Co to jest elektryczność
W szerokim znaczeniu elektryczność to cały zespół zjawisk elektromagnetycznych, które są różnymi przejawami pola elektromagnetycznego i jego oddziaływania z materią; w wąskim znaczeniu jest używany w wyrażeniu „ilość elektryczności”, co jest równoznaczne z „ładunkiem elektrycznym” w kwantyfikacji tego ostatniego.
Co przychodzi ci na myśl, gdy słyszysz słowo „elektryczność” lub „elektryczność”? Jedna osoba pomyśli o gniazdku elektrycznym, inna o linii energetycznej, transformatorze lub spawarce, rybak pomyśli o piorunie, gospodyni pomyśli o baterii z palcem lub ładowarce do telefonu komórkowego, tokarz pomyśli o silnik elektryczny, a ktoś sobie nawet wyobrazi Nikola Teslasiedzi w swoim laboratorium w pobliżu rezonującej cewki indukcyjnej, wybuchając piorunem.
W taki czy inny sposób istnieje wiele przejawów elektryczności we współczesnym świecie. Dzisiejsza cywilizacja jako całość jest nie do wyobrażenia bez elektryczności. Ale co o nim wiemy? Wyjaśnijmy tę informację.
Od elektrowni do urządzenia elektrycznego
Gdy podłączamy w domu gniazdko, włączamy czajnik lub naciskamy włącznik, w zasadzie chcąc zapalić żarówkę, to w tym momencie zamykamy obwód pomiędzy źródło I odbiorca energii elektrycznejaby zapewnić ścieżkę przemieszczania się ładunku elektrycznego, na przykład przez spiralę czajnika.
Źródłem prądu w naszym domu jest zwykle gniazdko. Ładunek elektryczny poruszający się przez drut (który w naszym przykładzie jest cewką nichromową na czajniku) jest równy Elektryczność… Drut łączy gniazdo z użytkownikiem dwoma przewodami: jednym przewodem ładunek przemieszcza się od gniazda do użytkownika, drugim przewodem jednocześnie — od użytkownika — do gniazda. Jeśli prąd jest zmienny, przewody zmieniają swoje role 50 razy na sekundę.
Źródłem energii do przemieszczania ładunków elektrycznych (lub prościej źródłem energii elektrycznej) w sieci miejskiej jest przede wszystkim elektrownia. W elektrowni energia elektryczna jest wytwarzana przez potężną generator, którego wirnik jest wprawiany w ruch obrotowy przez instalację jądrową lub elektrownię innego typu (na przykład turbinę wodną).
Wewnątrz generatora namagnesowany wirnik przecina druty stojana, powodując siła elektromotoryczna (EMF)wytwarzanie napięcia między zaciskami generatora. I tak jest zawsze napięcie przemienne o częstotliwości 50 Hz, ponieważ wirnik generatora ma 2 bieguny magnetyczne i obraca się z częstotliwością 3000 obr./min lub ma 4 bieguny i prędkość 1500 obr./min.
Jest to napięcie w naszym kontakcie, którego używamy na co dzień bez zastanowienia. o długiej drodze, jaką pokonuje elektryczność z elektrowni do naszego gniazdka z prędkością światła (299 792 458 metrów na sekundę — prędkość propagacji pola elektrycznego wzdłuż przewodów, które wpycha w nie elektrony, tworząc prąd).
Napięcie prądu przemiennego 220 woltów na wyjściu
Generowane napięcie na wyjściach jest zmienne, ponieważ: po pierwsze, można je łatwo przekształcić (zmniejszyć lub zwiększyć), a po drugie, łatwiej je wygenerować i przesłać z mniejszymi stratami w przewodach niż napięcie stałe.
Poprzez zasilanie przewodów, do których jest podłączony transformator, napięcie przemienne, otrzymujemy prąd przemienny, który harmonicznie zmienia swój kierunek 50 razy na sekundę, jest w stanie generować zmienne pole magnetyczne w obwodzie magnetycznym transformatora, który z kolei jest w stanie wzbudzić prąd elektryczny w przewodach uzwojeń wtórnych nawijających obwód magnetyczny...
Gdyby pole magnetyczne było stałe w przestrzeni objętej cewką, prąd w cewkach po prostu nie byłby skierowany (por. prawo indukcji elektromagnetycznej).
Aby uzyskać prąd, konieczna jest zmiana strumienia magnetycznego w przestrzeni, po czym skończy się wokół pole elektryczne, będzie oddziaływać na ładunek elektryczny, który na przykład może znajdować się wewnątrz drutu miedzianego (swobodne elektrony) znajdującego się wokół tej przestrzeni ze zmiennym strumieniem magnetycznym.
Na tej zasadzie opiera się działanie zarówno generatorów, jak i transformatorów, z tą różnicą, że w transformatorze nie ma ruchomych części roboczych: źródłem zmiennego strumienia magnetycznego w transformatorze jest prąd przemienny uzwojenia pierwotnego, a w generatorze znajduje się obracający się wirnik ze stałym polem magnetycznym.
I tu i ówdzie zmienne pole magnetyczne, zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej, generuje wirowe pole elektryczne, które oddziałuje na swobodne elektrony wewnątrz drutów, wprawiając te elektrony w ruch. Jeśli obwód jest zamknięty dla konsumenta, prąd przepłynie przez konsumenta.
Magazynowanie energii elektrycznej i prąd stały
Najwygodniej jest gromadzić energię elektryczną w życiu codziennym w postaci energii chemicznej, a mianowicie w bateriach… Reakcja chemiczna z elektrodami jest w stanie wytworzyć prąd, gdy obwód zewnętrzny jest zamknięty dla użytkownika, a im większa powierzchnia elektrod baterii, tym więcej prądu można z niej uzyskać i w zależności od materiału, z którego wykonana jest bateria elektrod i liczby ogniw połączonych szeregowo w akumulatorze, napięcie generowane przez akumulator może być różne.
Tak więc w przypadku akumulatora litowo-jonowego standardowe napięcie pojedynczego ogniwa wynosi 3,7 wolta i może wzrosnąć do 4,2 wolta. Podczas rozładowania dodatnio naładowane jony litu przemieszczają się w elektrolicie od anody (-) na bazie miedzi i grafitu do katody (+) na bazie aluminium, a podczas ładowania od katody do anody, gdzie pod działaniem pola elektromagnetycznego o w ładowarce powstaje związek grafitowo-litowy, w wyniku którego następuje akumulacja energii w postaci związku chemicznego.
Kondensatory elektrolityczne działają w podobny sposób, różniąc się od akumulatorów mniejszą pojemnością elektryczną, ale dużą liczbą cykli ładowania-rozładowania.
W przypadku akumulatora litowo-jonowego pełna żywotność jest ograniczona do maksymalnie 1000 cykli ładowania-rozładowania, a jednostkowa zawartość energii sięga 250 Wh/kg. Jeśli chodzi o kondensatory elektrolityczne, to ich skorygowana żywotność szacowana jest na kilkadziesiąt tysięcy godzin, ale zużycie energii jest zwykle mniejsze niż 0,25 Wh/kg.
Elektryczność statyczna
Jeśli położysz jedwabne prześcieradło na wełnianym kocu, mocno je do siebie dociśniesz, a następnie spróbujesz je rozsunąć, wtedy będzie elektryfikacja... Stanie się tak, ponieważ w warunkach tarcia ciał o różnych stałych dielektrycznych na ich powierzchniach następuje rozdzielenie ładunków: materiał o większej stałej dielektrycznej będzie naładowany dodatnio, a materiał o niższej stałej dielektrycznej - ujemnie .
Im większa różnica tych parametrów, tym silniejsze naelektryzowanie.Pocierając stopy wełnianym dywanem ładujesz ujemnie, a dywan dodatnio. Poziomy potencjałów mogą osiągnąć tutaj dziesiątki tysięcy woltów, a dotknięcie na przykład kranu podłączonego do uziemionego elementu spowoduje porażenie prądem. Ale ponieważ pojemność elektryczna jest niewielka, to nieprzyjemne zdarzenie nie będzie stanowić wielkiego zagrożenia dla twojego życia.
Kolejną rzeczą jest maszyna elektroforetyczna, w której ładunek statyczny powstały w wyniku tarcia gromadzi się w kondensatorze. Ładunek zgromadzony w Leyden Bank już teraz zagraża życiu.
Najważniejsze pojęcia i definicje
Co to jest pole elektromagnetyczne
Pole elektromagnetyczne to szczególny rodzaj materii charakteryzujący się ciągłym rozkładem w przestrzeni (fale elektromagnetyczne) i ujawniający nieciągłość struktury (fotony), charakteryzujący się zdolnością do rozprzestrzeniania się w próżni (przy braku silnych pól grawitacyjnych), wywieranie efektu siłowego na naładowane cząstki, w zależności od ich prędkości.
Co to jest ładunek elektryczny
Ładunek elektryczny jest właściwością cząstek materii lub ciał, która charakteryzuje ich związek z własnym polem elektromagnetycznym oraz ich oddziaływanie z zewnętrznym polem elektromagnetycznym. Ma dwa rodzaje, znane jako ładunek dodatni (ładunek protonu, pozytonu itp.) I ładunek ujemny (ładunek elektronu itp.). Jako ilość jest określana ilościowo przez silne oddziaływanie jednego naładowanego ciała z innym naładowanym ciałem.
Co to jest naładowana cząstka
Naładowana cząstka to cząstka materii, która ma ładunek elektryczny.
Co to jest pole elektryczne
Pole elektryczne jest jedną z dwóch stron pola elektromagnetycznego, wywołanego przez ładunki elektryczne i zmiany pola magnetycznego, wywierającego efekt siłowy na naładowane cząstki i ciała oraz objawiającego się efektem siłowym na nieruchome naładowane ciała i cząstki.
Co to jest pole magnetyczne
Pole magnetyczne jest jedną z dwóch stron pola elektromagnetycznego wywołanego przez ładunki elektryczne na poruszających się naładowanych cząstkach i ciałach oraz przez zmianę pola elektrycznego, które wywiera siłę na poruszające się naładowane cząstki i objawia się działaniem siły skierowanym ogólnie względem kierunku ruchu tych cząstek i proporcjonalnie do ich prędkości.
Co to jest prąd elektryczny
Prąd elektryczny to zjawisko ruchu naładowanych cząstek oraz zjawisko zmian pola elektrycznego w czasie, któremu towarzyszy pole magnetyczne.
Jaka jest energia pola elektrycznego
Energia pola elektrycznego — energia związana z polem elektrycznym i przekształcana w inne formy energii, gdy zmienia się pole elektryczne.
Co to jest energia pola magnetycznego
Energia pola magnetycznego — Energia związana z polem magnetycznym i przekształcana w inne formy energii przez trzy zmiany pola magnetycznego.
Co to jest energia elektromagnetyczna (energia elektryczna)
Energia elektryczna — energia pola elektromagnetycznego, na którą składa się energia pola elektrycznego i energia pola magnetycznego.
Zobacz też:
Warunki istnienia prądu elektrycznego