Lielākajai daļai cilvēku elektrība ir ikdienišķa un vitāli svarīga parādība. Un, tāpat kā jebkura pazīstama lieta, tā reti tiek pamanīta. Tikai retais jautā, no kurienes tas nāk, kā tas darbojas un ko ar to var darīt. Tomēr tā ir pētīta jau sen pirms Kristus, un daži noslēpumi joprojām nav atrisināti.
Saturs
Ko nozīmē elektriskā strāva
Elektrība ir sarežģīta parādība, kas saistīta ar elektrisko lādiņu esamību. Vārds, ko visbiežāk lieto, lai apzīmētu elektrisko strāvu un visus procesus, ko tā izraisa.
Elektriskā strāva ir lādiņu nesošo daļiņu virzīta kustība elektriskā lauka ietekmē.
Kas izgudroja elektrību - vēsture
Īpašas elektrības izpausmes ir pētītas jau ilgi pirms mūsu ēras. Taču to apvienošana vienotā teorijā, lai izskaidrotu zibens uzplaiksnījumus debesīs, priekšmetu pievilkšanu, spēju izraisīt ugunsgrēkus un ķermeņa daļu nejutīgumu vai pat cilvēka nāvi, ir izrādījusies izaicinājums.
Jau kopš seniem laikiem zinātnieki ir pētījuši trīs elektrības izpausmes:
- Zivis ražo elektroenerģiju;
- Statiskā elektrība.;
- Magnētisms.
Senajā Ēģiptē dziednieki zināja par Nīlas samu dīvainajām spējām un mēģināja tos izmantot galvassāpju un citu slimību ārstēšanai. Senās Romas ārsti līdzīgiem nolūkiem izmantoja elektriskos dzeloņdrātis. Senie grieķi detalizēti pētīja raju dīvainās spējas un zināja, ka šis radījums var apdullināt cilvēku bez tieša kontakta, izmantojot trīspirkstu un zvejas tīklus.
Nedaudz agrāk tika atklāts, ka, berzējot dzintaru uz vilnas gabala, tas sāk piesaistīt vilnu un sīkus priekšmetus. Vēlāk tika atklāts vēl viens materiāls ar līdzīgām īpašībām - turmalīns.
Ap 500. gadu pirms mūsu ēras. Indiešu un arābu zinātnieki zināja par vielām, kas spēj piesaistīt dzelzi, un aktīvi izmantoja šo spēju dažādās jomās. Ap 100. gadu pirms mūsu ēras ķīniešu zinātnieki izgudroja magnētisko kompasu.
1600. gadā Elizabetes I un Jēkaba I galma ārsts Viljams Gilberts atklāja, ka visa planēta ir viens milzīgs kompass, un ieviesa jēdzienu "elektrība" (no grieķu valodas "dzintars"). Viņa rakstos eksperimenti ar dzintara berzēšanu uz vilnas un kompasa spēja norādīt ziemeļus sāka apvienoties vienā teorijā. Nākamajā attēlā viņš demonstrē magnētu Elizabetei I.
1633. gadā inženieris Oto fon Gerickis izgudro elektrostatisko mašīnu, kas var gan pievilkt, gan atgrūzt priekšmetus, un 1745. gadā Pīters van Muschenbroeks uzbūvē pasaulē pirmo elektrisko lādiņu akumulatoru.
1800. gadā itālis Alessandro Volta izgudro pirmo barošanas avots - elektriskais akumulators, kas ģenerē līdzstrāva. Viņš arī spēja pārraidīt elektrisko strāvu lielā attālumā. Tāpēc daudzi šo gadu uzskata par elektrības izgudrošanas gadu.
1831. gadā Maiks Faradejs atklāja elektromagnētiskās indukcijas parādību un pavēra ceļu dažādu ierīču izgudrošanai, kuru pamatā ir elektriskā strāva.
19. un 20. gadsimta mijā, pateicoties Nikolas Teslas darbam, tiek veikti daudzi atklājumi un sasniegumi. Cita starpā viņš izgudroja augstfrekvences ģeneratoru un transformatorselektromotoru, antenu radio signāliem.
Elektrības zinātne
Elektrība ir dabiska parādība. To daļēji apgūst bioloģijā, ķīmijā un fizikā. Elektriskie lādiņi visplašāk tiek pētīti elektrodinamikas - vienas no fizikas nozarēm - ietvaros.
Elektrības teorijas un likumi
Uz elektrību attiecas tikai daži likumi, taču tie pilnībā raksturo šo parādību:
- Enerģijas saglabāšanas likums ir pamatlikums, kuram pakļaujas arī elektriskās parādības;
- Oma likums - elektriskās strāvas pamatlikums;
- Elektromagnētiskās indukcijas likums - par elektromagnētisko un magnētisko lauku;
- Ampera likums - par divu vadītāju mijiedarbību ar strāvām;
- Džoula un Lenca likums - par elektrības siltuma efektu;
- Kulona likums - par elektrostatiku;
- Labās un kreisās puses noteikumi - magnētiskā lauka spēka līniju virzienu un Ampera spēka, kas darbojas uz vadītāju magnētiskajā laukā, noteikšana;
- Lenca noteikums - indukcijas strāvas virziena noteikšana;
- Faradeja likumi - par elektrolīzi.
Pirmie eksperimenti ar elektrību
Pirmie eksperimenti ar elektrību galvenokārt bija izklaidējoša rakstura. To būtība bija viegli objekti, kas pievelkas un atgrūžas slikti izprotama spēka iedarbībā. Vēl viena izklaidējoša pieredze bija elektrības pārvade, izmantojot cilvēku ķēdi, kas turas rokās. Elektrības fizioloģisko iedarbību aktīvi pētīja Žans Nolē, kurš ar elektrības lādiņu iedarbojās uz 180 cilvēkiem.
No kā sastāv elektriskā strāva
Elektriskā strāva ir virzīta vai sakārtota lādētu daļiņu (elektronu, jonu) kustība. Šādas daļiņas sauc par elektriskā lādiņa nesējiem. Lai varētu notikt kustība, matērijā jābūt brīvām uzlādētām daļiņām. Vielas lādētu daļiņu spēja kustēties vielā nosaka šīs vielas vadītspēju. Pēc vadītspējas vielas iedala vadītājos, pusvadītājos, dielektriķos un izolatoros.
Metālos lādiņu pārvieto elektroni. Pati viela neizplūst - metāla joni ir stingri nostiprināti struktūras mezglos un tikai nedaudz svārstās.
Šķidrumos lādiņus nes joni: pozitīvi lādēti katjoni un negatīvi lādēti anjoni. Daļiņas virzās uz elektrodiem ar pretēju lādiņu, kur tās kļūst neitrālas un nosēžas.
Gāzēs plazmu veido spēki ar dažādiem potenciāliem. Lādiņu pārnes brīvie elektroni un joni no abiem poliem.
Pusvadītājos lādiņu pārnēsā elektroni, kas pārvietojas no atoma uz atomu un atstāj aiz sevis atstarpes, kuras tiek uzskatītas par pozitīvi lādētām.
No kurienes rodas elektriskā strāva?
Elektrību, kas pa vadiem plūst uz mājokļiem, ražo elektroģenerators dažādās elektrostacijās. Tajos ģenerators ir savienots ar nepārtraukti rotējošu turbīnu.
Dizains ģeneratora ir rotors, spole, kas atrodas starp magnēta poliem. Turbīnai griežot rotoru, magnētiskajā laukā saskaņā ar fizikas likumiem tiek ģenerēta vai inducēta elektriskā strāva. Tādējādi ģeneratora mērķis ir pārvērst rotācijas kinētisko spēku elektrībā.
Turbīnu var griezt dažādos veidos, izmantojot dažādus enerģijas avotus. Tie ir iedalīti trīs veidos:
- Atjaunojamā enerģija - enerģija, ko iegūst no neizsīkstošiem resursiem: ūdens straumes, saules gaismas, vēja, ģeotermālajiem avotiem un biodegvielas;
- Neatjaunojama enerģija - enerģija, kas iegūta no resursiem, kuri rodas ļoti lēni, nesamērīgi ar patēriņa tempu: ogles, nafta, kūdra, dabasgāze;
- Kodolenerģija - enerģija, ko iegūst šūnu kodola skaldīšanās procesā.
Elektrību visbiežāk ražo, darbinot:
- Hidroelektrostacijas (HES) - uzbūvētas uz upēm un izmanto ūdens plūsmas spēku;
- Termoelektrostacijas (TEC) - izmanto siltumenerģiju, ko iegūst, sadedzinot kurināmo;
- Atomelektrostacijas (AES) - izmanto siltumenerģiju, kas iegūta kodolreakcijas procesā.
Pārveidotā enerģija pa vadiem plūst līdz transformatoru un sadales iekārtām un pēc tam līdz gala patērētājam.
Mūsdienās aktīvi tiek attīstīti tā sauktie alternatīvie enerģijas veidi. Tie ietver vēja turbīnas, saules paneļus, ģeotermālo avotu izmantošanu un citus līdzekļus, kas ļauj iegūt elektroenerģiju, izmantojot neparastas parādības. Alternatīvie enerģijas avoti ir daudz zemāki par tradicionālajiem energoresursiem gan veiktspējas, gan atmaksāšanās ziņā, taču noteiktās situācijās tie palīdz ietaupīt naudu un mazina galveno elektrotīklu noslodzi.
Pastāv arī mīts par to, ka pastāv BTGS - Bezdegvielas ģeneratori. Internetā ir pieejami videoieraksti, kuros demonstrēts, kā tie darbojas, un tie tiek piedāvāti pārdošanai. Taču pastāv liels strīds par šīs informācijas autentiskumu.
Elektrības veidi dabā
Vienkāršākais dabā sastopamās elektrības piemērs ir zibens. Ūdens daļiņas mākoņos pastāvīgi saduras viena ar otru, kļūstot pozitīvi vai negatīvi uzlādētas. Vieglākās, pozitīvi uzlādētās daļiņas nonāk mākoņa augšdaļā, bet smagākās, negatīvi uzlādētās daļiņas pārvietojas lejup. Ja divi šādi mākoņi atrodas pietiekami tuvu viens otram, bet dažādos augstumos, viena mākoņa pozitīvie lādiņi savstarpēji piesaista otra mākoņa negatīvās daļiņas. Šajā laikā notiek zibens. Šī parādība notiek arī starp mākoņiem un Zemes virsmu.
Vēl viena elektrības izpausme dabā ir zivju, raju un zušu īpašie orgāni. Tās var izmantot tos, lai radītu elektriskos lādiņus aizsardzībai pret plēsējiem vai apdullinātu savus upurus. To potenciāls svārstās no ļoti vājām, cilvēkiem neredzamām izlādēm līdz pat nāvējošām. Dažas zivis ap sevi rada vāju elektrisko lauku, kas palīdz tām atrast upuri un orientēties duļķainā ūdenī. Jebkurš fizisks objekts to tā vai citādi izkropļo, un tas palīdz jums atveidot apkārtni un "redzēt" bez acīm.
Elektrība izpaužas arī dzīvo organismu nervu sistēmā. Nervu impulss pārraida informāciju no vienas šūnas uz otru, ļaujot jums reaģēt uz ārējiem un iekšējiem stimuliem, domāt un kontrolēt savas kustības.
Saistītie raksti:
