Čo je elektrina
V širšom zmysle je elektrina celý súbor elektromagnetických javov, ktoré sú rôznymi prejavmi elektromagnetického poľa a jeho interakcie s hmotou; v užšom zmysle sa používa vo výraze "množstvo elektriny", ktorý je synonymom pre "elektrický náboj" pri kvantifikácii druhého.
Čo sa vám vybaví, keď počujete slovo „elektrina“ alebo „elektrina“? Niekto si predstaví elektrickú zásuvku, iný - elektrické vedenie, transformátor alebo zváračku, rybár si predstaví blesk, gazdinka prstom batériu alebo nabíjačku mobilu, sústružník si predstaví elektromotor, a niekto si to aj predstaví Nikola Teslasediaci vo svojom laboratóriu blízko rezonančnej indukčnej cievky vyžarujúcej blesky.
Tak či onak, v modernom svete existuje veľa prejavov elektriny. Dnešnú civilizáciu ako celok si bez elektriny nemožno predstaviť. Čo však o ňom vieme? Poďme si tieto informácie ujasniť.
Od elektrárne po elektrospotrebič
Keď doma zapojíme zásuvku, zapneme kanvicu alebo stlačíme vypínač, v podstate chceme zapáliť žiarovku, tak v tom momente uzavrieme okruh medzi zdroj a prijímač elektrinyposkytnúť dráhu pre pohyb elektrického náboja, napríklad cez špirálu kanvice.
Zdrojom elektriny v našej domácnosti je väčšinou zásuvka. Elektrický náboj pohybujúci sa cez drôt (čo je v našom príklade nichrómová cievka na kanvici) je elektriny… Drôt spája zásuvku s užívateľom pomocou dvoch vodičov: po jednom vodiči sa náboj presúva zo zásuvky k užívateľovi, po druhom vodiči súčasne — od užívateľa — do zásuvky. Ak je prúd striedavý, potom drôty menia svoju úlohu 50-krát za sekundu.
Zdrojom energie pre pohyb elektrických nábojov (alebo jednoduchšie zdroj elektriny) v mestskej sieti je predovšetkým elektráreň. V elektrárni je elektrina vyrábaná výkonným generátor, ktorého rotor poháňa do rotácie jadrové zariadenie alebo elektráreň iného typu (napríklad vodná turbína).
Vo vnútri generátora magnetizovaný rotor pretína drôty statora, čo spôsobuje elektromotorická sila (EMF)generovanie napätia medzi svorkami generátora. A vždy je striedavé napätie s frekvenciou 50 Hz, pretože rotor generátora má 2 magnetické póly a otáča sa frekvenciou 3000 ot./min., alebo má 4 póly a otáčky 1500 ot./min.
Je to napätie v našom kontakte, ktoré používame každý deň bez rozmýšľania. o dlhej ceste elektrina z elektrárne do našej zásuvky rýchlosťou svetla (299 792 458 metrov za sekundu - rýchlosť šírenia elektrického poľa pozdĺž drôtov, ktoré tlačí elektróny do nich a vytvára prúd).
Striedavé napätie 220 voltov na výstupe
Generované napätie pre výstupy je premenlivé, pretože: po prvé sa dá ľahko transformovať (znížiť alebo zvýšiť) a po druhé sa generuje ľahšie a prenáša sa s menšou stratou vo vodičoch ako konštantné napätie.
Napájaním vodičov, ku ktorým je pripojený transformátor, striedavé napätie, získame striedavý prúd, ktorý harmonicky mení svoj smer 50-krát za sekundu, je schopný generovať v magnetickom obvode transformátora striedavé magnetické pole, ktoré je zase schopné vybudiť elektrický prúd vo vodičoch sekundárnych vinutí, ktoré navíjajú magnetický obvod...
Ak by bolo magnetické pole v priestore pokrytom cievkou konštantné, prúd v cievkach by jednoducho nebol smerovaný (porov. zákon elektromagnetickej indukcie).
Na získanie prúdu je potrebné zmeniť magnetický tok v priestore, po ktorom skončí okolo elektrické pole, bude pôsobiť na elektrický náboj, ktorý môže byť napríklad umiestnený vo vnútri medeného drôtu (voľné elektróny) umiestneného okolo tohto priestoru s meniacim sa magnetickým tokom.
Prevádzka generátorov aj transformátorov je založená na tomto princípe, len s tým rozdielom, že v transformátore nie sú žiadne pohyblivé pracovné časti: zdrojom striedavého magnetického toku v transformátore je striedavý prúd primárneho vinutia a v generátore je tu rotujúci rotor s permanentným magnetickým poľom.
A tu a tam meniace sa magnetické pole podľa zákona elektromagnetickej indukcie generuje vírivé elektrické pole, ktoré pôsobí na voľné elektróny vo vnútri drôtov a uvádza tieto elektróny do pohybu. Ak je okruh pre spotrebiteľa uzavretý, prúd bude pretekať cez spotrebič.
