Az elektromosság a legtöbb ember számára hétköznapi és létfontosságú jelenség. És mint minden megszokott dolgot, ezt is ritkán veszik észre. Kevesen kérdezik meg, honnan származik, hogyan működik, vagy mit lehet vele csinálni. Azonban már jóval Krisztus előtt is kutatták, és néhány rejtély még mindig megválaszolatlan.
Tartalomjegyzék
Mit jelent az elektromos áram
Az elektromosság olyan összetett jelenség, amely elektromos töltések létezésével jár. A leggyakrabban használt szó az elektromos áramra és az általa kiváltott folyamatokra.
Az elektromos áram a töltéshordozó részecskék irányított mozgása elektromos tér hatására.
Ki találta fel az elektromosságot - történelem
Az elektromosság egyes megnyilvánulásait már jóval korunk előtt is tanulmányozták. De egyetlen elméletben egyesíteni őket, hogy megmagyarázzák a villámokat az égen, a tárgyak vonzását, a tüzek okozásának képességét, a testrészek elzsibbasztását vagy akár az emberi halált, kihívásnak bizonyult.
A tudósok már az ókor óta tanulmányozzák az elektromosság három megnyilvánulási formáját:
- Villamosenergiát termelő halak;
- Statikus elektromosság.;
- Mágnesesség.
Az ókori Egyiptomban a gyógyítók tisztában voltak a nílusi harcsa különös képességeivel, és megpróbálták használni fejfájás és más betegségek kezelésére. Az ókori római orvosok hasonló célokra használták az elektromos ráját. Az ókori görögök részletesen tanulmányozták a rája különös képességeit, és tudták, hogy a lény közvetlen érintkezés nélkül, szigonnyal és halászhálón keresztül képes elkábítani az embert.
Valamivel korábban felfedezték, hogy ha borostyánt dörzsölünk egy darab gyapjúhoz, az elkezdi vonzani a gyapjút és a kisebb tárgyakat. Később felfedeztek egy másik, hasonló tulajdonságokkal rendelkező anyagot, a turmalint.
Kr. e. 500 körül. Az indiai és arab tudósok ismerték a vas vonzására képes anyagokat, és ezt a képességüket aktívan kihasználták különböző területeken. Kr. e. 100 körül a kínai tudósok feltalálták a mágneses iránytűt.
1600-ban William Gilbert, I. Erzsébet és I. Jakab udvari orvosa felfedezte, hogy az egész bolygó egy hatalmas iránytű, és bevezette az "elektromosság" fogalmát (a görög "borostyán" szóból). Írásaiban a borostyán gyapjúhoz való dörzsölésével kapcsolatos kísérletek és az iránytű észak felé mutató képessége kezdett egyetlen elméletté összeállni. Az alábbi képen I. Erzsébetnek mutatja be a mágnest.
1633-ban Otto von Guericke mérnök feltalálja az elektrosztatikus gépet, amely képes tárgyakat vonzani és taszítani is, 1745-ben pedig Pieter van Muschenbroek megépíti a világ első elektromos töltésakkumulátorát.
1800-ban az olasz Alessandro Volta feltalálja az első elektromos áramot. tápegység - egy elektromos akkumulátor, amely egyenáram. Képes volt arra is, hogy elektromos áramot továbbítson nagy távolságra. Ezért sokan ezt az évet tekintik az elektromosság feltalálásának évének.
1831-ben Mike Faraday felfedezte az elektromágneses indukció jelenségét, és ezzel megnyitotta az utat az elektromos áramra épülő különböző eszközök feltalálása előtt.
A 19. és a 20. század fordulóján Nikola Tesla munkásságának köszönhetően rengeteg felfedezés és előrelépés született. Többek között ő találta fel a nagyfrekvenciás generátort és a transzformátoraz elektromos motor, a rádiójelek antennája.
Az elektromosság tudománya
Az elektromosság természetes jelenség. Részben a biológiában, a kémiában és a fizikában tanulmányozzák. Az elektromos töltéseket a legteljesebben az elektrodinamika - a fizika egyik ága - keretében tanulmányozzák.
Az elektromosság elméletei és törvényei
Az elektromosságra kevés törvény vonatkozik, de ezek teljes mértékben leírják a jelenséget:
- Az energia megőrzésének törvénye az az alapvető törvény, amelynek az elektromos jelenségek is engedelmeskednek;
- Ohm törvénye - az elektromos áram alapvető törvénye;
- Az elektromágneses indukció törvénye - az elektromágneses és mágneses terekről;
- Ampere-törvény - két vezető áramokkal való kölcsönhatásáról;
- Joule-Lenz-törvény - az elektromosság hőhatásáról;
- Coulomb törvénye - az elektrosztatikáról;
- Jobb- és baloldali szabályok - a mágneses mező erővonalainak és a mágneses mezőben lévő vezetőre ható ampererő irányának meghatározása;
- Lenz-szabály - az indukciós áram irányának meghatározása;
- Faraday törvényei - az elektrolízisről.
Az első kísérletek az elektromossággal
Az elektromossággal végzett első kísérletek elsősorban szórakoztató jellegűek voltak. Lényegük könnyű tárgyak voltak, amelyek egy kevéssé ismert erő hatására vonzódtak és taszították egymást. Egy másik szórakoztató élmény volt az elektromosság átvitele egy kézen fogott emberekből álló láncon keresztül. Az elektromosság fiziológiai hatásait Jean Nollet tanulmányozta aktívan, aki 180 emberen keresztül elektromos töltést kényszerített.
Miből áll az elektromos áram
Az elektromos áram a töltött részecskék (elektronok, ionok) irányított vagy rendezett mozgása. Az ilyen részecskéket elektromos töltéshordozóknak nevezzük. Ahhoz, hogy mozgás történjen, szabad töltésű részecskéknek kell lenniük az anyagban. A töltött részecskék mozgási képessége határozza meg az anyag vezetőképességét. A vezetőképesség alapján az anyagokat vezetőkre, félvezetőkre, dielektrikumokra és szigetelőkre különböztetjük meg.
A fémekben az elektronok mozgatják a töltést. Maga az anyag nem folyik el - a fémionok szilárdan rögzülnek a szerkezet csomópontjainál, és csak enyhén rezegnek.
A folyadékokban az ionok hordozzák a töltést: pozitív töltésű kationok és negatív töltésű anionok. A részecskék az ellentétes töltésű elektródák felé rohannak, ahol semlegessé válnak és leülepednek.
A gázokban a plazma különböző potenciállal rendelkező erők hatására alakul ki. A töltést a szabad elektronok és ionok hordozzák mindkét pólusról.
A félvezetőkben a töltést az elektronok hordozzák, amelyek atomról atomra haladnak, és pozitív töltésűnek tekintett réseket hagynak maguk után.
Honnan jön az elektromos áram?
A vezetékeken keresztül az otthonokba áramló villamos energiát különböző erőművekben lévő elektromos generátorok állítják elő. Ezekben a generátor egy folyamatosan forgó turbinához van csatlakoztatva.
A tervezés egy generátor egy forgórész, egy tekercs, amely egy mágnes pólusai között helyezkedik el. Ahogy a turbina forgatja ezt a forgórészt, a mágneses mezőben a fizika törvényei szerint elektromos áram indukálódik vagy keletkezik. A generátor célja tehát az, hogy a forgás mozgási erejét villamos energiává alakítsa.
A turbinát sokféleképpen, különböző energiaforrások felhasználásával lehet forgatni. Ezek három típusba sorolhatók:
- Megújuló - kimeríthetetlen erőforrásokból származó energia: vízfolyások, napfény, szél, geotermikus források és bioüzemanyagok;
- Nem megújuló - olyan erőforrásokból nyert energia, amelyek nagyon lassan, a fogyasztás mértékével aránytalanul lassan keletkeznek: szén, kőolaj, tőzeg, földgáz;
- Nukleáris - a sejtek maghasadásából származó energia.
A villamos energia leggyakrabban a következők működéséből származik:
- Vízerőművek (HPP-k) - folyókra épített, a víz áramlásának erejét hasznosító erőművek;
- Hőerőművek (TPP-k) - tüzelőanyag elégetéséből származó hőenergiával működnek;
- Atomerőművek - a nukleáris reakcióból származó hőenergiával működnek.
Az átalakított energia a vezetékeken keresztül a transzformátor- és kapcsolóállomásokra, majd a végfelhasználóhoz áramlik.
Napjainkban aktívan fejlesztik az úgynevezett alternatív energiaformákat. Ezek közé tartoznak a szélturbinák, a napelemek, a geotermikus források használata és minden más olyan eszköz, amellyel szokatlan jelenségek révén villamos energiát nyerhetünk. Az alternatív energiaforrások teljesítményük és megtérülésük tekintetében sokkal gyengébbek a hagyományos forrásoknál, de bizonyos helyzetekben segítenek pénzt megtakarítani és csökkenteni a fő energiahálózatok terhelését.
Van egy mítosz is a létezéséről BTGS - Tüzelőanyag nélküli generátorok. Az interneten videók mutatják be, hogyan működnek, és eladásra is kínálják őket. Az információ hitelességéről azonban nagy vita van.
A természetben lévő villamos energia típusai
A természetben előforduló elektromosság legegyszerűbb példája a villámlás. A felhőkben lévő vízrészecskék folyamatosan egymásnak ütköznek, és pozitív vagy negatív töltésűvé válnak. A könnyebb, pozitív töltésű részecskék a felhő tetejére kerülnek, míg a nehezebb, negatív töltésűek lefelé mozognak. Ha két ilyen felhő elég közel van egymáshoz, de különböző magasságban, akkor az egyik pozitív töltéseit kölcsönösen vonzzák a másik negatív részecskéi. Ilyenkor villámlás történik. Ez a jelenség a felhők és maga a Föld felszíne között is előfordul.
Az elektromosság egy másik megnyilvánulása a természetben a halak, a ráják és az angolnák különleges szervei. Elektromos töltéseket tudnak létrehozni velük, hogy megvédjék magukat a ragadozókkal szemben, vagy elkábítsák áldozataikat. A potenciáljuk a nagyon gyenge, az ember számára láthatatlan kisüléstől a halálos kisülésekig terjed. Egyes halak gyenge elektromos mezőt hoznak létre maguk körül, hogy segítsenek nekik megtalálni a zsákmányt és tájékozódni a zavaros vízben. Bármilyen fizikai tárgy így vagy úgy, de torzítja azt, ami segít újraalkotni a környezetedet, és "látni" a szemed nélkül.
Az elektromosság az élő szervezetek idegrendszerében is megnyilvánul. Az idegimpulzus az egyik sejtből a másikba továbbítja az információt, lehetővé téve, hogy reagáljon a külső és belső ingerekre, gondolkodjon és irányítsa a mozgását.
Kapcsolódó cikkek:
