L'elettricità è un fenomeno comune e vitale per la maggior parte delle persone. E come ogni cosa familiare, è raramente notato. Poche persone si chiedono da dove viene, come funziona o cosa si può fare con esso. Tuttavia, è stato esplorato molto prima di Cristo e alcuni misteri rimangono senza risposta.
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Cosa si intende per corrente elettrica
L'elettricità è un fenomeno complesso che implica l'esistenza di cariche elettriche. La parola più comunemente usata per indicare la corrente elettrica e tutti i processi che provoca.
La corrente elettrica è il movimento direzionale di particelle portatrici di carica sotto l'influenza di un campo elettrico.
Chi ha inventato l'elettricità - storia
Manifestazioni particolari dell'elettricità sono state studiate da molto prima della nostra era. Ma combinarli in un'unica teoria per spiegare i lampi nel cielo, l'attrazione degli oggetti, la capacità di causare incendi e intorpidire parti del corpo o addirittura la morte umana si è rivelata una sfida.
Gli scienziati hanno studiato le tre manifestazioni dell'elettricità fin dai tempi antichi:
- Pesce che genera elettricità;
- Elettricità statica.;
- Magnetismo.
Nell'antico Egitto, i guaritori erano a conoscenza delle strane capacità del pesce gatto del Nilo e cercavano di usarlo per trattare il mal di testa e altri disturbi. Gli antichi medici romani usavano il pungiglione elettrico per scopi simili. Gli antichi greci studiarono in dettaglio le strane capacità della razza e sapevano che la creatura poteva stordire un uomo senza contatto diretto attraverso un tridente e reti da pesca.
Un po' prima, si era scoperto che se si strofina l'ambra su un pezzo di lana, essa comincerà ad attrarre la lana e i piccoli oggetti. Un altro materiale con proprietà simili, la tormalina, fu scoperto più tardi.
Intorno al 500 a.C. Gli scienziati indiani e arabi conoscevano le sostanze capaci di attirare il ferro e usavano attivamente questa capacità in vari campi. Intorno al 100 a.C., gli scienziati cinesi inventarono la bussola magnetica.
Nel 1600, William Gilbert, il medico di corte di Elisabetta I e Giacomo I, scoprì che l'intero pianeta era un'enorme bussola e introdusse il concetto di "elettricità" (dal greco "ambra"). Nei suoi scritti, gli esperimenti con lo sfregamento dell'ambra sulla lana e la capacità della bussola di indicare il nord cominciarono a combinarsi in una teoria. Nella foto qui sotto dimostra il magnete a Elisabetta I.
Nel 1633, l'ingegnere Otto von Guericke inventa la macchina elettrostatica che può attrarre e respingere oggetti e nel 1745 Pieter van Muschenbroek costruisce il primo accumulatore di carica elettrica del mondo.
Nel 1800, l'italiano Alessandro Volta inventa il primo alimentazione elettrica - una batteria elettrica che genera corrente diretta. Era anche in grado di trasmettere la corrente elettrica a distanza. Quest'anno è quindi considerato da molti l'anno dell'invenzione dell'elettricità.
Nel 1831, Mike Faraday scoprì il fenomeno dell'induzione elettromagnetica e aprì la strada all'invenzione di vari dispositivi basati sulla corrente elettrica.
A cavallo tra il XIX e il XX secolo, un numero enorme di scoperte e progressi sono fatti grazie al lavoro di Nikola Tesla. Tra le altre cose, ha inventato il generatore ad alta frequenza e trasformatoreil motore elettrico, l'antenna per i segnali radio.
La scienza dell'elettricità
L'elettricità è un fenomeno naturale. È studiato in parte in biologia, chimica e fisica. Le cariche elettriche sono studiate in modo più completo nel quadro dell'elettrodinamica - una delle branche della fisica.
Teorie e leggi dell'elettricità
Ci sono poche leggi che si applicano all'elettricità, ma descrivono completamente il fenomeno:
- La legge di conservazione dell'energia è la legge fondamentale a cui obbediscono anche i fenomeni elettrici;
- Legge di Ohm - la legge fondamentale della corrente elettrica;
- La legge dell'induzione elettromagnetica - sui campi elettromagnetici e magnetici;
- Legge di Ampere - sull'interazione di due conduttori con le correnti;
- Legge di Joule-Lenz - sull'effetto di calore dell'elettricità;
- Legge di Coulomb - sull'elettrostatica;
- Regole della mano destra e della mano sinistra - determinazione delle direzioni delle linee di forza del campo magnetico e della forza di Ampere che agisce su un conduttore in un campo magnetico;
- Regola di Lenz - determinare la direzione della corrente di induzione;
- Leggi di Faraday - sull'elettrolisi.
I primi esperimenti con l'elettricità
I primi esperimenti con l'elettricità erano principalmente di natura divertente. La loro essenza erano oggetti leggeri che si attraevano e respingevano sotto l'azione di una forza poco compresa. Un'altra esperienza divertente è stata la trasmissione di elettricità attraverso una catena di persone che si tenevano per mano. Gli effetti fisiologici dell'elettricità furono attivamente studiati da Jean Nollet, che forzò una carica elettrica attraverso 180 persone.
In cosa consiste una corrente elettrica
Una corrente elettrica è un movimento diretto o ordinato di particelle cariche (elettroni, ioni). Tali particelle sono chiamate portatori di carica elettrica. Affinché il movimento avvenga, ci devono essere particelle cariche libere nella materia. La capacità delle particelle cariche di muoversi in una sostanza determina la conduttività di quella sostanza. Secondo la conduttività, le sostanze si distinguono in conduttori, semiconduttori, dielettrici e isolanti.
Nei metalli, gli elettroni spostano la carica. La sostanza stessa non scorre via - gli ioni metallici sono saldamente fissati ai nodi della struttura e oscillano solo leggermente.
Nei liquidi, gli ioni portano la carica: cationi carichi positivamente e anioni carichi negativamente. Le particelle corrono verso elettrodi con carica opposta, dove diventano neutre e si depositano.
Nei gas, il plasma è formato da forze con diversi potenziali. La carica è trasportata da elettroni e ioni liberi da entrambi i poli.
Nei semiconduttori, la carica è trasportata dagli elettroni, viaggiando da un atomo all'altro e lasciando degli spazi vuoti che sono considerati come caricati positivamente.
Da dove viene la corrente elettrica?
L'elettricità che scorre attraverso i fili nelle case è generata da un generatore elettrico in varie centrali. In questi, il generatore è collegato a una turbina a rotazione continua.
Il design di un generatore ha un rotore, una bobina, che si trova tra i poli di un magnete. Mentre la turbina fa ruotare questo rotore, una corrente elettrica è indotta o generata nel campo magnetico secondo le leggi della fisica. Quindi lo scopo del generatore è di convertire la forza cinetica di rotazione in elettricità.
Una turbina può essere fatta girare in molti modi, usando una varietà di fonti di energia. Questi sono divisi in tre tipi:
- Rinnovabile - energia derivata da risorse inesauribili: corsi d'acqua, luce solare, vento, fonti geotermiche e biocarburanti;
- Non rinnovabile - energia derivata da risorse che si presentano molto lentamente, incommensurate al tasso di consumo: carbone, petrolio, torba, gas naturale;
- Nucleare - energia derivata dal processo di fissione nucleare delle cellule.
L'elettricità proviene più spesso dal funzionamento di:
- Centrali idroelettriche (HPP) - costruite sui fiumi e che sfruttano la potenza del flusso dell'acqua;
- Centrali termiche (TPP) - funzionano con energia termica dalla combustione del combustibile;
- Centrali nucleari (NPP) - funzionano con energia termica derivata dal processo di reazione nucleare.
L'energia trasformata scorre attraverso i fili fino alle stazioni di trasformazione e di commutazione e poi al consumatore finale.
Al giorno d'oggi, le cosiddette forme alternative di energia vengono attivamente sviluppate. Questi includono le turbine eoliche, i pannelli solari, l'uso di fonti geotermiche e qualsiasi altro mezzo per ottenere elettricità attraverso fenomeni insoliti. L'energia alternativa è molto inferiore alle fonti tradizionali in termini di rendimento e di ritorno dell'investimento, ma in certe situazioni aiuta a risparmiare denaro e a ridurre il carico sulle reti elettriche principali.
C'è anche un mito sull'esistenza di BTGS - Generatori senza carburante. Ci sono video su internet che dimostrano come funzionano, e sono in vendita. Ma c'è una grande controversia sull'autenticità di queste informazioni.
Tipi di elettricità nella natura
L'esempio più semplice di elettricità naturale è il fulmine. Le particelle d'acqua nelle nuvole si scontrano costantemente tra loro, diventando cariche positivamente o negativamente. Le particelle più leggere e caricate positivamente finiscono in cima alla nuvola, mentre quelle più pesanti e negative si muovono verso il basso. Quando due nubi di questo tipo sono abbastanza vicine, ma ad altezze diverse, le cariche positive di una sono reciprocamente attratte dalle particelle negative dell'altra. Questo è il momento in cui si verificano i fulmini. Questo fenomeno si verifica anche tra le nuvole e la superficie della Terra stessa.
Un'altra manifestazione dell'elettricità in natura sono gli organi speciali di pesci, razze e anguille. Possono usarli per creare cariche elettriche per difendersi dai predatori o per stordire le loro vittime. Il loro potenziale varia da scariche molto deboli, invisibili agli esseri umani, a quelle mortali. Alcuni pesci creano un debole campo elettrico intorno a loro per aiutarli a trovare le loro prede e a navigare in acque fangose. Qualsiasi oggetto fisico lo distorce in un modo o nell'altro, il che aiuta a ricreare l'ambiente circostante e a "vedere" senza gli occhi.
L'elettricità si manifesta anche nel sistema nervoso degli organismi viventi. L'impulso nervoso trasmette informazioni da una cellula all'altra, permettendoti di rispondere agli stimoli esterni e interni, pensare e controllare i tuoi movimenti.
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