Ο ηλεκτρισμός είναι ένα συνηθισμένο και ζωτικό φαινόμενο για τους περισσότερους ανθρώπους. Και όπως κάθε οικείο πράγμα, σπάνια γίνεται αντιληπτό. Λίγοι άνθρωποι αναρωτιούνται από πού προέρχεται, πώς λειτουργεί ή τι μπορεί να γίνει με αυτό. Ωστόσο, έχει εξερευνηθεί πολύ πριν από τον Χριστό και ορισμένα μυστήρια παραμένουν αναπάντητα.
Περιεχόμενα
Τι σημαίνει ηλεκτρικό ρεύμα
Ο ηλεκτρισμός είναι ένα σύνθετο φαινόμενο που περιλαμβάνει την ύπαρξη ηλεκτρικών φορτίων. Η λέξη που χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφερθεί στο ηλεκτρικό ρεύμα και σε όλες τις διεργασίες που προκαλεί.
Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κατευθυνόμενη κίνηση σωματιδίων που φέρουν φορτίο υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.
Ποιος εφηύρε τον ηλεκτρισμό - ιστορία
Οι ιδιαίτερες εκδηλώσεις του ηλεκτρισμού έχουν μελετηθεί πολύ πριν από την εποχή μας. Όμως ο συνδυασμός τους σε μια ενιαία θεωρία για την εξήγηση των αστραπών στον ουρανό, της έλξης αντικειμένων, της ικανότητας να προκαλούν πυρκαγιές και να μουδιάζουν μέρη του σώματος ή ακόμη και τον ανθρώπινο θάνατο έχει αποδειχθεί πρόκληση.
Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει τις τρεις εκφάνσεις του ηλεκτρισμού από την αρχαιότητα:
- Ψάρια που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια,
- Στατικός ηλεκτρισμός.;
- Μαγνητισμός.
Στην αρχαία Αίγυπτο, οι θεραπευτές γνώριζαν τις παράξενες ικανότητες του γατόψαρου του Νείλου και προσπαθούσαν να το χρησιμοποιήσουν για τη θεραπεία πονοκεφάλων και άλλων παθήσεων. Οι αρχαίοι Ρωμαίοι γιατροί χρησιμοποιούσαν το ηλεκτρικό σαλάχι για παρόμοιους σκοπούς. Οι αρχαίοι Έλληνες μελέτησαν λεπτομερώς τις παράξενες ικανότητες του σαλαχιού και γνώριζαν ότι το πλάσμα μπορούσε να ακινητοποιήσει έναν άνθρωπο χωρίς άμεση επαφή μέσω μιας τρίαινας και αλιευτικών διχτυών.
Λίγο νωρίτερα, είχε ανακαλυφθεί ότι αν τρίψετε κεχριμπάρι σε ένα κομμάτι μαλλί, θα αρχίσει να έλκει το μαλλί και μικρά αντικείμενα. Αργότερα ανακαλύφθηκε ένα άλλο υλικό με παρόμοιες ιδιότητες, ο τουρμαλίνης.
Γύρω στο 500 π.Χ. Οι Ινδοί και οι Άραβες επιστήμονες γνώριζαν για τις ουσίες που μπορούσαν να προσελκύσουν το σίδηρο και χρησιμοποιούσαν ενεργά αυτή την ικανότητα σε διάφορους τομείς. Γύρω στο 100 π.Χ., οι Κινέζοι επιστήμονες επινόησαν τη μαγνητική πυξίδα.
Το 1600, ο Γουίλιαμ Γκίλμπερτ, ο γιατρός της αυλής της Ελισάβετ Α' και του Ιακώβου Α', ανακάλυψε ότι ολόκληρος ο πλανήτης ήταν μια τεράστια πυξίδα και εισήγαγε την έννοια του "ηλεκτρισμού" (από το ελληνικό "κεχριμπάρι"). Στα γραπτά του, τα πειράματα με το τρίψιμο κεχριμπαριού σε μαλλί και η ικανότητα της πυξίδας να δείχνει το βορρά άρχισαν να συνδυάζονται σε μια θεωρία. Στην παρακάτω εικόνα επιδεικνύει τον μαγνήτη στην Ελισάβετ Α'.
Το 1633, ο μηχανικός Otto von Guericke εφευρίσκει την ηλεκτροστατική μηχανή που μπορεί να έλκει και να απωθεί αντικείμενα και το 1745 ο Pieter van Muschenbroek κατασκευάζει τον πρώτο συσσωρευτή ηλεκτρικού φορτίου στον κόσμο.
Το 1800, ο Ιταλός Alessandro Volta εφευρίσκει τον πρώτο παροχή ρεύματος - μια ηλεκτρική μπαταρία που παράγει συνεχές ρεύμα. Ήταν επίσης σε θέση να μεταδίδει ηλεκτρικό ρεύμα σε απόσταση. Ως εκ τούτου, το έτος αυτό θεωρείται από πολλούς ως το έτος της εφεύρεσης του ηλεκτρισμού.
Το 1831, ο Μάικ Φαραντέι ανακάλυψε το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και άνοιξε το δρόμο για την εφεύρεση διαφόρων συσκευών που βασίζονται στο ηλεκτρικό ρεύμα.
Στο γύρισμα του 19ου και του 20ού αιώνα, ένας τεράστιος αριθμός ανακαλύψεων και επιτευγμάτων έγινε χάρη στο έργο του Νίκολα Τέσλα. Μεταξύ άλλων, εφηύρε τη γεννήτρια υψηλής συχνότητας και το μετασχηματιστήςτον ηλεκτροκινητήρα, την κεραία για τα ραδιοφωνικά σήματα.
Η επιστήμη του ηλεκτρισμού
Ο ηλεκτρισμός είναι ένα φυσικό φαινόμενο. Μελετάται εν μέρει στη βιολογία, τη χημεία και τη φυσική. Τα ηλεκτρικά φορτία μελετώνται πληρέστερα στο πλαίσιο της ηλεκτροδυναμικής - ενός από τους κλάδους της φυσικής.
Θεωρίες και νόμοι του ηλεκτρισμού
Υπάρχουν λίγοι νόμοι που ισχύουν για τον ηλεκτρισμό, αλλά περιγράφουν πλήρως το φαινόμενο:
- Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας είναι ο θεμελιώδης νόμος στον οποίο υπακούουν και τα ηλεκτρικά φαινόμενα,
- Νόμος του Ohm - ο θεμελιώδης νόμος του ηλεκτρικού ρεύματος,
- Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής - για τα ηλεκτρομαγνητικά και μαγνητικά πεδία,
- Νόμος του Αμπέρ - για την αλληλεπίδραση δύο αγωγών με ρεύματα,
- Νόμος Joule-Lenz - σχετικά με το θερμικό αποτέλεσμα του ηλεκτρισμού,
- Ο νόμος του Κουλόμπ - για την ηλεκτροστατική,
- Κανόνες δεξιού και αριστερού χεριού - προσδιορισμός των κατευθύνσεων των γραμμών δύναμης του μαγνητικού πεδίου και της δύναμης Αμπέρ που ασκείται σε έναν αγωγό σε μαγνητικό πεδίο,
- Κανόνας του Lenz - προσδιορισμός της κατεύθυνσης του επαγωγικού ρεύματος,
- Οι νόμοι του Faraday - για την ηλεκτρόλυση.
Τα πρώτα πειράματα με τον ηλεκτρισμό
Τα πρώτα πειράματα με τον ηλεκτρισμό είχαν κυρίως ψυχαγωγικό χαρακτήρα. Η ουσία τους ήταν ελαφριά αντικείμενα που έλκονταν και απωθούνταν υπό τη δράση μιας ελάχιστα κατανοητής δύναμης. Μια άλλη διασκεδαστική εμπειρία ήταν η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας μέσω μιας αλυσίδας ανθρώπων που κρατούν τα χέρια τους. Οι φυσιολογικές επιδράσεις του ηλεκτρισμού μελετήθηκαν ενεργά από τον Jean Nollet, ο οποίος ανάγκασε 180 άτομα να περάσουν ηλεκτρικό φορτίο.
Από τι αποτελείται ένα ηλεκτρικό ρεύμα
Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια κατευθυνόμενη ή διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια, ιόντα). Τα σωματίδια αυτά ονομάζονται φορείς ηλεκτρικού φορτίου. Για να υπάρξει κίνηση, πρέπει να υπάρχουν ελεύθερα φορτισμένα σωματίδια στην ύλη. Η ικανότητα των φορτισμένων σωματιδίων να κινούνται σε μια ουσία καθορίζει την αγωγιμότητα της ουσίας αυτής. Ανάλογα με την αγωγιμότητα, οι ουσίες διακρίνονται σε αγωγούς, ημιαγωγούς, διηλεκτρικά και μονωτές.
Στα μέταλλα, τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν το φορτίο. Η ίδια η ουσία δεν ρέει - τα μεταλλικά ιόντα είναι σταθερά στερεωμένα στους κόμβους της δομής και ταλαντώνονται μόνο ελαφρώς.
Στα υγρά, τα ιόντα φέρουν το φορτίο: θετικά φορτισμένα κατιόντα και αρνητικά φορτισμένα ανιόντα. Τα σωματίδια σπεύδουν προς ηλεκτρόδια με αντίθετο φορτίο, όπου γίνονται ουδέτερα και καθιζάνουν.
Στα αέρια, το πλάσμα σχηματίζεται από δυνάμεις με διαφορετικά δυναμικά. Το φορτίο μεταφέρεται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα και από τους δύο πόλους.
Στους ημιαγωγούς, το φορτίο μεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια, τα οποία ταξιδεύουν από άτομο σε άτομο και αφήνουν πίσω τους κενά που θεωρούνται θετικά φορτισμένα.
Από πού προέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα;
Η ηλεκτρική ενέργεια που ρέει μέσω καλωδίων στα σπίτια παράγεται από μια ηλεκτρική γεννήτρια σε διάφορους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Σε αυτές, η γεννήτρια συνδέεται με έναν συνεχώς περιστρεφόμενο στρόβιλο.
Ο σχεδιασμός μιας γεννήτριας έχει ένα ρότορα, ένα πηνίο, το οποίο τοποθετείται μεταξύ των πόλων ενός μαγνήτη. Καθώς η τουρμπίνα περιστρέφει αυτόν τον ρότορα, ένα ηλεκτρικό ρεύμα επάγεται ή παράγεται στο μαγνητικό πεδίο σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής. Έτσι, ο σκοπός της γεννήτριας είναι να μετατρέψει την κινητική δύναμη της περιστροφής σε ηλεκτρική ενέργεια.
Μια τουρμπίνα μπορεί να περιστραφεί με πολλούς τρόπους, χρησιμοποιώντας διάφορες πηγές ενέργειας. Αυτά χωρίζονται σε τρεις τύπους:
- Ανανεώσιμη - ενέργεια που προέρχεται από ανεξάντλητους πόρους: ρεύματα νερού, ηλιακό φως, άνεμος, γεωθερμικές πηγές και βιοκαύσιμα,
- Μη ανανεώσιμη - ενέργεια που προέρχεται από πόρους που εμφανίζονται πολύ αργά, σε αναλογία με το ρυθμό κατανάλωσης: άνθρακας, πετρέλαιο, τύρφη, φυσικό αέριο,
- Πυρηνική - ενέργεια που προέρχεται από τη διαδικασία της πυρηνικής σχάσης των κυττάρων.
Η ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται συχνότερα από τη λειτουργία:
- Υδροηλεκτρικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας (ΥΗΣ) - χτισμένοι σε ποτάμια και εκμεταλλευόμενοι τη δύναμη της ροής του νερού,
- Θερμικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας (ΘΗΣ) - λειτουργούν με θερμική ενέργεια από την καύση καυσίμων,
- Πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής (ΠΗΣ) - λειτουργούν με θερμική ενέργεια που προέρχεται από τη διαδικασία της πυρηνικής αντίδρασης.
Η μετασχηματισμένη ενέργεια ρέει μέσω των καλωδίων στους σταθμούς μετασχηματιστών και διακοπτών και στη συνέχεια στον τελικό καταναλωτή.
Σήμερα αναπτύσσονται ενεργά οι λεγόμενες εναλλακτικές μορφές ενέργειας. Σε αυτές περιλαμβάνονται οι ανεμογεννήτριες, οι ηλιακοί συλλέκτες, η χρήση γεωθερμικών πηγών και κάθε άλλο μέσο απόκτησης ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ασυνήθιστων φαινομένων. Οι εναλλακτικές μορφές ενέργειας είναι πολύ κατώτερες από τις παραδοσιακές πηγές όσον αφορά την απόδοση και την απόσβεση, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις βοηθούν στην εξοικονόμηση χρημάτων και στη μείωση του φορτίου στα κύρια δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας.
Υπάρχει επίσης ένας μύθος σχετικά με την ύπαρξη BTGS - Γεννήτριες χωρίς καύσιμο. Υπάρχουν βίντεο στο διαδίκτυο που δείχνουν πώς λειτουργούν και προσφέρονται προς πώληση. Υπάρχει όμως μεγάλη διαφωνία σχετικά με τη γνησιότητα των πληροφοριών αυτών.
Τύποι ηλεκτρικής ενέργειας στη φύση
Το απλούστερο παράδειγμα φυσικού ηλεκτρισμού είναι ο κεραυνός. Τα σωματίδια νερού στα σύννεφα προσκρούουν συνεχώς το ένα στο άλλο, φορτίζοντας θετικά ή αρνητικά. Τα ελαφρύτερα, θετικά φορτισμένα σωματίδια καταλήγουν στην κορυφή του νέφους, ενώ τα βαρύτερα, αρνητικά σωματίδια κινούνται προς τα κάτω. Όταν δύο τέτοια νέφη βρίσκονται αρκετά κοντά μεταξύ τους, αλλά σε διαφορετικά ύψη, τα θετικά φορτία του ενός έλκονται αμοιβαία από τα αρνητικά σωματίδια του άλλου. Αυτό συμβαίνει όταν πέφτουν κεραυνοί. Το φαινόμενο αυτό συμβαίνει επίσης μεταξύ των νεφών και της ίδιας της επιφάνειας της Γης.
Μια άλλη εκδήλωση του ηλεκτρισμού στη φύση είναι τα ειδικά όργανα των ψαριών, των σαλαχιών και των χελιών. Μπορούν να τα χρησιμοποιήσουν για να δημιουργήσουν ηλεκτρικά φορτία για να αμυνθούν από θηρευτές ή να ακινητοποιήσουν τα θύματά τους. Οι δυνατότητές τους κυμαίνονται από πολύ ασθενείς εκκενώσεις, αόρατες για τον άνθρωπο, έως θανατηφόρες. Ορισμένα ψάρια δημιουργούν ένα ασθενές ηλεκτρικό πεδίο γύρω τους για να τα βοηθήσουν να βρουν τη λεία τους και να πλοηγηθούν μέσα σε λασπώδη νερά. Οποιοδήποτε φυσικό αντικείμενο το παραμορφώνει με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, γεγονός που σας βοηθά να αναπλάσετε το περιβάλλον σας και να "δείτε" χωρίς τα μάτια σας.
Ο ηλεκτρισμός εκδηλώνεται επίσης στο νευρικό σύστημα των ζωντανών οργανισμών. Το νευρικό ερέθισμα μεταφέρει πληροφορίες από το ένα κύτταρο στο άλλο, επιτρέποντάς σας να ανταποκρίνεστε σε εξωτερικά και εσωτερικά ερεθίσματα, να σκέφτεστε και να ελέγχετε τις κινήσεις σας.
Σχετικά άρθρα:
