Elektrina je pre väčšinu ľudí bežným a životne dôležitým javom. A ako každá známa vec, málokedy si ju všimneme. Málokto sa pýta, odkiaľ pochádza, ako funguje a čo sa s ním dá robiť. Skúmali ho však už dávno pred Kristom a niektoré záhady zostávajú nezodpovedané.
Obsah
Čo znamená elektrický prúd
Elektrina je zložitý jav, ktorý zahŕňa existenciu elektrických nábojov. Slovo, ktoré sa najčastejšie používa na označenie elektrického prúdu a všetkých procesov, ktoré spôsobuje.
Elektrický prúd je smerový pohyb častíc nesúcich náboj pod vplyvom elektrického poľa.
Kto vynašiel elektrinu - história
Jednotlivé prejavy elektriny sa skúmali už dávno pred naším letopočtom. Ich spojenie do jednej teórie, ktorá by vysvetľovala blesky na oblohe, priťahovanie predmetov, schopnosť spôsobovať požiare a znecitlivenie častí tela či dokonca smrť človeka, sa však ukázalo ako náročné.
Vedci skúmali tri prejavy elektriny už v dávnych dobách:
- Ryby vyrábajúce elektrickú energiu;
- Statická elektrina.;
- Magnetizmus.
V starovekom Egypte si liečitelia uvedomovali zvláštne schopnosti nílskeho sumca a snažili sa ho používať na liečbu bolestí hlavy a iných ochorení. Starorímski lekári používali na podobné účely elektrický rajek. Starovekí Gréci podrobne študovali zvláštne schopnosti raja a vedeli, že tento tvor dokáže človeka omráčiť bez priameho kontaktu pomocou trojzubca a rybárskych sietí.
O niečo skôr sa zistilo, že ak sa jantár natrie na kúsok vlny, začne priťahovať vlnu a malé predmety. Neskôr bol objavený ďalší materiál s podobnými vlastnosťami, turmalín.
Okolo roku 500 pred n. l. Indickí a arabskí vedci poznali látky schopné priťahovať železo a túto schopnosť aktívne využívali v rôznych oblastiach. Okolo roku 100 pred n. l. vynašli čínski vedci magnetický kompas.
V roku 1600 William Gilbert, dvorný lekár Alžbety I. a Jakuba I., zistil, že celá planéta je jeden veľký kompas, a zaviedol pojem "elektrina" (z gréckeho "jantár"). V jeho spisoch sa experimenty s trením jantáru na vlnu a schopnosť kompasu ukazovať sever začali spájať do jednej teórie. Na nasledujúcom obrázku predvádza magnet Alžbete I.
V roku 1633 vynašiel inžinier Otto von Guericke elektrostatický stroj, ktorý dokáže predmety priťahovať aj odpudzovať, a v roku 1745 Pieter van Muschenbroek zostrojil prvý akumulátor elektrického náboja na svete.
V roku 1800 Talian Alessandro Volta vynašiel prvý napájanie - elektrická batéria, ktorá generuje jednosmerný prúd. Dokázal tiež prenášať elektrický prúd na diaľku. Tento rok preto mnohí považujú za rok vynálezu elektriny.
V roku 1831 Mike Faraday objavil jav elektromagnetickej indukcie a otvoril cestu k vynájdeniu rôznych zariadení založených na elektrickom prúde.
Na prelome 19. a 20. storočia došlo vďaka práci Nikolu Teslu k obrovskému množstvu objavov a pokrokov. Okrem iného vynašiel vysokofrekvenčný generátor a transformátorelektrický motor, anténa pre rádiové signály.
Veda o elektrine
Elektrina je prírodný jav. Čiastočne sa študuje v biológii, chémii a fyzike. Elektrické náboje sa najobsiahlejšie študujú v rámci elektrodynamiky - jedného z odvetví fyziky.
Teórie a zákony elektriny
Na elektrinu sa vzťahuje niekoľko zákonov, ktoré však tento jav plne opisujú:
- Zákon zachovania energie je základným zákonom, ktorému sa podriaďujú aj elektrické javy;
- Ohmov zákon - základný zákon elektrického prúdu;
- Zákon elektromagnetickej indukcie - o elektromagnetických a magnetických poliach;
- Ampérov zákon - o interakcii dvoch vodičov s prúdmi;
- Jouleov-Lenzov zákon - o tepelnom účinku elektriny;
- Coulombov zákon - o elektrostatike;
- Pravidlá pravej a ľavej ruky - určenie smerov siločiar magnetického poľa a Ampérovej sily pôsobiacej na vodič v magnetickom poli;
- Lenzovo pravidlo - určenie smeru indukčného prúdu;
- Faradayove zákony - o elektrolýze.
Prvé pokusy s elektrinou
Prvé pokusy s elektrinou mali najmä zábavný charakter. Ich podstatou boli ľahké objekty, ktoré sa priťahovali a odpudzovali pôsobením zle pochopenej sily. Ďalším zábavným zážitkom bol prenos elektriny prostredníctvom reťaze ľudí, ktorí sa držali za ruky. Fyziologické účinky elektrickej energie aktívne skúmal Jean Nollet, ktorý elektrický náboj púšťal do 180 ľudí.
Z čoho sa skladá elektrický prúd
Elektrický prúd je usmernený alebo usporiadaný pohyb nabitých častíc (elektrónov, iónov). Takéto častice sa nazývajú nosiče elektrického náboja. Aby mohol nastať pohyb, musia byť v hmote voľné nabité častice. Schopnosť nabitých častíc pohybovať sa v látke určuje vodivosť tejto látky. Podľa vodivosti sa látky delia na vodiče, polovodiče, dielektriká a izolanty.
V kovoch prenášajú náboj elektróny. Samotná látka neodteká - kovové ióny sú pevne fixované v uzloch štruktúry a len mierne kmitajú.
V kvapalinách nesú náboj ióny: kladne nabité katióny a záporne nabité anióny. Častice sa vrhajú k elektródam s opačným nábojom, kde sa stanú neutrálnymi a usadia sa.
V plynoch vzniká plazma pôsobením síl s rôznym potenciálom. Náboj prenášajú voľné elektróny a ióny z oboch pólov.
V polovodičoch sa náboj prenáša elektrónmi, ktoré putujú od atómu k atómu a zanechávajú za sebou medzery, ktoré sa považujú za kladne nabité.
Odkiaľ pochádza elektrický prúd?
Elektrickú energiu, ktorá prúdi po drôtoch do domácností, vyrába elektrický generátor v rôznych elektrárňach. V týchto prípadoch je generátor pripojený k nepretržite sa otáčajúcej turbíne.
Dizajn generátora má rotor, cievku, ktorá je umiestnená medzi pólmi magnetu. Pri otáčaní rotora turbíny sa v magnetickom poli indukuje alebo vytvára elektrický prúd podľa fyzikálnych zákonov. Cieľom generátora je teda premeniť kinetickú silu otáčania na elektrickú energiu.
Turbína sa môže otáčať rôznymi spôsobmi a využívať rôzne zdroje energie. Tie sa delia na tri typy:
- Obnoviteľná energia - energia získaná z nevyčerpateľných zdrojov: vodných tokov, slnečného žiarenia, vetra, geotermálnych zdrojov a biopalív;
- Neobnoviteľná energia - energia získaná zo zdrojov, ktoré sa vyskytujú veľmi pomaly, neprimerane k miere spotreby: uhlie, ropa, rašelina, zemný plyn;
- Jadrová energia - energia získaná z procesu štiepenia jadier buniek.
Elektrická energia najčastejšie pochádza z prevádzky:
- Vodné elektrárne (MVE) - postavené na riekach a využívajúce silu vodného toku;
- Tepelné elektrárne (TPP) - využívajú tepelnú energiu zo spaľovania paliva;
- Jadrové elektrárne (JE) - využívajú tepelnú energiu získanú z procesu jadrovej reakcie.
Transformovaná energia prúdi po vedeniach do transformátorov a rozvodní a potom ku konečnému spotrebiteľovi.
V súčasnosti sa aktívne vyvíjajú tzv. alternatívne formy energie. Patria sem veterné turbíny, solárne panely, využívanie geotermálnych zdrojov a akékoľvek iné spôsoby získavania elektrickej energie prostredníctvom neobvyklých javov. Alternatívne zdroje energie sú z hľadiska výkonu a návratnosti oveľa horšie ako tradičné zdroje, ale v určitých situáciách pomáhajú šetriť peniaze a znižovať zaťaženie hlavných energetických sietí.
Existuje aj mýtus o existencii BTGS - Generátory bez paliva. Na internete sú videá, ktoré ukazujú, ako fungujú, a ponúkajú sa na predaj. O pravosti týchto informácií sa však vedú veľké spory.
Druhy elektriny v prírode
Najjednoduchším príkladom prirodzene sa vyskytujúcej elektriny je blesk. Vodné častice v oblakoch na seba neustále narážajú, čím sa kladne alebo záporne nabíjajú. Ľahšie, kladne nabité častice končia na vrchole oblaku, zatiaľ čo ťažšie, záporne nabité častice sa pohybujú smerom nadol. Keď sú dva takéto mraky dostatočne blízko od seba, ale v rôznych výškach, kladné náboje jedného z nich sa navzájom priťahujú so zápornými časticami druhého. Vtedy sa vyskytne blesk. Tento jav sa vyskytuje aj medzi mrakmi a samotným povrchom Zeme.
Ďalším prejavom elektriny v prírode sú špeciálne orgány rýb, rají a úhorov. Môžu ich používať na vytváranie elektrických nábojov na obranu proti predátorom alebo na omráčenie svojich obetí. Ich potenciál siaha od veľmi slabých výbojov, ktoré sú pre človeka neviditeľné, až po smrteľné. Niektoré ryby vytvárajú okolo seba slabé elektrické pole, ktoré im pomáha nájsť korisť a orientovať sa v kalnej vode. Akýkoľvek fyzický objekt ho tak či onak skresľuje, čo vám pomáha stvárniť okolie a "vidieť" bez očí.
Elektrina sa prejavuje aj v nervovom systéme živých organizmov. Nervový impulz prenáša informácie z jednej bunky do druhej, čo vám umožňuje reagovať na vonkajšie a vnútorné podnety, myslieť a ovládať svoje pohyby.
Súvisiace články:
