektrického proudu, která je symbolizována písmenem I a udává se jako coulomb za sekundu nebo ampér.
Elektrický proud může být:
- Kontinuální nebo přímý, což jsou toky nábojů, které cirkulují konstantní cestou, není přerušen žádným vakuovým obdobím, protože je pouze v jednom směru.
- Alternate, což je ten, který se pohybuje ve dvou směrech, upravuje svou trasu a intenzitu.
- Třífázové, což je seskupení tří střídavých proudů se stejnou amplitudou, frekvencí a efektivní hodnotou (koncept používaný ke studiu periodických vln), představující rozdíl 120 ° mezi fází a fází.
elektrické pole
Jedná se o elektromagnetické pole, které bylo generováno elektrickým nábojem (i když se nepohybuje) a které ovlivňuje náboje, které jej obklopují nebo jsou v něm. Pole nejsou měřitelná, ale lze pozorovat náboje, které jsou na ně kladeny.
Elektrické pole je fyzický prostor, kde interagují elektrické náboje různých těles a je definována koncentrace intenzity elektrické síly. V této oblasti byly vlastnosti upraveny přítomností náboje.
Elektrický potenciál
Vztahuje se na kapacitu, kterou má elektrické těleso, nebo energii, kterou potřebuje k pohybu zátěže nebo k provedení práce, a měří se ve voltech. Tento koncept souvisí s konceptem potenciálního rozdílu, který je definován jako energie potřebná k pohybu náboje z jednoho bodu do druhého.
To lze definovat pouze v omezené oblasti prostoru pro statické pole, protože pro pohybující se náboje se používají Liénard-Wiechertovy potenciály (popisují elektromagnetická pole distribuce pohyblivých nábojů).
Elektromagnetismus
To se týká magnetických polí, která jsou generována v důsledku elektrických nábojů, které jsou v pohybu, a která vytvářejí přitažlivost nebo odpor vůči materiálům, které jsou v těchto polích, a která mohou generovat elektrický proud.
Elektrické obvody
Vztahuje se na připojení alespoň dvou elektrických komponent, takže elektrický náboj může z nějakého konkrétního důvodu proudit uzavřenou cestou. Jsou tvořeny prvky, jako jsou komponenty, uzly, větve, sítě, zdroje a vodiče.
Existují obvody s přijímačem, jako v případě žárovek nebo zvonů; sériové obvody, jako vánoční osvětlení; obvody paralelně, jako v případě světel, která se zapínají stejným spínačem současně; smíšené obvody (kombinují série a paralelní); a zapnuté, což jsou ty, které umožňují například zapnout jedno nebo více světel z více než jednoho jiného bodu.
Historie elektřiny
Předchůdci elektřiny sahají do starověku, dokonce téměř tři tisíce let před Kristem, kde lidé pozorovali určité elektrické jevy v přírodě, přestože nevěděli, jak byly vyrobeny nebo jejich dynamika. Stejně tak byli svědky určitých magnetických jevů produkovaných některými typy materiálů získaných v přírodě, jako je magnetit, nebo jeho přítomnost ve zvířatech.
Asi v roce 2 750 před naším letopočtem napsala egyptská civilizace o elektrických rybách nalezených v řece Nil a označovala je jako ochránce jiné fauny v ní. Kolem roku 600 před naším letopočtem byl Thales z Milétu první osobou, která zjistila, že jantar získal elektrické a magnetické vlastnosti, když se otřel konkrétním materiálem. Ale elektřina jako věda pochází ze sedmnáctého a osmnáctého století, uprostřed vědecké revoluce, kdy vznik tohoto studijního oboru byl dokonalým kontextem pro začátek průmyslové revoluce a její expanzi v moderním světě, který rostl, bylo to zásadní pro rozvoj lidstva.
Před tím v 16. století významně přispěl ke studiu elektrického fenoménu filozof a lékař William Gilbert (1544 - 1603), přičemž zvláštní pozornost věnoval elektřině a magnetismu. Pojmy „elektřina“ a „elektrický“ se poprvé objevují v roce 1646 v díle Angličana Thomase Browna (1605-1682). Jednotky měření pro různé elektrické jevy se objevily později díky mnohonásobným příspěvkům intelektuálů ve fyzice.
Vědec, politik a vynálezce Benjamin Franklin (1706-1790) se v roce 1752 podařilo přivést elektrickou energii obsaženou v blesku drakem, což vedlo k vynálezu bleskosvodu; zařízení, které slouží k vedení elektřiny z blesku na zem. Později italský fyzik Alessandro Volta (1745-1827) vynalezl v roce 1800 napěťovou baterii, která umožňovala akumulovat energii, s využitím využití elektřiny generované chemickými reakcemi; a v roce 1831 vyvinul fyzik Michael Faraday (1791-1867) první elektrický generátor, který umožňoval nepřetržitý přenos elektrického proudu.
První fáze průmyslové revoluce nezahrnovala pro svůj rozvoj elektřinu, protože využívala energii generovanou párou. Již ke druhé průmyslové revoluci v 19. století se k výrobě energie používala elektřina a ropa, což umožnilo vědci Thomas Alva Edison (1847-1931) rozsvítit první žárovku v roce 1879.
Na konci 19. a na počátku 20. století Edison, obránce stejnosměrného proudu, a vynálezce a inženýr Nikola Tesla (1856-1943), otec střídavého proudu, zpochybňovali budoucnost elektřiny.
Stejnosměrný proud byl ve Spojených státech popularizován pro domácí a průmyslové použití; brzy se však zjistilo, že je neúčinný na dlouhé vzdálenosti a při požadavku vyššího napětí a vyzařuje obrovské množství tepla.
Tesla vyvinula experimenty, které vedly k objevení alternativních způsobů efektivnějšího přenosu elektrické energie, které vyústily v objevení střídavého proudu.
George Westinghouse (1846-1914), americký podnikatel, podpořil a koupil Teslov vynález, který nakonec zvítězil v boji o elektřinu, protože se jednalo o levnější typ proudu s menšími energetickými ztrátami.
Důležitost elektřiny
Jeho význam je pro moderní život zásadní, protože je jedním ze základních pilířů dnešní společnosti, protože v podstatě vše, co lidé používají, zahrnuje funkci elektřiny: elektrické spotřebiče, stroje, komunikace, některé formy dopravy, výroby zboží a služeb, mimo jiné pro oblast medicíny, vědy.
Může být vytvořen člověkem nebo využit přímo z přírody. Umělou elektřinu vytvářejí turbíny, kondenzátory a stroje, které se spoléhají na fungování přírodní síly, jako jsou přehrady, které pomocí síly velkého množství vody generují proud, který zásobuje velká města.
Planeta Země je také schopna generovat elektřinu, ty paprsky, záblesky a blesky, které vidíme na obloze uprostřed bouře, jsou elektrické výboje generované srážkou obrovských shluků hmoty a energie. Tento jev se nazývá přirozený elektrický proud a může ho použít člověk s bleskozvody a superodolnými vodiči schopnými absorbovat dopad výboje takové velikosti.
10 příkladů využití elektřiny
Elektřina má v lidské činnosti mnoho využití. Mezi nejvýznamnější příklady patří:
- Ve vozidlech s elektrickou energií pro automobily, které cirkulují v obvodech, které se dostávají do jejích částí a které k fungování potřebují elektřinu, jako jsou například světla, houkačka, motor a jsou generovány z baterie.
- Pro osvětlení, to znamená pro zapnutí domácího, veřejného a průmyslového osvětlení.
- Pro zapalování elektrických spotřebičů a elektroniky.
- K výrobě tepla v mírném podnebí, například prostřednictvím topení.
- Pro dopravu, jako jsou letadla, protože potřebují k odletu elektřinu.
- Pro lékařskou oblast se používá v zařízeních používaných pro analýzy a studie.
- V průmyslu, který k výrobě spotřebního zboží vyžaduje velké množství elektrického náboje.
- Pro generování pohybu přes motory, které pohánějí elektrické energie, přeměnu elektrické energie na mechanickou energii.
- Pro komunikaci, která se používá mimo jiné v zařízeních, jako jsou opakovací antény, vysílače.
- K dopravě a regulaci kapalin, jako je voda, prostřednictvím elektromagnetických ventilů, které pomáhají zmírňovat průtok.
