Elektrika je pogost in vitalen pojav za večino ljudi. In kot vsako znano stvar, je le redkokdo opažen. Malokdo se sprašuje, od kod izvira, kako deluje in kaj je mogoče narediti z njim. Vendar pa se je njegovo preučevanje začelo že dolgo pred našo dobo in nekatere skrivnosti ostajajo neodgovorjene.
Vsebina
Kaj pomeni električni tok
Elektrika je kompleks pojavov, povezanih z obstojem električnih nabojev. Ta beseda se najpogosteje nanaša na električni tok in vse procese, ki jih povzroča.
Električni tok je usmerjeno gibanje delcev z nabojem pod vplivom električnega polja.
Kdo je izumil elektriko - zgodovina
Posebne manifestacije elektrike so preučevali že dolgo pred našim štetjem. Toda njihovo združevanje v eno teorijo za razlago strele na nebu, privlačnosti predmetov, zmožnosti povzročitve požarov in otrplosti delov telesa ali celo človeške smrti se je izkazalo za težko nalogo.
Znanstveniki so že od antičnih časov preučevali tri manifestacije elektrike:
- Ribe, ki proizvajajo elektriko;
- Statična elektrika.;
- Magnetizem.
V starem Egiptu so zdravilci vedeli za nenavadne sposobnosti nilskega soma in so ga poskušali uporabiti za zdravljenje glavobolov in drugih bolezni. Stari rimski zdravniki so uporabljali električnega bodeča za podobne namene. Stari Grki so podrobno preučevali nenavadne sposobnosti ožigalkarja in vedeli, da lahko bitje brez neposrednega stika s trizobom in ribiškimi mrežami omami človeka.
Nekaj prej so ugotovili, da če kos volne podrgnete z jantarjem, ta začne privlačiti volno in majhne predmete. Kasneje so odkrili še en material s podobnimi lastnostmi, turmalin.
Okoli leta 500 pr. Indijski in arabski znanstveniki so poznali snovi, ki lahko pritegnejo železo, in to sposobnost aktivno uporabljajo na različnih področjih. Okoli leta 100 pr. n. št. so kitajski znanstveniki izumili magnetni kompas.
Leta 1600 je William Gilbert, dvorni zdravnik Elizabete I. in Jakoba I., odkril, da je ves planet en ogromen kompas, in uvedel koncept "elektrike" (iz grškega "jantarja"). V njegovih spisih so se poskusi drgnjenja jantarja na volno in sposobnost kompasa, da kaže proti severu, začeli združevati v eno teorijo. Na spodnji sliki prikazuje magnet Elizabeti I.
Leta 1633 inženir Otto von Guericke izumi elektrostatični stroj, ki lahko ne samo privlači, temveč tudi odbija predmete, leta 1745 pa Peter van Musschenbroek izdela prvi akumulator električnega naboja na svetu.
Leta 1800 je Italijan Alessandro Volta izumil prvo napajanje - električna baterija, ki generira enosmerni tok. Prav tako je lahko prenašal električni tok na daljavo. Zato letošnje leto mnogi štejejo za leto izuma elektrike.
Leta 1831 je Mike Faraday odkril pojav elektromagnetne indukcije in odprl pot za izum različnih naprav, ki temeljijo na električnem toku.
Na prelomu devetnajstega in dvajsetega stoletja je po zaslugi dela Nikole Tesle prišlo do številnih odkritij in napredkov. Med drugim je izumil visokofrekvenčni generator in transformatorelektromotor, antena za radijske signale.
Znanost o elektriki
Elektrika je naravni pojav. Delno se preučuje v biologiji, kemiji in fiziki. Električni naboji so najpopolneje obravnavani v okviru elektrodinamike, ene od vej fizike.
Teorije in zakoni elektrike
Zakonov, ki jim elektrika sledi, je malo, vendar v celoti opisujejo pojav:
- Zakon o ohranitvi energije je temeljni zakon, ki se mu podrejajo tudi električni pojavi;
- Ohmov zakon je osnovni zakon električnega toka;
- Zakon elektromagnetne indukcije - o elektromagnetnem in magnetnem polju;
- Amperov zakon - o interakciji dveh prevodnikov s tokovi;
- Joule-Lenzov zakon - o toplotnem učinku elektrike;
- Coulombov zakon - o elektrostatiki;
- Pravilo desne in leve roke - določanje smeri silnic magnetnega polja in Amperove sile, ki delujeta na vodnik v magnetnem polju;
- Lenzovo pravilo – določanje smeri indukcijskega toka;
- Faradayevi zakoni - o elektrolizi.
Prvi poskusi z elektriko
Prvi poskusi z elektriko so bili predvsem zabavne narave. Njihovo bistvo so bili lahki predmeti, ki so privlačili in odbijali pod delovanjem slabo razumljene sile. Druga zabavna izkušnja je bil prenos električne energije skozi verigo ljudi, ki se držijo za roke. Fiziološke učinke elektrike je aktivno proučeval Jean Nollet, ki je omogočil, da električni naboj preide skozi 180 ljudi.
Iz česa je sestavljen električni tok
Električni tok je usmerjeno ali urejeno gibanje nabitih delcev (elektronov, ionov). Takšne delce imenujemo nosilci električnega naboja. Da pride do gibanja, morajo biti v snovi prosti nabiti delci.Sposobnost nabitih delcev, da se gibljejo v snovi, določa prevodnost te snovi. Po prevodnosti ločimo snovi na prevodnike, polprevodnike, dielektrike in izolatorje.
V kovinah naboj premikajo elektroni. Sama snov ne izteka - kovinski ioni so trdno pritrjeni v vozliščih strukture in le rahlo nihajo.
V tekočinah nosijo naboj ioni: pozitivno nabiti kationi in negativno nabiti anioni. Delci hitijo do elektrod z nasprotnim nabojem, kjer postanejo nevtralni in se umirijo.
V plinih plazma nastane pod delovanjem sil z različnimi potenciali. Naboj prenašajo prosti elektroni in ioni obeh polov.
V polprevodnikih naboj prenašajo elektroni, ki se premikajo od atoma do atoma in za seboj puščajo prekinitve, ki veljajo za pozitivno nabite.
Od kod prihaja električni tok
Električno energijo, ki teče po žicah v domove, proizvaja električni generator v različnih elektrarnah. Pri teh je generator povezan s stalno vrtečo se turbino.
V oblikovanju generatorja ima rotor, tuljavo, ki je nameščena med poloma magneta. Ko turbina vrti ta rotor v magnetnem polju, se po zakonih fizike pojavi oziroma inducira električni tok. Tako je namen generatorja pretvarjanje kinetične sile vrtenja v električno energijo.
Turbino lahko zavrtite na več načinov, z uporabo različnih virov energije. Razdeljeni so v tri vrste:
- Obnovljiva energija - energija, pridobljena iz neizčrpnih virov: vodni tokovi, sončna svetloba, veter, geotermalni viri in biogoriva;
- Neobnovljiva - energija, pridobljena iz virov, ki nastajajo zelo počasi, nesorazmerno s stopnjo porabe: premog, nafta, šota, zemeljski plin;
- Jedrska - energija, pridobljena iz procesa jedrske cepitve celic.
Električna energija se najpogosteje proizvaja z delovanjem:
- Hidroelektrarne (HE) – so zgrajene na rekah in uporabljajo silo vodnega toka;
- Termoelektrarne (TE) - delujejo na toplotno energijo iz zgorevanja goriva;
- Jedrske elektrarne (JE) delujejo na toplotno energijo, ki izhaja iz procesa jedrske reakcije.
Pretvorjena energija teče po žicah do transformatorskih postaj in stikalnih naprav, nato pa pride do končnega porabnika.
Danes se aktivno razvijajo tako imenovane alternativne vrste energije. Sem sodijo vetrne turbine, solarni kolektorji, uporaba geotermalnih virov in kakršni koli drugi načini pridobivanja električne energije z nenavadnimi pojavi. Alternativna energija je močno slabša od učinkovitosti in donosnosti tradicionalnih virov, vendar v določenih situacijah pomaga prihraniti denar in zmanjšati obremenitev glavnih električnih omrežij.
Obstaja tudi mit o obstoju BTGS - Generatorji brez goriva. Na internetu so videoposnetki, ki prikazujejo njihovo delo in ponujajo prodajo. Obstaja pa velika razprava o zanesljivosti teh informacij.
Vrste elektrike v naravi
Najenostavnejši primer naravnega nastanka elektrike je strela. Delci vode v oblakih nenehno trčijo drug ob drugega in postanejo pozitivno ali negativno nabiti. Lažji, pozitivno nabiti delci končajo na vrhu oblaka, medtem ko se težji, negativno nabiti, pomaknejo navzdol. Ko sta dva takšna oblaka dovolj narazen, vendar na različnih višinah, se pozitivni naboji enega medsebojno privlačijo z negativnimi delci drugega. Takrat se pojavi strela. Ta pojav se dogaja tudi med oblaki in samim zemeljskim površjem.
Druga manifestacija električne energije v naravi so posebni organi rib, raž in jegulj. Uporabljajo jih lahko za ustvarjanje električnih nabojev za obrambo pred plenilci ali za omamljanje svojih žrtev.Njihov potencial sega od zelo šibkih, človeku nevidnih, do smrtonosnih. Nekatere ribe okoli sebe ustvarijo šibko električno polje, ki jim pomaga pri iskanju plena in krmarjenju v motni vodi. Vsak fizični predmet ga na tak ali drugačen način izkrivlja, kar pomaga poustvariti okoliški prostor in "videti" brez oči.
Elektrika se kaže tudi v živčnem sistemu živih organizmov. Živčni impulz prenaša informacije iz ene celice v drugo, kar vam omogoča, da se odzovete na zunanje in notranje dražljaje, razmišljate in nadzorujete svoja gibanja.
Povezani članki:
