Elektřina je pro většinu lidí běžným a životně důležitým jevem. A jako každá známá věc je zřídkakdy zaznamenána. Málokdo se ptá, odkud pochází, jak funguje a co se s ním dá dělat. Byl však zkoumán již dlouho před Kristem a některé záhady zůstávají nezodpovězeny.
Obsah
Co znamená elektrický proud
Elektřina je složitý jev, který zahrnuje existenci elektrických nábojů. Slovo, které se nejčastěji používá pro označení elektrického proudu a všech procesů, které způsobuje.
Elektrický proud je směrový pohyb částic nesoucích náboj pod vlivem elektrického pole.
Kdo vynalezl elektřinu - historie
Jednotlivé projevy elektřiny byly studovány již dlouho před naším letopočtem. Spojit je do jediné teorie, která by vysvětlila blesky na obloze, přitahování předmětů, schopnost způsobovat požáry a znecitlivění částí těla nebo dokonce smrt člověka, se však ukázalo jako náročné.
Vědci zkoumají tři projevy elektřiny již od starověku:
- Ryby vyrábějící elektřinu;
- Statická elektřina.;
- Magnetismus.
Ve starém Egyptě si léčitelé byli vědomi zvláštních schopností nilského sumce a snažili se ho používat k léčbě bolestí hlavy a dalších onemocnění. Staří římští lékaři používali k podobným účelům elektrický rejnok. Staří Řekové podrobně studovali zvláštní schopnosti rejnoka a věděli, že tento tvor dokáže omráčit člověka bez přímého kontaktu pomocí trojzubce a rybářských sítí.
O něco dříve bylo zjištěno, že pokud jantar potřete kouskem vlny, začne přitahovat vlnu a drobné předměty. Později byl objeven další materiál s podobnými vlastnostmi, turmalín.
Kolem roku 500 př. n. l. Indičtí a arabští vědci znali látky schopné přitahovat železo a aktivně této schopnosti využívali v různých oblastech. Kolem roku 100 př. n. l. vynalezli čínští vědci magnetický kompas.
V roce 1600 William Gilbert, dvorní lékař Alžběty I. a Jakuba I., zjistil, že celá planeta je jeden velký kompas, a zavedl pojem "elektřina" (z řeckého "jantar"). V jeho spisech se pokusy s potíráním vlny jantarem a schopnost kompasu ukazovat sever začaly spojovat v jednu teorii. Na obrázku níže předvádí magnet Alžbětě I.
V roce 1633 vynalezl inženýr Otto von Guericke elektrostatický stroj, který dokáže předměty přitahovat i odpuzovat, a v roce 1745 sestrojil Pieter van Muschenbroek první akumulátor elektrického náboje na světě.
V roce 1800 vynalezl Ital Alessandro Volta první napájení - elektrická baterie, která generuje stejnosměrný proud. Dokázal také přenášet elektrický proud na dálku. Proto je tento rok mnohými považován za rok vynálezu elektřiny.
V roce 1831 objevil Mike Faraday jev elektromagnetické indukce a otevřel tak cestu k vynálezu různých zařízení založených na elektrickém proudu.
Na přelomu 19. a 20. století dochází díky práci Nikoly Tesly k obrovskému množství objevů a pokroků. Mimo jiné vynalezl vysokofrekvenční generátor a transformátorelektrický motor, anténa pro rádiové signály.
Věda o elektřině
Elektřina je přírodní jev. Částečně se studuje v biologii, chemii a fyzice. Elektrické náboje jsou nejpodrobněji studovány v rámci elektrodynamiky - jednoho z odvětví fyziky.
Teorie a zákony elektřiny
Pro elektřinu platí několik zákonů, které však tento jev plně popisují:
- Zákon zachování energie je základním zákonem, kterému se podřizují i elektrické jevy;
- Ohmův zákon - základní zákon elektrického proudu;
- Zákon elektromagnetické indukce - o elektromagnetickém a magnetickém poli;
- Ampérův zákon - o vzájemném působení dvou vodičů s proudy;
- Jouleův-Lenzův zákon - o tepelném účinku elektřiny;
- Coulombův zákon - o elektrostatice;
- Pravolevé a pravotočivé pravidlo - určení směrů siločar magnetického pole a Ampérovy síly působící na vodič v magnetickém poli;
- Lenzovo pravidlo - určení směru indukčního proudu;
- Faradayovy zákony - o elektrolýze.
První pokusy s elektřinou
První pokusy s elektřinou měly především zábavný charakter. Jejich podstatou byly lehké objekty, které se přitahovaly a odpuzovaly působením špatně pochopené síly. Dalším zábavným zážitkem byl přenos elektřiny prostřednictvím řetězu lidí držících se za ruce. Fyziologické účinky elektřiny aktivně zkoumal Jean Nollet, který nechal projít elektrickým výbojem 180 lidí.
Z čeho se skládá elektrický proud
Elektrický proud je usměrněný nebo uspořádaný pohyb nabitých částic (elektronů, iontů). Takové částice se nazývají nosiče elektrického náboje. Aby mohlo dojít k pohybu, musí být ve hmotě volné nabité částice. Schopnost nabitých částic pohybovat se v látce určuje její vodivost. Podle vodivosti se látky dělí na vodiče, polovodiče, dielektrika a izolanty.
V kovech přenášejí náboj elektrony. Samotná látka neodtéká - kovové ionty jsou pevně fixovány v uzlech struktury a jen mírně kmitají.
V kapalinách nesou náboj ionty: kladně nabité kationty a záporně nabité anionty. Částice se řítí k elektrodám s opačným nábojem, kde se stávají neutrálními a usazují se.
V plynech vzniká plazma působením sil s různými potenciály. Náboj je přenášen volnými elektrony a ionty z obou pólů.
V polovodičích přenášejí náboj elektrony, které putují od atomu k atomu a zanechávají za sebou mezery, které jsou považovány za kladně nabité.
Odkud se bere elektrický proud?
Elektřina, která proudí po drátech do domácností, je vyráběna elektrickým generátorem v různých elektrárnách. V těchto případech je generátor připojen ke kontinuálně se otáčející turbíně.
Design generátoru má rotor, cívku, která je umístěna mezi póly magnetu. Při otáčení rotoru turbíny vzniká v magnetickém poli elektrický proud, který se indukuje podle fyzikálních zákonů. Účelem generátoru je tedy přeměnit kinetickou sílu otáčení na elektřinu.
Turbínu lze roztočit mnoha způsoby a využít k tomu různé zdroje energie. Ty se dělí na tři typy:
- Obnovitelná - energie získávaná z nevyčerpatelných zdrojů: vodních toků, slunečního záření, větru, geotermálních zdrojů a biopaliv;
- Neobnovitelná - energie získávaná ze zdrojů, které se objevují velmi pomalu, neúměrně rychlosti spotřeby: uhlí, ropa, rašelina, zemní plyn;
- Jaderná energie - energie získaná z procesu štěpení jader buněk.
Elektřina nejčastěji pochází z provozu:
- Vodní elektrárny (MVE) - postavené na řekách a využívající sílu vodního toku;
- Tepelné elektrárny (TPP) - využívají tepelnou energii ze spalování paliva;
- Jaderné elektrárny (JE) - využívají tepelnou energii získanou jadernou reakcí.
Transformovaná energie proudí po vedeních do transformátorů a rozvoden a poté ke koncovému spotřebiteli.
V současné době se aktivně vyvíjejí tzv. alternativní formy energie. Patří mezi ně větrné turbíny, solární panely, využití geotermálních zdrojů a další způsoby získávání elektřiny prostřednictvím neobvyklých jevů. Alternativní zdroje energie jsou z hlediska výkonu a návratnosti mnohem horší než tradiční zdroje, ale v určitých situacích pomáhají šetřit peníze a snižovat zatížení hlavních energetických sítí.
Existuje také mýtus o existenci BTGS - Generátory bez paliva. Na internetu jsou k dispozici videa, která ukazují, jak fungují, a jsou nabízena k prodeji. O pravosti těchto informací se však vedou velké spory.
Druhy elektřiny v přírodě
Nejjednodušším příkladem přirozeného výskytu elektřiny je blesk. Vodní částice v mracích na sebe neustále narážejí a nabývají se kladně nebo záporně. Lehčí, kladně nabité částice končí v horní části mraku, zatímco těžší, záporně nabité částice se pohybují směrem dolů. Pokud jsou dva takové mraky dostatečně blízko sebe, ale v různých výškách, kladné náboje jednoho z nich se vzájemně přitahují se zápornými částicemi druhého. Tehdy se objeví blesk. K tomuto jevu dochází také mezi mraky a povrchem Země.
Dalším projevem elektřiny v přírodě jsou zvláštní orgány ryb, rejnoků a úhořů. Mohou je používat k vytváření elektrických nábojů na obranu před predátory nebo k omráčení obětí. Jejich potenciál sahá od velmi slabých výbojů, které jsou pro člověka neviditelné, až po smrtící. Některé ryby kolem sebe vytvářejí slabé elektrické pole, které jim pomáhá najít kořist a orientovat se v kalné vodě. Jakýkoli fyzický objekt ji tak či onak zkresluje, což vám pomáhá přetvářet si okolí a "vidět" bez očí.
Elektřina se projevuje také v nervovém systému živých organismů. Nervový impuls přenáší informace z jedné buňky do druhé, což vám umožňuje reagovat na vnější a vnitřní podněty, myslet a ovládat své pohyby.
Související články:
