Ce este electricitatea
Într-un sens larg, electricitatea este întregul ansamblu de fenomene electromagnetice, care sunt diverse manifestări ale câmpului electromagnetic și ale interacțiunii acestuia cu materia; în sens restrâns este folosit în expresia „cantitate de electricitate”, care este sinonimă cu „sarcină electrică” în cuantificarea acesteia din urmă.
Ce îți vine în minte când auzi cuvântul „electricitate” sau „electricitate”? O persoană își va imagina o priză electrică, alta - o linie electrică, un transformator sau un aparat de sudură, un pescar se va gândi la fulger, o gospodină se va gândi la o baterie cu degetul sau la un încărcător de telefon mobil, un strungăritor se va gândi la un motor electric și cineva chiar și-o va imagina Nikola Teslastând în laboratorul său lângă o bobină de inducție rezonantă care erupea un fulger.
Într-un fel sau altul, există multe manifestări ale electricității în lumea modernă. Civilizația de astăzi în ansamblu este imposibil de imaginat fără electricitate. Dar ce știm despre el? Să clarificăm aceste informații.
De la centrala electrica la aparatul electric
Când punem în priză acasă, pornim fierbătorul sau apăsăm întrerupătorul, practic dorind să aprindem becul, atunci în acel moment închidem circuitul dintre sursă și receptor de energie electricăpentru a oferi o cale pentru ca sarcina electrică să se deplaseze, de exemplu prin spirala unui ibric.
Sursa de electricitate din casa noastră este de obicei o priză. O sarcină electrică care se deplasează printr-un fir (care în exemplul nostru este o bobină de nicrom pe un fierbător) este electricitate… Firul conectează priza la utilizator cu două fire: de-a lungul unui fir, sarcina se deplasează de la priză la utilizator, de-a lungul celui de-al doilea fir în același timp — de la utilizator — la priză. Dacă curentul este alternativ, atunci firele își schimbă rolurile de 50 de ori pe secundă.
Sursa de energie pentru deplasarea sarcinilor electrice (sau, mai simplu, sursa de energie electrică) în rețeaua orașului este în primul rând o centrală electrică. Într-o centrală electrică, electricitatea este generată de un puternic generator, al cărui rotor este antrenat în rotație de către o instalație nucleară sau o centrală electrică de alt tip (de exemplu, o hidroturbină).
În interiorul generatorului, rotorul magnetizat traversează firele statorului, provocând forță electromotoare (EMF)generând tensiune între bornele generatorului. Și este întotdeauna tensiune alternativă cu o frecvență de 50 Hz, deoarece rotorul generatorului are 2 poli magnetici si se roteste la o frecventa de 3000 rpm, sau are 4 poli si o viteza de 1500 rpm.
Este tensiunea din contactul nostru pe care o folosim în fiecare zi fără să ne gândim. despre drumul lung pe care îl parcurge electricitatea de la centrală până la priza noastră cu viteza luminii (299.792.458 metri pe secundă — viteza de propagare a unui câmp electric de-a lungul firelor, care împinge electronii în interiorul lor, creând un curent).
Tensiune AC 220 volți la ieșire
Tensiunea generată pentru ieșiri este variabilă deoarece: în primul rând, poate fi ușor transformată (scădere sau crește), iar în al doilea rând, este generată mai ușor și transmisă cu mai puține pierderi în fire decât o tensiune constantă.
Prin alimentarea firelor la care este conectat transformator, tensiune alternativă, obținem curent alternativ, care își schimbă armonic direcția de 50 de ori pe secundă, este capabil să genereze un câmp magnetic alternativ în circuitul magnetic al transformatorului, care, la rândul său, este din nou capabil să excite un curent electric în firele înfășurărilor secundare care înfășoară circuit magnetic...
Dacă câmpul magnetic ar fi constant în spațiul acoperit de bobină, curentul din bobine pur și simplu nu ar fi direcționat (cf. legea inducției electromagnetice).
Pentru a obține un curent, este necesar să schimbați fluxul magnetic în spațiu, după care va ajunge în jur câmp electric, va actiona asupra unei sarcini electrice, care de exemplu poate fi amplasata in interiorul unui fir de cupru (electroni liberi) situat in jurul acestui spatiu cu un flux magnetic in schimbare.
Funcționarea atât a generatoarelor, cât și a transformatoarelor se bazează pe acest principiu, cu singura diferență că într-un transformator nu există părți de lucru în mișcare: sursa fluxului magnetic alternativ într-un transformator este curentul alternativ al înfășurării primare, iar într-un generator. există un rotor rotativ cu câmp magnetic permanent.
Și ici și colo, câmpul magnetic în schimbare, conform legii inducției electromagnetice, generează un câmp electric turbionar, care acționează asupra electronilor liberi din interiorul firelor, punând acești electroni în mișcare. Dacă circuitul este închis la consumator, curentul va curge prin consumator.
Stocarea energiei electrice si curent continuu
Cel mai convenabil este să acumulați electricitate în viața de zi cu zi sub formă de energie chimică, și anume în baterii… Reacția chimică cu electrozii este capabilă să creeze un curent atunci când circuitul extern este închis pentru utilizator și, cu cât aria electrozilor bateriei este mai mare, cu atât se poate obține mai mult curent din acesta și în funcție de materialul electrozi și numărul de celule conectate în serie în baterie, tensiunea generată de baterie poate fi diferită.
Deci, pentru o baterie litiu-ion, tensiunea standard a unei singure celule este de 3,7 volți și poate ajunge până la 4,2 volți. În timpul descărcării, ionii de litiu încărcați pozitiv se deplasează în electrolit de la anodul (-) pe bază de cupru și grafit la catodul (+) pe bază de aluminiu, iar în timpul încărcării de la catod la anod, unde sub acțiunea EMF de încărcătorul se formează un compus grafit-litiu, în urma căruia se acumulează energie sub formă de compus chimic.
Condensatoarele electrolitice funcționează în mod similar, diferă de bateriile cu o capacitate electrică mai mică, dar într-un număr mare de cicluri de încărcare-descărcare.
Pentru o baterie litiu-ion, durata de viață completă este limitată la maximum 1000 de cicluri de încărcare-descărcare, iar conținutul de energie specifică ajunge la 250 Wh/kg. În ceea ce privește condensatoarele electrolitice, durata de viață corectată a acestora este estimată la zeci de mii de ore, dar consumul de energie este de obicei mai mic de 0,25 Wh/kg.
Electricitate statica
Dacă puneți o cearșaf de mătase deasupra unei pături de lână, apăsați-le bine împreună și apoi încercați să le despărțiți, atunci va exista electrificare... Acest lucru se va întâmpla deoarece în condițiile de frecare a corpurilor cu constante dielectrice diferite, pe suprafețele lor are loc o separare a sarcinilor: un material cu o constantă dielectrică mai mare va fi încărcat pozitiv, iar un material cu o constantă dielectrică mai mică - negativ .
Cu cât diferența dintre acești parametri este mai mare, cu atât electrificarea este mai puternică.Când freci picioarele cu un covor de lână, te încarci negativ, iar covorul pozitiv. Nivelurile potențiale pot ajunge aici la zeci de mii de volți, iar atingerea, de exemplu, a unui robinet de apă conectat la ceva împământat, vă va produce un șoc electric. Dar, deoarece capacitatea electrică este limitată, acest eveniment neplăcut nu va reprezenta o mare amenințare pentru viața ta.
Un alt lucru este o mașină electroforetică, în care o sarcină statică generată de frecare se acumulează într-un condensator. Taxa acumulată în Leyden Bank este deja în pericol.
Cei mai importanți termeni și definiții
Ce este un câmp electromagnetic
Câmpul electromagnetic este un tip special de materie caracterizat printr-o distribuție continuă în spațiu (unde electromagnetice) și care dezvăluie caracterul discret al structurii (fotoni), caracterizat prin capacitatea de a se răspândi în vid (în absența câmpurilor gravitaționale puternice), exercitând un efect de forță asupra particulelor încărcate, în funcție de viteza acestora.
Ce este sarcina electrică
Sarcina electrică este o proprietate a particulelor de materie sau a corpurilor care caracterizează relația lor cu propriul câmp electromagnetic și interacțiunea lor cu un câmp electromagnetic extern. Are două tipuri cunoscute ca sarcină pozitivă (sarcină de proton, pozitron etc.) și sarcină negativă (sarcină de electron etc.). Ca mărime, este cuantificată prin interacțiunea puternică a unui corp încărcat cu un alt corp încărcat.
Ce este o particulă încărcată
O particulă încărcată este o particulă de materie care are o sarcină electrică.
Ce este un câmp electric
Câmpul electric este una dintre cele două laturi ale câmpului electromagnetic, cauzat de sarcini electrice și modificări ale câmpului magnetic, care exercită un efect de forță asupra particulelor și corpurilor încărcate și relevat de efectul de forță asupra corpurilor și particulelor încărcate staționare.
Ce este un câmp magnetic
Câmpul magnetic este una dintre cele două părți ale câmpului electromagnetic cauzat de sarcinile electrice asupra particulelor și corpurilor încărcate în mișcare și de modificarea câmpului electric care exercită o forță asupra particulelor încărcate în mișcare și este relevată de acțiunea forței direcționată în general. raportat la direcția de mișcare a acestor particule și proporțional cu viteza lor.
Ce este curentul electric
Curentul electric este un fenomen de mișcare a particulelor încărcate și un fenomen de modificări ale câmpului electric în timp, însoțite de un câmp magnetic.
Care este energia unui câmp electric
Energia câmpului electric - energie asociată cu un câmp electric și convertită în alte forme de energie atunci când câmpul electric se modifică.
Ce este energia câmpului magnetic
Energia câmpului magnetic - Energie asociată cu un câmp magnetic și convertită în alte forme de energie prin trei modificări ale câmpului magnetic.
Ce este energia electromagnetică (energia electrică)
Energia electrică - energia câmpului electromagnetic, care constă din energia câmpului electric și energia câmpului magnetic.
Vezi si:
Condiții de existență a curentului electric