Skladovanie elektriny a jednosmerný prúd
Najvhodnejšie je akumulovať elektrinu v každodennom živote vo forme chemickej energie, a to v batériách… Chemická reakcia s elektródami je schopná vytvoriť prúd, keď je vonkajší obvod pre používateľa uzavretý, a čím väčšia je plocha elektród batérie, tým väčší prúd z nej možno získať a v závislosti od materiálu elektród a počtu článkov zapojených do série v batérii, napätie generované batériou môže byť rôzne.
Takže pre lítium-iónovú batériu je štandardné napätie jedného článku 3,7 voltu a môže dosiahnuť až 4,2 voltu. Pri vybíjaní sa kladne nabité lítiové ióny pohybujú v elektrolyte z anódy (-) na báze medi a grafitu ku katóde (+) na báze hliníka a pri nabíjaní z katódy na anódu, kde pôsobením EMF nabíjačky vzniká zlúčenina grafitu a lítia, v dôsledku čoho sa akumuluje energia vo forme chemickej zlúčeniny.
Elektrolytické kondenzátory fungujú podobným spôsobom, líšia sa od batérií s nižšou elektrickou kapacitou, ale veľkým počtom cyklov nabíjania a vybíjania.
V prípade lítium-iónovej batérie je plná životnosť obmedzená na maximálne 1 000 cyklov nabitia a vybitia a špecifický energetický obsah dosahuje 250 Wh / kg. Pokiaľ ide o elektrolytické kondenzátory, ich korigovaná prúdová životnosť sa odhaduje na desiatky tisíc hodín, ale spotreba energie je zvyčajne nižšia ako 0,25 Wh / kg.
Statická elektrina
Ak na vlnenú prikrývku položíte hodvábnu plachtu, dobre ich pritlačíte k sebe a potom sa ich pokúsite roztiahnuť, potom elektrifikácia... Stane sa tak preto, lebo v podmienkach trenia telies s rôznymi dielektrickými konštantami dochádza na ich povrchu k oddeleniu nábojov: materiál s vyššou dielektrickou konštantou bude nabitý kladne a materiál s nižšou dielektrickou konštantou - záporne .
Čím väčší je rozdiel v týchto parametroch, tým je elektrifikácia silnejšia.Keď si potriete nohy vlneným kobercom, nabijete sa negatívne a koberec pozitívne. Potenciálne úrovne tu môžu dosahovať desiatky tisíc voltov a dotyk napríklad vodovodného kohútika pripojeného k niečomu uzemnenému vám spôsobí elektrický šok. Ale keďže elektrická kapacita je vzácna, táto nepríjemná udalosť nebude predstavovať veľkú hrozbu pre váš život.
Ďalšia vec je elektroforetický stroj, v ktorom sa v kondenzátore hromadí statický náboj vznikajúci trením. Nálož nahromadená v Leyden Bank je už životu nebezpečná.
Najdôležitejšie pojmy a definície
Čo je elektromagnetické pole
Elektromagnetické pole je špeciálny druh hmoty charakterizovaný kontinuálnym rozložením v priestore (elektromagnetické vlny) a odhaľujúcou diskrétnosť štruktúry (fotóny), charakterizovaný schopnosťou šíriť sa vo vákuu (pri absencii silných gravitačných polí), silový účinok na nabité častice v závislosti od ich rýchlosti.
Čo je elektrický náboj
Elektrický náboj je vlastnosť častíc hmoty alebo telies, ktorá charakterizuje ich vzťah s vlastným elektromagnetickým poľom a ich interakciu s vonkajším elektromagnetickým poľom. Má dva typy známe ako kladný náboj (náboj protónu, pozitrónu atď.) a záporný náboj (náboj elektrónu atď.). Ako množstvo sa kvantifikuje silnou interakciou jedného nabitého telesa s iným nabitým telesom.
Čo je nabitá častica
Nabitá častica je častica hmoty, ktorá má elektrický náboj.
Čo je elektrické pole
Elektrické pole je jednou z dvoch strán elektromagnetického poľa spôsobeného elektrickými nábojmi a zmenami magnetického poľa, ktoré pôsobia silovo na nabité častice a telesá a ktoré sa prejavujú silovým účinkom na stacionárne nabité telesá a častice.
Čo je magnetické pole
Magnetické pole je jednou z dvoch strán elektromagnetického poľa spôsobeného elektrickými nábojmi na pohybujúcich sa nabitých časticiach a telesách a zmenou elektrického poľa, ktorá pôsobí silou na pohybujúce sa nabité častice a prejavuje sa silovým pôsobením smerovaným všeobecne. vzhľadom na smer pohybu týchto častíc a úmerný ich rýchlosti.
Čo je elektrický prúd
Elektrický prúd je jav pohybu nabitých častíc a jav zmien elektrického poľa v čase, sprevádzaný magnetickým poľom.
Aká je energia elektrického poľa
Energia elektrického poľa – energia spojená s elektrickým poľom a premenená na iné formy energie, keď sa elektrické pole zmení.
Čo je energia magnetického poľa
Energia magnetického poľa – energia spojená s magnetickým poľom a premenená na iné formy energie tromi zmenami v magnetickom poli.
Čo je elektromagnetická energia (elektrická energia)
Elektrická energia — energia elektromagnetického poľa, ktorá pozostáva z energie elektrického poľa a energie magnetického poľa.
Pozri tiež:
Podmienky existencie elektrického prúdu