Наука об электричестве называется: Наука об электричестве называется. Что такое электричество? Информация о электрическом токе

Электротехника | это… Что такое Электротехника?

Электротехника — область технических наук, изучающая получение, распределение, преобразование и использование электрической энергии.

Электротехника выделилась в самостоятельную науку из физики в конце XIX века.

В настоящее время электротехника включает в себя несколько наук: электроэнергетику, электронику, системы управления, обработку сигналов и телекоммуникации. Основное отличие от электроники заключается в том, что электротехника изучает проблемы, связанные с силовыми крупногабаритными электронными компонентами: линии электропередачи, электрические приводы, в то время как в электронике основными компонентами являются компьютеры и интегральные схемы^[1]. В другом смысле, в электротехнике основной задачей является передача электрической энергии, а в электронике — информации.

История

Основная статья: История электротехники

Разделы

Электротехника имеет множество разделов, самые важные из которых описаны ниже. Хотя инженеры работают каждый в своей области, но многие из них имеют дело с комбинацией из нескольких наук.

Электроэнергетика

Основная статья: Электроэнергетика

Электроэнергетика — наука о выработке, передаче и потреблении электроэнергии, а также о разработке устройств для этих целей. К таким устройствам относят: трансформаторы, электрические генераторы, ТЭНы, электродвигатели, низковольтную аппаратуру и электронику для управления силовыми приводами. Многие государства мира имеют электрическую сеть, называемую электроэнергетической системой, которая соединяет множество генераторов с потребителями энергии. Потребители получают энергию из сети, не тратя ресурсы на выработку своей собственной энергии. Энергетики работают как над проектированием и обслуживанием сети, так и над энергетическими системами, присоединёнными к сети. Такие системы называются внутрисетевыми и могут как поставлять энергию в сеть, так и потреблять её. Энергетики работают также и над системами не присоединёнными к сети, называемыми внесетевыми, которые в некоторых случаях являются более предпочтительными, чем внутрисетевые системы. Имеется перспектива создания энергетических систем, контролируемых со спутника, имеющих обратную связь в реальном времени, что позволит избежать скачков напряжения и предотвратить нарушения энергоснабжения.

Системы автоматического управления

Основная статья: Системы управления

Задачами автоматических систем управления (и автоматизации в целом) является моделирование различных динамических систем и разработка систем управления, которые заставляют работать динамические системы нужным образом. Для создания таких устройств могут использоваться электрические схемы, процессоры цифровой обработки сигналов, микроконтроллеры и программируемые логические контроллеры. Системы управления имеют широкую область применения от систем, встраиваемых в энергетические установки (например, на коммерческих авиалайнерах), автоматов постоянной скорости (имеющихся во множестве современных автомобилей) и ЧПУ в станках до систем управления на базе промышленных ПК в автоматизации промышленного производства.

Инженеры часто используют обратную связь при проектировании систем управления. Например в автомобиле с автоматом постоянной скорости скорость транспортного средства постоянно отслеживается и данные передаются системе, которая соответственно регулирует выходную мощность двигателя. Если имеется стандартная система обратной связи, можно использовать теорию управления для определения того, как система должна реагировать на поступающую информацию.

Микроэлектроника

Основная статья: Микроэлектроника

Микроэлектроника занимается разработкой и изготовлением очень малых компонентов электронных цепей для использования в интегральных схемах или, в некоторых случаях, для использования в качестве основных электронных компонентов. Самыми распространенными микроэлектронными компонентами являются полупроводниковые транзисторы, хотя все основные электронные компоненты (резисторы, конденсаторы, индукторы) могут быть созданы на микроскопическом уровне.

Микроэлектронные компоненты создаются химическим изготовлением пластин из полупроводников, например, кремния (при более высоких частотах — полупроводниковых соединений, таких как арсенид галлия, фосфид индия, нитрид галлия), чтобы получить желаемую передачу заряда и управлять током. Микроэлектроника затрагивает существенную часть химии и материаловедения, и требует от инженера-электроника, работающего в данной области, хороших практических знаний квантовой механики.

Литература

• Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3
• Л. А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Издание девятое переработанное и дополненное. Москва, «Высшая школа», 1996

См.

также

• История теоретической электротехники
• Методы расчёта электрических цепей

Примечания

1. ↑ What is the difference between electrical and electronic engineering?. FAQs — Studying Electrical Engineering. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 4 февраля 2005.

Ссылки

• Электротехника — статья из Большой советской энциклопедии
• Электротехника — статья из Толкового словаря русского языка Ушакова
• Электротехника // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Электротехника — статья из словаря по естественным наукам «Глоссарий.ру»
• Энергетическое и электротехническое образование в СССР — статья из Большой советской энциклопедии
• Электротехническая отрасль
• Электротехника и Электроника
• Школа Электротехники
• Электротехника

Кто изобрел электричество? | New-Science.

ru

Бенджамин Франклин получает все заслуги в открытии электричества, но все, что он сделал, это установил связь между молнией и электричеством. Шарль Франсуа Дюфе, Луиджи Гальвани, Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Томас Алва Эдисон и Никола Тесла внесли значительный вклад в развитие и коммерциализацию электричества.

Электричество повсюду вокруг нас: светильники, вентиляторы, компьютеры, мобильные телефоны и бесчисленное множество других устройств. В современном мире от этого практически невозможно убежать. Даже пытаясь убежать от электричества, вы найдете его по всей природе, от синапсов внутри человеческого тела до молнии во время грозы.

Но знаете ли вы, кто открыл электричество? Вообще-то, это довольно сложный вопрос. Большинство людей отдают должное только одному человеку (Бенджамину Франклину), что вроде как несправедливо.

Многие другие ученые использовали эксперименты Франклина для изучения электричества, и некоторые из них смогли изобрести различные формы электричества. Давайте копнем глубже и выясним, кто были эти ученые и каков их вклад.

Электричество 2600 лет назад

Один из инструментов, обнаруженных в археологических раскопках близ Багдада, напоминает электрохимическую ячейку

Примерно в 600 году до нашей эры греческий математик Фалес Милетский обнаружил, что трение меха о Янтарь вызывает притяжение между ними. Более поздние наблюдения доказали, что это притяжение было вызвано дисбалансом электрических зарядов, который называется статическим электричеством.

Археологи также обнаружили доказательства того, что древние люди могли экспериментировать с электричеством. В 1936 году они нашли глиняный горшок с железным прутом и медной пластиной. Он похож на электрохимический (гальванический) элемент.

Неясно, для чего использовался этот инструмент, но он пролил некоторый свет на тот факт, что древние люди, возможно, изучали ранние формы батарей задолго до того, как мы это знаем.

Томас Браун использовал слово «электричество» в 1646 году

Версориум Гилберта

В 1600 году английский физик Уильям Гилберт написал книгу под названием De Magnete, в которой он объяснил, как статическое электричество генерируется трением янтаря. Однако он не понимал, что электрический заряд универсален для всех материалов.

Поскольку Гилберт изучал статическое электричество с помощью янтаря, а янтарь по-гречески называют «Электрум», он решил назвать его действие электрической силой. Он также изобрел электроскоп (известный как «versorium» Гилберта) для обнаружения присутствия электрического заряда на теле.

Работа Гилберта дала начало английскому слову «electricity», которое впервые появилось во втором выпуске научного журнала Pseudodoxia Epidemica , написанного сэром Томасом Брауном в 1946 году.

Шарль Франсуа Дюфе открыл типы электрических зарядов

Дальнейшие исследования проводились многими учеными. Отто фон Герике, например, изобрел примитивную форму фрикционной электрической машины в 1663 году. Стивен Грей различал проводимость и изоляцию и открыл явление, называемое электростатической индукцией, в 1729 году.

Один из основных вкладов начала 17 века сделал французский химик Шарль Франсуа Дюфе. Он открыл два типа электричества: стекловидное и смолистое (которое в настоящее время известно как положительный и отрицательный заряд соответственно).

Он также обнаружил, что объекты с одинаковым зарядом притягиваются друг к другу, а объекты с противоположным зарядом отталкиваются. Он также прояснил некоторые популярные заблуждения того времени, например, что электрические свойства объекта зависят от его цвета.

Бенджамин Франклин доказал, что молния имеет электрическую природу

В середине XVIII века Бенджамин Франклин широко изучал и проводил многочисленные эксперименты, чтобы понять электричество. В 1748 году он построил электрическую батарею, поместив несколько стеклянных листов, зажатых между свинцовыми пластинами. Он также открыл принцип сохранения заряда.

В июне 1752 года Франклин провел знаменитый эксперимент, чтобы доказать, что молния — это электричество. Он прикрепил металлический ключ к нижней части смоченной веревки воздушного змея и запустил змея во время грозы. Он был осторожен, стоя на изоляторе, чтобы избежать удара током.

Как он и ожидал, змей собрал немного электрического заряда из грозовых облаков, который затем потек по веревке, сотрясая его. Этот эксперимент доказал, что молния действительно была электрической по своей природе.

Луиджи Гальвани открыл биоэлектромагнетизм в 1780-х годах

Итальянский физик и биолог был пионером биоэлектромагнетизма. В 1780 году он провел несколько экспериментов на лягушках и обнаружил, что электричество является средой, через которую нейроны передают сигналы мышцам.

Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею в 1800 году

Другой итальянский физик по имени Алессандро Вольта обнаружил, что некоторые химические реакции могут производить постоянный электрический ток. Он построил электрическую батарею, для производства непрерывного потока электрического заряда. Она была сделана из чередующихся слоев меди и цинка.

Вольта также различал электрический потенциал (V) и заряд (Q), описывая, что они пропорциональны для данного объекта. Это то, что мы называем законом емкости Вольта. За эту работу единица измерения электрического потенциала SI (вольт) была названа в его честь.

Исследования, проведенные Вольтом, привлекли большое внимание и побудили других ученых провести аналогичные исследования, что в конечном итоге привело к развитию нового раздела физической химии, называемого электрохимией.

Немецкий физик Георг Симон Ом дополнительно изучил электрохимическую ячейку Вольта и обнаружил, что электрический ток прямо пропорционален напряжению (разности потенциалов), приложенному к проводнику. Эта связь называется законом Ома.

Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электричество создает магнитные поля

Ханс Кристиан Эрстед

В начале 19 века датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил прямую связь между электричеством и магнетизмом. В 1820 году он опубликовал свои открытия, описывая, как стрелка компаса может отклоняться под действием электрического тока.

Работы Эрстеда вдохновили французского физика Андре-Мари Ампера на разработку физико-математической теории, которая могла бы лучше объяснить связь между электричеством и магнетизмом. Он сформировал математическую формулу для представления магнитных сил между объектами, несущими ток. Для этой работы в его честь была названа единица измерения электрического тока (ампер).

В 1820-х годах Ампер изобрел многочисленные приборы, в том числе электромагнит (электромагнит, создающий управляемое магнитное поле) и электрический телеграф (система обмена текстовыми сообщениями «точка-точка»).

Майкл Фарадей сделал электричество практичным для использования в технологиях

Майкл Фарадей, около 70 лет

Майкл Фарадей заложил основы концепции электромагнитного поля. Он обнаружил, что на световые лучи может влиять магнетизм. Он изобрел электромагнитные вращательные устройства, которые легли в основу технологии электродвигателей.

В 1831 году Фарадей разработал электрическую динамомашину-машину, которая могла непрерывно преобразовывать вращательную механическую энергию в электрическую, что сделало возможным производство электричества.

В 1832 году Фарадей провел серию экспериментов по исследованию поведения электричества. Он пришел к выводу, что категоризация различных «типов» электричества была иллюзорной. Вместо этого он предложил, что существует только один «тип» электричества, и изменение таких параметров, как ток и напряжение (количество и интенсивность), приведет к созданию различных групп явлений.

Джеймс Клерк Максвелл сформулировал теорию электромагнитного излучения

В 1873 году шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл начал разрабатывать уравнения, которые могли бы точно описать электромагнитное поле. Он предположил, что электрические и магнитные поля движутся как волны со скоростью света.

Генрих Рудольф Герц окончательно доказал эту теорию, и Гульельмо Маркони использовал эти волны для разработки радио.

Томас Эдисон коммерциализировал электричество

В 1879 году Томас Альва Эдисон изобрел практичную лампочку, которая прослужит долго, прежде чем перегореть. Его следующей задачей была разработка электрической системы, которая могла бы обеспечить людей реальным источником энергии для питания этих ламп.

В 1882 году он построил первую электростанцию в Лондоне, чтобы вырабатывать электроэнергию и переносить ее в дома людей. Несколько месяцев спустя он создал еще одну электростанцию в Нью-Йорке для обеспечения электрическим освещением нижней части острова Манхэттен. Около 85 потребителей получили достаточно энергии, чтобы зажечь 5000 ламп.

На заводе использовались возвратно-поступательные паровые двигатели для включения генераторов постоянного тока. Но так как это было распределение постоянного тока, зона обслуживания была ограничена падением напряжения в фидерах.

Никола Тесла изобрел переменный ток

Поворотный момент в электрической эре наступил через несколько лет, когда Никола Тесла приехал в Нью-Йорк, чтобы работать на Эдисона. Он покинул Edison Machine Works через шесть месяцев из-за невыплаченных бонусов, которые, по его мнению, он заработал.

Вскоре после ухода из компании Тесла обнаружил новый тип двигателя переменного тока и технологию передачи электроэнергии. Он объединился с Джорджем Вестингаузом, чтобы запатентовать систему переменного тока, чтобы обеспечить страну электроэнергией высочайшего качества.

Энергетическая система, изобретенная Теслой, быстро распространилась в США и Европе благодаря своим преимуществам в дальней высоковольтной передаче. Первая гидроэлектростанция Теслы в Ниагарском водопаде могла транспортировать электроэнергию более чем на 200 квадратных миль. В отличие от этого, эдисоновская электростанция постоянного тока могла транспортировать электричество только в пределах одной мили.

Сегодня переменный ток вырабатывается большинством электростанций и используется почти всеми системами распределения электроэнергии. Общее мировое валовое производство электроэнергии в 2019 году составило 27 644 ТВтч.

Генрих Рудольф Герц наблюдал фотоэлектрический эффект в 1887 году

Генрих Рудольф Герц

Пока Тесла был занят изобретением и распределением переменного тока, Генрих Герц проводил серию экспериментов по пониманию электромагнитных волн. В 1887 году он наблюдал фотоэлектрический эффект, явление, при котором электроны испускаются, когда электромагнитное излучение (например, свет) попадает на материал.

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал «закон фотоэлектрических эффектов», выдвинув гипотезу о том, что световая энергия переносится дискретными квантованными пакетами. Это был решающий шаг в развитии квантовой механики. За эту работу Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике 1921 года.

Фотоэлектрический эффект используется в фотоэлементах, обычно встречающихся в солнечных батареях. Эти фотоэлементы вырабатывают напряжение и подают электрический ток, когда на них светит солнечный свет (или свет с определенной длиной волны).

К концу 2019 года во всем мире было установлено в общей сложности 629 гигаватт солнечной энергии. Это число будет увеличиваться в ближайшие годы, поскольку многие страны и территории переходят на возобновляемые источники энергии, чтобы уменьшить воздействие производства электроэнергии на окружающую среду.

И поэтому было бы неправильно отдать должное только одному человеку за то, что он открыл для себя электричество. В то время как идея электричества существовала тысячи лет, когда пришло время ее научного и коммерческого изучения, несколько великих умов работали над различными подмножествами этой проблемы.

5 минут об электричестве в человеке

Всем привет, я Маша Осетрова, и сегодня я немного расскажу вам про электричество в теле человека.

Сюжет о Викторе Франкенштейне, создавшем монстра из неживой материи, идейно восходит к проведенным в XVIII веке опытам Луиджи Гальвани, который заставил мышцы лягушки сокращаться под действием электрического тока. Его эксперименты вдохновили многих исследователей на изучение функций электричества в теле живых существ. На сегодняшний день ученые сильно продвинулись в этой области: придумали обезболивающие, выяснили, что заставляет наше сердце биться, что происходит в голове у влюбленных и многое другое.

Между электричеством нашего организм, и электричеством, которое обеспечивает наши дома, есть два фундаментальных различия. Электричество из розетки представляет собой поток электронов. В отличие от этого практически все токи в живых существах являются потоками ионов — атомов, имеющих электрический заряд. Токи в нашем организме связаны с пятью типами частиц: четырьмя положительными ионами — натрия, калия, кальция и водорода — и одним отрицательным хлорид-аниона.

Второе важное различие связано с направлением движения частиц. Ток в электрической цепи течет вдоль проводника, в то время как распространению электрического импульса по нейрону способствует движение ионов в перпендикулярном направлении.

В книге «Искра жизни» Фрэнсис Эшкрофт собрала воедино имеющиеся на сегодняшний день знания об электрических токах в организме человека и процессах на клеточном и молекулярном уровне, управляющих передачей электрических импульсов.

В состоянии покоя на мембране всех клеток существует разность потенциалов в 70 мВ, которую также называют потенциалом покоя. Изменение этого потенциала возможно при проходе заряженных частиц через мембрану внутрь и наружу клетки через специальные шлюзы — ионные каналы.

Для управления ионными каналами соседей нервные клетки выпускают в синаптическую щель — место контакта нейронов — специальные вещества, нейромедиаторы. Они специфично взаимодействуют с ионными каналами в мембране целевой клетки, подходя к определенному типу каналов как ключ к замку. В результате взаимодействия канал открывается, пропуская через себя ионы внутрь или наружу клетки. Направление движения частиц при этом зависит от концентрации ионов и распределения зарядов.

В состоянии покоя потенциал-зависимые натриевые и калиевые каналы клеток нервной и мышечной ткани находятся в закрытом состоянии под действием потенциала покоя. Они открываются только тогда, когда потенциал смещается в положительную сторону: когда это происходит, генерируется нервный импульс.

Хотя потенциально нервные волокна могут проводить импульсы в любую сторону, обычно они передают их только в одном направлении. Двигательные нервы передают сигнал от головного и спинного мозга к мышцам для управления их сокращением, а чувствительные нервы передают информацию в обратном направлении — от органов чувств к головному мозгу.

Поддержание клеток в поляризованном состоянии жизненно важно для организма и крайне энергозатратно. Один лишь мозг использует около 10% вдыхаемого кислорода для поддержания работы натриевого насоса и подзарядки аккумуляторов нервных клеток.

Наибольшее значение для генерации нервного импульса имеют калиевые и натриевые каналы. Это подчеркивает тот факт, что яды пауков, моллюсков, актиний, лягушек, змей, скорпионов и множества других экзотических существ воздействуют именно на них и, таким образом, нарушают функционирование нервов и мышц. Многие токсины крайне специфичны и нацелены на какой-нибудь один вид ионных каналов.

Разные яды имеют разный механизм действия: некоторые из них закупоривают ионные поры, а некоторые выступают в роли «распора», фиксируя канал в открытом состоянии. Это приводит к тому, что результатом проникновения в организм одних токсинов является паралич, а других — чрезмерное возбуждение, вызывающее судороги.

К примеру, яд тетродотоксин, содержащийся во внутренностях иглобрюха, которого японцы называют «рыба фугу», обладает специфичностью к натриевым каналам. Прочно закупоривая ионные поры, он препятствует нормальной передаче нервных импульсов, вызывая паралич и зачастую приводя к летальному исходу. Тем не менее, гурманы со всего мира регулярно рискуют жизнью, чтобы отведать фугу: при правильном приготовлении она перестает быть ядовитой, и лишь слегка покалывает небо.

Еще один токсин, ради эффекта которого люди готовы рискнуть — ботокс, используемый в косметических целях для разглаживания морщин. Ботокс, он же ботулотоксин — яд бактерий вида Clostridium botulinum, — один из самых сильных известных природных ядов. Он препятствует сокращению мышц и постепенно приводит к смерти от удушья. В количестве, умещающемся на кончике иглы, он смертелен для взрослого человека, однако инъекции ботокса под кожу в ничтожных концентрациях способствуют избавлению от мимических морщин.

На этом все, читайте умные книги, не суйте пальцы в розетку и читайте портал «Чердак»! А в следующем выпуске я расскажу вам о том, как мы делаем ЭТО.

 Анастасия Тмур

Какая область знания об электричестве называется электротехникой

Содержание

• 0.1 Новые слова и понятия
• 1 История
• 2 Кто изобрел электричество
• 3 Кто является основоположниками науки об электричестве
• 4 Теории и законы электричества
• 5 Какое было первое электрическое изобретение
• 6 Когда появилось электричество на территории России
  • 6.1 Еще по теме:

Человек с давних времен стремился использовать силы природы, или, другими словами, её энергию. В природе существуют различные виды энергии: механическая, тепловая, химическая, электрическая, световая, атомная и др. Первоначально человек освоил в основном механическую и тепловую, но по мере развития цивилизации эти виды энергии не могли уже удовлетворять все потребности общества.

В XX веке основным видом энергии, применяемой человеком, становится электрическая энергия, обладающая рядом очевидных преимуществ. С одной стороны, она относительно просто добывается, с другой — легко преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую). Электрическую энергию можно передавать на большие расстояния с незначительными потерями. Например, потери высоковольтных линий передачи электроэнергии не превышают 4%. При этом её легко распределять между отдельными потребителями (жилыми домами, заводами и учреждениями) и учитывать расходование с помощью счётчиков. И наконец, на месте непосредственного использования электроэнергия не создаёт загрязнения.

Электричество даёт нам тепло, свет и механическую энергию — надо только щёлкнуть выключателем. В наши дни человек уже не может обойтись без электрической энергии ни в быту, ни на производстве, ни в космосе. Она стала основой технического прогресса современного общества.

Эксплуатацией и ремонтом электрооборудования занято значительно больше рабочих, чем в любой другой производственной отрасли. Специалисты, отвечающие за работу электрических устройств (электромонтёры), должны поддерживать в исправном состоянии бесчисленное количество работающих на благо человека электрических машин — от мелких приборов до электрооборудования предприятий и гигантских систем электроснабжения.

В этой области техники трудятся опытные специалисты, обеспечивающие необходимый контроль, обслуживание и ремонт электропроводов, генераторов, двигателей, трансформаторов, систем защиты и бытовой техники. Каждый вид работ по обслуживанию электроустановок и приборов требует наличия специальной подготовки в технических училищах или лицеях, техникумах и на курсах при предприятиях.

Наука о получении, передаче и применении электрической энергии в практических целях называется электротехникой. Школьники изучают лишь её основы, тем не менее эти знания помогут не только в дальнейшем освоении электротехнических профессий, но и в повседневных бытовых ситуациях, связанных с использованием электричества. Знание электротехники необходимо и при работе в других отраслях экономики, таких как связь, радиовещание и телевидение, автоматика и телемеханика, электрометаллургия, электрохимия и др.

Каждый человек должен обладать минимумом основных навыков по электротехнике, чтобы уметь грамотно эксплуатировать электросеть, правильно выбрать новое электрооборудование для своей квартиры или офиса, выполнить мелкий ремонт проводки, бытовых приборов, электрической системы своего автомобиля и т. д. При этом он должен твёрдо знать правила электробезопасности, чтобы своими действиями не нанести вреда себе и окружающим.

Новые слова и понятия

Электрическая энергия, технический прогресс, электротехника, электробезопасность.

Идёт приём заявок

Подать заявку

Для учеников 1-11 классов и дошкольников

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Цели: познакомиться с основными характеристиками электрического тока, рассмотреть процесс его получения и варианты практического использования.

Дата проведения: 07.02.2013 г.

Составитель: учитель технологии Черепанов А. В.

Повторение пройденного материала.

Опрос (письменный или устный) по пройденному материалу:

Назовите известные вам виды энергии.

Какими преимуществами обладает электрическая энергия перед другими видами энергии?

Какие типы электростанций вам известны? Какие виды энергии в них преобразуются в электрическую?

Что такое, по вашему мнению, технический прогресс?

Какая область знания об электричестве называется электротехникой?

Сообщение темы и цели урока.

Изложение программного материала.

Иллюстративный рассказ учителя.

Электрическая энергия, которую использует человек, не существует в природе в готовом для потребления виде. Её нельзя откопать, как полезное ископаемое – нефть или уголь. Поэтому необходимую для производственных и бытовых нужд электрическую энергию человек научился получать из других видов энергии: механической, тепловой, световой, энергии химического процесса.

Устройство, преобразующее какую-либо энергию в электрическую, называется источником (рис. 52, с. 82).

Основная часть используемой человеком электроэнергии вырабатывается из механической энергии специальными электромеханическими машинами – электрогенераторами.

В электрогенераторе механическая энергия турбины – вращающегося колеса специальной конструкции – преобразуется в электрическую энергию. Турбина вращается силой падающей воды – на гидростанциях, паром – на тепловых электростанциях, силой ветра – на ветряных электростанциях, двигателем внутреннего сгорания – на борту самолёта.

Источником электрической энергии на космических станциях являются фотоэлементы, преобразующие солнечную энергию в электрическую.

Переносными источниками электрической энергии являются гальванические элементы, аккумуляторы, а также батареи из них. В них электрическая энергия получается за счёт химического процесса взаимодействия разнородных металлов с особым веществом – электролитом. Существуют ещё малогабаритные механические генераторы, работающие от мускульной силы рук или ног человека, например, генератор для велосипедной фары.

Электроэнергия передаётся при помощи потока мельчайших заряженных частиц – электрического тока. В природе обнаружено два вида зарядов, условно названных положительными и отрицательными. Вокруг каждого из зарядов существует электрическое поле, за счёт которого одноимённые заряды отталкиваются друг от друга, а разноимённые притягиваются друг к другу.

Направленное движение электрических зарядов называется электрическим током.

Вещества, пропускающие электрический ток, называются проводниками. Вещества, не пропускающие электрический ток, называют диэлектриками или изоляторами.

За направление электрического тока условно принято движение положительных зарядов, которые перемещаются от положительного полюса источника тока к отрицательному по проводнику, подключенному к полюсам.

Количество зарядов ( q ), протекающих через поперечное сечение проводника за единицу времени, называется силой тока ( I ):

Сила тока измеряется в амперах (А) – в честь французского учёного Андре Ампера.

В металлических проводниках ток образуется движением электронов, имеющих отрицательный заряд.

В газовой среде и жидкостях из-за более разреженной структуры вещества (в отличие от жёсткой кристаллической решётки металла) электрический ток образуется как за счёт электронов, так и за счёт ионов – положительных и отрицательных частиц атомов или молекул веществ.

Иными словами, когда мы говорим о работе тока, под этим подразумеваем, что его энергия преобразуется в какой-либо иной вид энергии: тепло, свет, химическую или механическую энергию. Чем больше поток электронов, тем значительнее ток и его работа. Иногда говорят, «сила тока» или просто «ток». Таким образом, слово «ток» имеет два значения. Оно обозначает само явление движения электрических зарядов в проводнике, а также служит оценкой количества электричества, проходящего по проводнику.

Ток (или значение тока) условно оценивают числом электронов, проходящих по проводнику в течение 1 с. Число это огромно. Через нить накала горящей лампочки электрического карманного фонарика, например, ежесекундно проходит около 2 000 000 000 000 000 000 электронов. Вполне понятно, что характеризовать ток количеством электронов неудобно, так как пришлось бы иметь дело с очень большими числами. За единицу электрического тока принят ампер (сокращённо пишут А). Так её назвали в честь французского физика и математика А. Ампера (1775-1836 гг.), изучавшего законы механического взаимодействия проводников с током и другие электрические явления. Ток 1 А – это ток такого значения, при котором через поперечное сечение проводника за 1 с проходит 6 250 000 000 000 000 000 электронов.

В математических выражения ток обозначают латинской буквой I или i (читается «и»). Например, пишут: I = 2 А или i = 0,5 А.

Наряду с ампером применяют более мелкие единицы значения тока: миллиампер (пишут мА), равный 0,001 А, и микроампер (пишут мкА), равный 0,000001 А, или 0,001 мА. Следовательно, 1 А равен 1000 мА, или 1000000 мкА.

Приборы, служащие для измерения токов, называют соответственно амперметрами, миллиамперметрами, микроамперметрами. Их включают в электрическую цепь последовательно с потребителем тока, т. е. в разрыв внешней цепи ( рис. 49 ). На схемах эти приборы изображают кружками с присвоенными им буквами внутри: А (амперметр), мА (миллиамперметр) и мкА (микроамперметр), а рядом пишут РА, что означает измеритель тока. Измерительный прибор рассчитан на ток не больше некоторого предельного для данного прибора. Прибор нельзя включать в цепь, в которой течёт ток, превышающий это значение, иначе он может испортиться.

Ток называется постоянным, если он не меняется с течением времени ни по величине, ни по направлению. Ток, у которого сила и направление периодически изменяются, называется переменным.

У вас может возникнуть вопрос: как оценить переменный ток, направление и значение которого непрерывно изменяются? Переменный ток обычно оценивают по его действующему значению. Это такое значение тока, которое соответствует постоянному току, производящему такую же работу. Действующее значение переменного тока составляет примерно 0,7 амплитудного, т. е. максимального значения.

Практическое использование электрической энергии основано на некоторых физических явлениях, которыми сопровождается прохождение тока через проводник. Тепловое действие электрического тока широко используют в работе осветительных и электронагревательных приборов. Магнитное действие используют в измерительных приборах, электромагнитных реле, электромагнитных телефонах и громкоговорителях, электрических генераторах и двигателях.

Прохождение постоянного электрического тока через жидкие среды сопровождается химическими реакциями. Это свойство широко используется в аккумуляторах, применяется в электрометаллургии, при электрохимической обработке материалов и в опреснителях морской воды.

Электрический ток в газовой среде вызывает свечение газа. На основе этого явления работают дуговые источники света (например, в прожекторах). Электрический разряд в воздухе сопровождается не только свечением, но и повышением температуры электродов, что используют для сварки и резки металлов.

Устройства, в которых происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии – свет, тепло, механическую и химическую энергию, – называются приёмниками или потребителями электрической энергии, а в электротехнике – нагрузкой (рис. 53).

Чтобы электрическое устройство (нагрузка) работало, его необходимо соединить с полюсами источника тока. На практике источник с нагрузкой часто соединяют с помощью дополнительных проводников, в быту и электротехнике называемых проводами.

То, о чём мы говорили сейчас: 1) источник электрической энергии, 2) нагрузка и 3) соединительные провода – всё это вместе называется электрической цепью.

Ещё в Древней Греции было установлено, что янтарь после натирания шерстяной тканью притягивает лёгкие предметы. По-гречески слово «янтарь» звучит как «электрон». От этого слова и произошёл термин «электричество».

Электричество — это вид энергии, которую не требовалось изобретать, а только обнаружить и изучить. История отдает должное первооткрывателю Бенджамину Франклину, именно его эксперименты помогли установить связь между молнией и электричеством. Хотя на самом деле, правда об открытии электроэнергии намного сложнее, поскольку в ее истории не существует единого определяющего момента, дающего прямой ответ на вопрос, кто изобрёл электричество.

История

То, как люди стали производить, распределять и использовать электроэнергию и устройства, на которых протекают процессы генерации, является кульминацией почти 300 летней истории исследований и разработок электричества.

Сегодня ученые считают, что человечество начало использовать электроэнергию намного раньше. Примерно в 600 году до н.э. древние греки обнаружили, что потирание меха на янтаре вызывает притяжение между ними. Это явление демонстрирует статическое электричество, которое полностью описали ученые в 17 веке в пояснениях, как появляется электричество.

Кроме того, исследователи и археологи в 1930-х годах обнаружили горшки с листами меди внутри, и объяснили их происхождение, как древние батареи, предназначенные для получения света в древнеримских местах. Подобные устройства также были найдены в археологических раскопках возле Багдада, а это означает, что древние персы также могли открыть конструкцию ранней формы батарей.

К 17 веку было сделано много открытий, связанных с электричеством, таких как изобретение раннего электростатического генератора, разграничение положительных и отрицательных зарядов и классификация материалов в качестве проводников или изоляторов.

Важно! В 1600 году английский врач Уильям Гилберт использовал латинское слово «electricus», чтобы описать силу, которую некоторые вещества создают, если их потереть друг с другом. Чуть позже другой английский ученый Томас Браун, написал несколько книг с использованием термина «электричество», чтобы описать свои исследования, основанные на работе Гилберта.

Кто изобрел электричество

Изобретение электричества в 19 веке стало возможным благодаря открытиям целой плеяды великих ученых. В 1752 году Бен Франклин провел свой эксперимент с воздушным змеем, ключом и штормом. Это просто доказало, что молния и крошечные электрические искры — это одно и то же.

Итальянский физик Алессандро Вольта обнаружил, что определенные химические реакции могут производить электричество, а в 1800 году он создал гальванический элемент, раннюю электрическую батарею, вырабатывающую постоянный электроток. Он также выполнил первую передачу тока на расстояние, связав положительно и отрицательно заряженные разъемы и создав между ними напряжение. Поэтому многие историки считают, что 1800 — это год изобретения электричества.

В 1831 году электричество стало возможно использовать в технике, когда Майкл Фарадей создал электродинамо, решившее на практике проблему генерирования постоянного электротока. Довольно простое изобретение с использованием магнита, перемещавшегося внутри катушки из медного провода, создавал небольшой ток, протекающий через провод. Оно помогло американцу Томасу Эдисону и британскому ученому Джозефу Свону, каждому в отдельности, примерно в одно время в 1878 году изобрести лампу накаливания. Сами лампочки для освещения были изобретены другими исследователями, но лампа накаливания была первым практичным устройством, дававшем свет в течение нескольких часов подряд.

В 1800-х и в начале 1900-х годов, сербско-американский инженер, изобретатель и мастер электротехники Никола Тесла стал одним из авторов зарождения коммерческого электричества. Он работал совместно с Эдисоном, сделал много революционных разработок в области электромагнетизма и хорошо известен своей работой с двигателями переменного тока и многофазной системой распределения энергии.

Обратите внимание! Русский ученый и инженер А. Н. Лодыгин изобрел и запатентовал в 1874 г. лампу освещения, где функцию нити накаливания выполнял угольный стержень, размещенный в вакуумной среде сосуда, изготовленного из стекла. Это были первые лампочки освещения в России. Только через 16 лет в 1890-х гг. он применил нить из тугоплавкого металла — вольфрама.

Однозначно нельзя заявить в каком году появился свет. Несмотря на то, что многие историки считают что лампочка была изобретена американцем Эдисоном, тем не менее первая лампа с платиновой нитью накаливания в вакуумном стеклянном сосуде была изобретена в 1840 изобретателем из Англии Де ла Рю.

Дополнительная информация. Российскому ученому П. Н. Яблочкову россияне были благодарны за возникновение электродуговой лампы и хотя ресурс ее работы не превышал 4 часов, осветительный прибор широко использовался на территории Зимнего дворца почти 5 лет.

Кто является основоположниками науки об электричестве

Вот список некоторых известных ученых, сделавших свой вклад в развитии электроэнергии.

Основоположниками науки об электричестве являются:

1. Французский физик Андре Мари Ампер, 1775-1836, работавший по электромагнетизму. Единица тока в системе СИ — ампер, названа в его честь.
2. Французский физик Чарльз Августин из Кулона, 1736-1806, который был пионером в исследованиях трения и вязкости, распределения заряда на поверхностях и законов электрической и магнитной силы. Его именем названа единица заряда в системе СИ — кулон и закон Кулона.
3. Итальянский физик Алессандро Вольта, 1745-1827, тот кто изобрел источник постоянного тока, награжден Нобелевской премией по физике 1921 года, в системе СИ единица напряжения — вольт, названа в его честь.
4. Георг Симон Ом, 1789-1854, немецкий физик, первооткрыватель, оказавший влияние на развитие теории электричества, в частности закона Ома. В системе СИ единица сопротивления — ом, названа в его честь.
5. Густав Роберт Кирхгоф, 1824-1887, немецкий физик, внесший вклад в фундаментальное понимание электрических цепей, известен своими двумя законами по теории цепей.
6. Генрих Герц, 1857-1894, немецкий физик, демонстрирующий существование электромагнитных волн. В системе СИ единица частоты — Герц названа в его честь.
7. Джеймс Клерк Максвелл,1831-1879, шотландский математик и физик, сформулировал систему уравнений об основных законах электричества и магнетизма, названную уравнениями Максвелла.
8. Майкл Фарадей, 1791-1867, английский химик и физик, основоположник закона индукции. Один из лучших экспериментаторов в истории науки, его обычно считают отцом электротехники. Единица емкости в системе СИ — постоянная Фарадея, названа в его честь.
9. Томас Эдисон, 1847-1931, американский изобретатель, имеющий более 1000 патентов, наиболее известен разработкой лампы накаливания.

Теории и законы электричества

Общие законы, регулирующие электричество, немногочисленны и просты и применяются неограниченным количеством вариантов.

Закон Ома — ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален напряжению между ними.

I = V / R или V = IR или R = V / I

I — ток через провод в амперах;

V — напряжение, измеренное на проводнике в вольтах;

R — сопротивление провода в Ом.

В частности, он также гласит, что R в этом отношении постоянна, не зависит от тока.

Закон Ватта, подобно закону Ома, подтверждает связь между мощностью (ваттами), током и напряжением: P = VI или P = I 2 R.

Закон Кирхгофа (KCL) доказывает, что суммарный ток или заряд, поступающий в соединение или узел, в точности равен заряду, покидающему узел, поскольку ему некуда деться, кроме как уйти, поскольку внутри узла заряд не может быть поглощён. Другими словами, алгебраическая сумма всех токов, входящих и выходящих из узла, должна быть равна нулю.

Закон Фарадея гласит о том, что индуцированная электродвижущая сила в любой замкнутой цепи равна отрицательному значению временной скорости изменения магнитного потока, заключенного в ней.

Закон Ленца утверждает, что направление тока, индуцированного в проводе изменяющимся магнитным полем по фарадеевскому закону, создаст магнитное поле, противостоящее изменению, которое его вызвало. Проще говоря, размер эдс, индуцированной в цепи, пропорциональна скорости изменения потока.

Закон Гаусса гласит, что суммарный электрический поток с замкнутой поверхности равен вложенному заряду, деленному на диэлектрическую проницаемость.

Какое было первое электрическое изобретение

В 1731 году в «Философских трудах», издании «Королевского общества», появилась статья, сделавшая гигантский скачок вперед для молодой электротехники. Ее автор английский ученый Стивен Грей (1670-1736), проводя эксперименты по передаче электрического тока на расстояние, случайно обнаружил, что не все материалы обладают способностью передавать электричество одинаково.

Далее произошло создание аккумулятора — «Лейденской банки», устройства для хранения статического электричества. Процесс был случайно обнаружен и исследован голландским физиком Питером Ван Мюссенбруком из Лейденского университета в 1746 году и независимо от него немецким изобретателем Эвальдом Георгом фон Клейстом в 1745 году. Примерно в этот же период русские учёные Г. В. Рихман и М. В. Ломоносов проводили работы по изучению атмосферного электричества.

Когда появилось электричество на территории России

Практически электрическое освещение в России появилось в 1879 на Литейном мосте в Петербурге, а официально — в 1880, с созданием 1-го электротехнического отдела, занимавшегося внедрением электричества в экономику государства. В 1881 Царское село было освещено электрическими фонарями. Лампы накаливания в Кремле в 1881 г осветили вступления на трон Александра III.

Прообраз российской энергосистемы был создан в 1886 г с основанием промышленно-коммерческого общества. В его планы входила электрификация населенных пунктов: улиц, заводов, магазинов и жилых домов. Первая крупная электрическая станция начала свою работу в 1888 г. в Зимнем дворце и на протяжении 15 лет считалась самой мощной в Европе. К 1917 г. в столице уже было электрифицировано около 30% домов. Далее развитие энергетики в СССР шло по плану ГОЭЛРО принятого 22 декабря 1920 года. Этот день до сих пор отмечается в России и странах СНГ, как День энергетика. План во многом позаимствовал наработки российских специалистов 1916 года. Благодаря ему была увеличена выработка электроэнергии, а к 1932 г. она возросла с 2 до 13,5 млрд кВт.

В 1960 г. уровень выработки электроэнергии составил 197.0 млрд. кВт-часов, и далее он продолжал неуклонно расти. Ежегодно в стране вводились новые энергетические мощности: ГРЭС, ТЭЦ, КЭС, ГЭС и АЭС. Суммарная их мощность к концу 1980 составила 266.7 тыс. МВт, а выработка электрической энергии в СССР достигла рекордных 1293.9 млрд. кВт∙ч.

После развала СССР, Россия продолжала наращивать темп развития энергетики, по результатам 2018 года выработка электроэнергии в стране составила −1091 млрд. кВт∙ч, что позволило стране войти в четверку мировых лидеров после Китая, США и Индии.

Еще по теме:

Что на самом деле изобрел Тесла и в чем он был мистификатором

10. 07.2021 | 10:00

EAST NEWS

165 лет назад родился Никола Тесла. На чем была основана его репутация техномага и почти волшебника от мира физики? И что на самом деле подарил талантливый инженер науке? Сегодняшний материал специально для нас написал физик Илья Владимирович Блашков.

Илья Блашков

преподаватель физического факультета СПбГУ, руководитель образовательного центра по направлению «Физика»

1891 год. Начало

Ровно 130 лет назад еще никому не известный сербско-американский ученый Никола Тесла разработал устройство, генерирующее и передающее электричество без проводов. Так называемая катушка Тесла — электрический резонансный трансформатор. Радиочастотный генератор для получения высокого напряжения, при низких токах приводящий в действие трансформатор. Катушка работает по принципу электромагнитной индукции: проводник помещается в переменное магнитное поле и генерирует напряжение на проводнике. Тесла устраивал демонстрации, которые теперь можно увидеть на школьных уроках физики, показывающие, как можно использовать катушку для беспроводного зажигания газоразрядных ламп, расположенных на расстоянии до нескольких метров от источника электромагнитного поля.

По моему мнению, именно изобретение высокочастотного трансформатора и привело Теслу к многолетним мечтам о беспроводном электричестве. Ведь катушка Теслы действительно на это способна. Вот только есть ли в этом практический смысл?

Тесла намного опередил свое время. Так говорят многие. Но в целом складывается впечатление, что опережение это произошло в мечтах Теслы, а не в реальных достижениях. Его амбиции выходили за пределы катушки собственного изобретения. Он представлял мир, в котором все человечество могло бы иметь дешевое или даже бесплатное электричество.

Властелин молний, черный маг, повелитель электричества

Мифическая слава Теслы происходит из двух источников. Во-первых, шло грандиозное бизнес-сражение компаний Эдисона (различные устройства на постоянном токе) и Вестингауза (переменный ток). Можно сказать, что на рубеже XIX–XX веков зарождался современный капиталистический рынок, причем именно в США. В ход шли все методы борьбы за экономическое выживание — вплоть до физических фокусов и представлений перед публикой и громких газетных заголовков.

Тесла, судя по всему, был человеком очень мечтательным, с необъятной интуицией и богатой фантазией. Настолько богатой, что, читая отрывки из его многочисленных пресс-конференций и интервью, которые он давал для привлечения новых потоков финансов, можно вообразить Теслу эдаким полумифическим персонажем и техномагом. Однако отличительная черта почти всех его выступлений на публике — недосказанность.

Фото: Mary Evans Picture Library/Mary Evans Picture Library/East News

Например, в 1899–1900 годах проводилась исследовательская экспедиция в Колорадо-Спрингс — этот регион славился постоянными и частыми грозами. Тесла со своей командой инженеров исследовал молнии и строил первые экспериментальные установки громадных размеров для получения мощных электрических разрядов, имитирующих молнии (искровой разряд в атмосфере). Именно тогда начала складываться репутация Теслы среди далекого от науки населения США как о «властелине молний», «черном маге электричества» и т. п. Разработав конструкцию большого высокочастотного излучателя, Тесла действительно смог получать напряжения от 12 до 20 млн вольт (по данным разных источников) и токи в тысячи ампер. Это действительно было конструкторским, инженерным достижением. Попутно Тесла подтвердил перспективное применение нескольких замечательных свойств сильных электростатических полей: осаждение тумана, очистка поверхностей от ржавчины, грязи, краски. То есть миллионвольтовые схемы, разработанные Теслой, действительно открывали новые пути исследования микроволновых (высокочастотных) токов.

Однако по приезде из Колорадо в Нью-Йорк была задумана обширная статья для журнала Century, посвященная результатам колорадских экспериментов. Как часто всплывает при изучении биографии Теслы и его трудов, со статьей возникли проблемы. Она больше напоминала философский трактат или научно-фантастический роман, нежели научное сообщение о новых результатах. А надо сказать, многие фантасты начала XX века в своих романах предсказывали будущие технологии.

Второй причиной славы и популярности Теслы является фундаментальное общественное явление. В период между мировыми войнами США уже стали самой сильной мировой державой. Но все относились к американцам как ко вчерашней колонии. Это порождало сильнейший комплекс неполноценности. Особенно худо было с наукой. В Европе наука развивалась многие столетия, даже тысячелетия. По части инженерной работы американцы делали просто чудеса в плодотворных условиях стремительно развивающегося рынка, а вот для научных успехов требовалось зарождение собственной научной школы, традиций и опыта. На все это требовалось значительное время, поэтому политические деятели и стратеги стремились заполучить ученых других стран. Для этого нужен был авторитет, который и пытались заполучить как можно скорее — для этого чрезмерно пиарились достижения (часто необъективные) собственных ученых и инженеров. Не случайно многие историки физики отмечают многочисленные попытки выдвижения Теслы и Эдисона в нобелевские лауреаты, а также серьезное давление на факт признания Плутона планетой, ведь открытие было сделано американским астрономом Персивалем Лоуэллом.

Первый или нет? Какая разница!

Давайте попробуем как можно более объективно оценить труды Николы Теслы и понять, какую важную роль он сыграл во второй мировой промышленной революции начала XX века.

Условно можно разбить трудовую жизнь Теслы на два периода: до пожара в его лаборатории в Нью-Йорке в марте 1895 года и после.

До этого события изобретения Теслы уверенно можно назвать крайне эффективными, полезными и остроумными. Многие достоверно подтверждены патентами и статьями. Здесь очень важно попытаться представить, в каком состоянии пребывало научно-инженерное общество того времени. В XIX веке открытия Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея, Максвелла и других ученых привело многих к четкому осознанию, что за электромагнетизмом будущее. Огромное количество блестящих умов по всему миру было занято исследованием применения электрических и магнитных явлений. Если в одной стране один человек доходил до какого-нибудь технического открытия, то в другой точке земного шара в это же время нечто похожее вполне мог сконструировать другой. Поэтому споры о том, кто был первым, не утихают и по сей день. Хотя почему бы просто не определить, что первыми были несколько людей? Разве это умаляет их заслуги?

Фото: East News

Так многократно случалось впоследствии и с наследием Николы Теслы. Например, достоверно известно, что в 1891 году он продемонстрировал на практике применение радиосвязи с помощью передающего устройства с резонанс-трансформатором. Это подтверждает и знаменитая радиоуправляемая модель лодки Теслы. Сложно представить, но еще в конце XIX века человечество увидело дистанционное управление модели катера. Конечно, возникают споры, кто был первым — Тесла или русский физик Александр Попов, создавший радио примерно в то же время.

Также достоверно известно о факте создания Теслой в 1890-х годах «лучевых трубок», питаемых от резонансных трансформаторов его собственной конструкции и испускающих, как теперь они называются, рентгеновские лучи. До сих пор обсуждается вопрос приоритета столь выдающегося открытия, за которое Вильгельм Рентген в 1901 году получил Нобелевскую премию. Однако сам Тесла не претендовал на открытие.

Кроме того, Тесла, будучи сторонником теории существования электроэфирной среды, исследовал возможность создания каналов в эфирной среде, по которым можно было бы передавать огромные электрические импульсы. По всем признакам эта идея опередила свое время почти на полвека. Теперь подобное явление называется плазменным шнуром. Однако никаких свидетельств о каком-либо четком и обоснованном результате Теслы нет, лишь об идее и пробных экспериментах.

То же самое касается и известных домыслов о познании шаровых молний Теслой. На уровне разговоров и интервью упоминаний много. По словам самого Теслы, его не интересовало это понятное ему явление, так как оно являлось побочным атрибутом при создании мощных искровых разрядов, которыми Тесла надеялся передавать электричество без проводов. Тем не менее явление ни тогда, ни сейчас однозначно не объяснено.

12 октября 1887 года — важная дата в карьере Теслы. В этот день он опубликовал строгое научное описание сути явления вращающегося магнитного поля. Это важнейшее открытие способствовало тому, что впоследствии именно в честь Николы Теслы назвали единицу измерения магнитной индукции в международной системе единиц СИ.

Работая на Вестингауза, Тесла запатентовал множество различных применений самых разных многофазных систем переменного тока. До изобретения так называемого асинхронного двигателя переменный ток не находил широкого применения, поскольку не мог использоваться в ранее существовавших электродвигателях, работающих на постоянном токе.

Как русский инженер дал подсказку Тесле

В 1895 году компанией Вестингауза была пущена первая в мире гидроэлектростанция — Ниагарская ГЭС. Не вижу никакой проблемы в том, чтобы признать и ошибки Теслы. На сегодняшний день по всему миру используется трехфазная система тока, которую изобрел в 1890 году русский инженер, один из основоположников электротехники Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Тесла же считал наиболее экономичной двухфазную систему.

На выставке 1891 года во Франкфурте-на-Майне Тесла познакомился с изобретением Доливо-Добровольского и, осознав бесспорные преимущества трехфазной системы, отправился обратно в США — переделывать систему Ниагарской ГЭС. Доливо-Добровольский несправедливо забыт на фоне громкой полумифической славы Теслы, поэтому считаю важным его упомянуть. Но этот факт нельзя относить к унизительным по отношению к Тесле, это абсолютно нормальный путь развития изобретений человечества. Таким образом, к заслугам Теслы уверенно можно приписать достаточно быстрое усвоение европейской концепции трехфазной передачи тока и трехфазных электромоторов и построение указанных систем в США.

С 1889 года Никола Тесла приступил к исследованиям токов высокой частоты и высоких напряжений. Как мы говорили в начале, он изобрел первые образцы электромеханических генераторов высоких частот и высокочастотный трансформатор, создав тем самым предпосылки для развития новой отрасли электротехники — техники ВЧ.

Фото: NIKOLA TESLA MUSEUM/Science Photo Library/East News

В ходе исследований токов высокой частоты Тесла, разумеется, уделял внимание и вопросам техники безопасности. Впоследствии многим исследователям и инженерам крайне пригодился богатый накопленный опыт Теслы в этой очень важной теме. Исследуя вопросы безопасности, Николе Тесле приходилось экспериментировать и с собственным телом, чтобы лучше понять, как переменные токи различной частоты и амплитуды воздействуют на человеческий организм. Им были впервые сформулированы правила при работе с ВЧ-токами, которые применяются и сегодня. Например, Тесла на личном примере убедился, что электрический ток частотой выше 700 Гц безболезненно протекает по поверхности тела и не вредит тканям. Кроме того, инженер разработал первые электротехнические аппараты для медицинских исследований, которые стали популярны во всем мире. Электротерапия используется до сих пор: например, для очищения пор, удаления сыпи и пр. Бактерии, как оказалось, быстро погибают под воздействием электричества, и Тесла первым обнаружил, что таким образом можно легко и просто очищать загрязненные поверхности.

130 лет назад, 10 марта 1891 года, инженер запатентовал надежный способ получения токов «Метод управления дуговыми лампами». Это изобретение очень пригодилось в радиосвязи для устранения помех от шумно работающей дуговой лампы.

О башне Теслы

С 1896 года Тесла, видимо, решил, что главной целью его жизни должна стать идея о беспроводной передаче электричества в любую точку планеты.

Заручившись финансовой поддержкой американского промышленника Джона Моргана, ученый построил огромную башню Ворденклифф, впоследствии ставшую символом мифической стороны жизни Николы Теслы. Это была экспериментальная беспроводная передающая станция, построенная для телекоммуникации по всему миру. Тесла к тому моменту уже доказал, что высокочастотные сигналы могут передаваться без проводов, с помощью катушечных трансформаторов Тесла.

Он получил финансирование на строительство башни, скрыв ее как телекоммуникационную. Дальнейшие эксперименты в этой построенной лаборатории убедили его в том, что можно передавать электроэнергию, если задействовать верхние слои атмосферы. В будущем Тесла планировал сеть башен, охватывающую весь земной шар и получающую удаленный беспроводной доступ к энергии от центральной станции.

Как заявлял Тесла в интервью тех лет, он открыл основные принципы и якобы остается только развивать их коммерчески. К сожалению или к счастью, необузданные фантазии Теслы так и не увидели свет. Во-первых, практически все биографы подтверждают факт испуга Джона Моргана, когда тот узнал о реальных планах Теслы на башню и прекратил финансирование проекта в 1905 году. Промышленник (вне зависимости от конечного успеха проекта) боялся, что если электричество бесплатно будет везде, то рухнет вся система обеспечения энергией населения и производства, от углеводородов до ГЭС и ТЭЦ впоследствии.

Новых инвесторов Тесла найти не сумел — по аналогичным Моргану причинам. И башня осталась заброшенной. Кстати, эта информация очень важна при рассмотрении явления Тунгусского метеорита. К моменту его «падения» башня уже больше двух лет пребывала в бездействии. Этот факт серьезно противоречит теориям о том, что тунгусское диво — дело рук Николы Теслы.

Незавершенная башня была снесена в 1917 году, в разгар Первой мировой войны, так как могла служить, по мнению многих историков того времени, для радиопередачи информации немецкими связистами.

Возможна ли вообще беспроводная передача энергии?

Не умаляя заслуг Николы Теслы в целом, можно предположить, что он не мог полностью понимать природу явлений в своих экспериментах. Как и у любого из первопроходцев на рубеже веков, у него не было в распоряжении достаточной научной базы.

Например, Тесла предлагал создать так называемую стоячую волну огромной длины в грунте, используя Землю как огромный проводник. Мол, это для нас земной шар чрезвычайно велик, а для электромагнитной волны это просто проводник. И с этим не поспорить, но проблема такого гигантского проводника в его неоднородности: слишком много различий в зависимости от состава почвы, влажности и т. д. Зато неизменна одна характеристика — высокое сопротивление. Кроме того, много энергии уйдет на поворот диполей в поляризуемых веществах, перемагничивание доменов, различного рода «паразитных» излучений и т. д. Неоднородность массива Земли неизбежно исказит фронт волны до неузнаваемости, так что КПД такой «беспроводной» передачи энергии очень низок, потери были бы огромны. То же самое и с передачей высокочастотного сигнала по воздуху — потери огромны (вспомните, как быстро затухает сигнал Wi-Fi при удалении от передатчика). Чего уж говорить о передаче на сотни и тысячи километров? Передача электричества по медному проводу неспроста распространена во всем мире — это очень эффективный способ.

Возможно, потратив огромные средства, реально осуществить планы Теслы с помощью огромного количества передающих башен. Но на эти же деньги можно построить атомные или солнечные электростанции, теория и конструкция которых понятны и ясны.

Как показывает практика, ненаправленная беспроводная передача худо-бедно работает на расстоянии в несколько километров.

Фото: East News

Тесла, безусловно, толковый инженер, и он попал в струю лавины открытий в области электромагнетизма. Вполне вероятно, убежденно уверовав в идею беспроводного электричества, он сделал ее своей основной целью, для которой, естественно, были нужны большие деньги. В этом ему сильно помогла мистификация, которая и довела общество того и сегодняшнего времени до нездорового преувеличения роли Теслы в технологическом прогрессе.

Тот же Доливо-Добровольский сделал для мировой промышленности гораздо более важную прикладную вещь — трехфазный асинхронный электродвигатель, но много ли кто о нем знает и помнит?

Но значение Теслы все равно велико: он сыграл важнейшую роль в жизни многих изобретателей и ученых как источник вдохновения. Обладая нерядовой фантазией, он действительно косвенно указал на важные открытия последующих десятилетий.

Тесла-мифотворец

Человек, живший почти век назад, едва ли мог на самом деле владеть технологиями, способными удивить современных людей. Все же научно-технический прогресс с тех пор шагнул невероятно далеко. Как только дело доходит до предметных вопросов («При каких условиях?», «Какое КПД?»), магия исчезает. То, что на первый взгляд грозило уничтожить экономику, в крайнем случае превращается в нечто забавное, но бесполезное.

Очень многие свои замыслы Тесла сводил к так называемым каналам распространения энергии, которые по факту являются обычными пробоями воздуха при очень высоких напряжениях из-за лавинной ионизации и возросшей, как следствие, проводимости. Его мечты использовать высокочастотные токи самыми разными способами произошли от того, что он обнаружил, что такими воздух пробивается легче.

Очень многое из того, что приписывают сегодня Тесле, основывается на совпадениях названий, по большинству незнакомых неподготовленному слушателю, но не на использовании собственно его разработок.

Самые популярные мифы, связанные с Теслой, такие как Филадельфийский эксперимент (в котором корабль ВМС США в 1943 году исчез с радаров и появился в другом месте), создание электромобиля в 1931 году, разработка так называемых «лучей смерти» (то есть лазеров и мазеров) и, конечно, Тунгусский феномен, основаны на догадках и домыслах. Так что важно определиться: кто вы и чего хотите от наследия Теслы?

Если вы хотите пищи для фантазии, то мифологическая сторона жизни Теслы — крайне интересное чтение. Но если вы хотите разобраться в его истинном, безусловно богатом наследии, то придется получить техническое образование и читать его публикации, которые остались, причем в солидном количестве. Они написаны на профессиональном техническом инженерном языке. Тогда вы точно почувствуете, что верить можно только фактам и доказательствам, среди которых, безусловно, нет места «по словам очевидцев».

Тунгусский метеорит: что это было?

Современные ученые наконец разобрались в изобретении Николы Теслы столетней давности

«Свет приходит к нам с севера — из России»

На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации

• Что было раньше

• Физика всего

• Остальные теги

Расскажите друзьям

• 27.09.2022 | 11:37

  • Космическая гонка
  • Внеземное
  • После завтра

  Аппарат НАСА успешно столкнулся с астероидом — видео

• 26. 09.2022 | 16:48

  • Наука против природы

  Вирусы следят за нами: у них нашли своего рода «глаза и уши»

• 26.09.2022 | 15:59

  • Что было раньше

  Опубликован документ, описывающий суд инквизиции над рабом-мусульманином на Мальте

• 26.09.2022 | 15:13

  • Женщины vs мужчины
  • Социальное животное

  Нейрофизиологи ответили, связан ли успех брака с синхронизацией мозговых волн пары

• 26. 09.2022 | 14:02

  • Будущее уже здесь
  • Машины против людей

  Крошечный робот-капля может протиснуться куда угодно, разрываясь на части и собираясь

• Shutterstock

  Современное потепление — самое сильное за последние 7000 лет

• East News

  Большой адронный коллайдер разогнался до беспрецедентного уровня энергии

• Shutterstock

  Роботы и искусство: совместимы ли эти понятия? 

• Вранье: как его распознать — и надо ли? 

• Shutterstock

  Обнаружена самая большая в Центральной Азии коллекция каменных украшений

Хотите быть в курсе последних событий в науке?

Оставьте ваш email и подпишитесь на нашу рассылку

Ваш e-mail

Нажимая на кнопку «Подписаться», вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Источники электричества

Леонид Ашкинази
«Квант» №4, 2020

Мы сделаем электричество таким дешевым, что жечь свечи будут только богачи.

Томас Эдисон

Сначала — кое-что о силах

Школьный учебник физики гласит, что существует четыре вида взаимодействий (т.е. сил) — гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые. И дает некоторое их сравнение — по радиусу действия, величине силы и области применения. Заметим сразу, что сравнивать силы по радиусу действия можно только, если этот радиус определен однозначно, а вообще-то лучше говорить «зависимость от расстояния». Далее, если уж сказали про зависимость от расстояния, то можно что-то изречь и про зависимость от времени, т.е. про скорость распространения. Про скорость распространения одного из этих четырех взаимодействий учебник весьма упрощенно, но хоть что-то говорит, про другую скорость если и говорит, то лишь предположительно, а еще про две вообще все молчат (хотя иногда авторы упоминают про время взаимодействия). То, что эти взаимодействия реально распространяются на столь малые расстояния, что время не имеет значения, не отговорка. Логика должна соблюдаться, упомянуть надо. Ну и наконец, сравнивать силы разной природы странно — они зависят от разных параметров (да еще и по-разному от расстояния).

Раз у нас четыре типа взаимодействий, то можно ожидать, что все, о чем рассказано в учебнике, привязано к этим взаимодействиям. Гравитационное взаимодействие проявляется в движении планет и спутников, более серьезные проблемы учебники не рассматривают, хотя рассказать кое-что о точках Лагранжа, кривой вращения галактик, проблеме трех тел, гравитационном маневре и устойчивости Солнечной системы вполне было бы можно¹. И это — частью как решение, а частью как постановка задачи — вполне было бы полезно для уяснения картины мира и применения физики. Электромагнитное взаимодействие проявляется в учебнике в заряде и поле, потом — в токе и индукции, третий и последний раз — в электромагнитном поле, т.е. в свете и радио. Два других взаимодействия остаются на уровне слов. Возникает вопрос: а весь остальной учебный мир — трение, реакция опоры, упругость, свойства твердых тел, жидкостей и газов — это что?

Приходится признать, что это все — электромагнетизм, но об этом учебник иногда что-то говорит, иногда молчит. А когда становится совсем невтерпеж, т.е. когда заходит речь о батарейках, — вводятся понятия «сторонние силы» и «химическая энергия». Так вот — все это электромагнетизм, но построить на основе законов электромагнетизма полную и последовательную теорию трения, упругости, прочности и т.д. современная физика может лишь частично. А в тех сегментах, в которых это возможно, теория получается настолько сложной, что изложить ее и в университетском учебнике — а в школьном тем более — нельзя. Поэтому люди прибегают к промежуточным моделям, параметры которых (коэффициент трения, упругость, прочность и т.д.) определяют экспериментально, а потом пытаются связать эти параметры между собой, продвигаясь к чаемому пониманию устройства нашего мира. Иногда это можно, на качественном уровне, сделать и в школе.

Эквивалентная схема — что это?

Сейчас прибегнем к промежуточной модели и введем понятие внутреннего сопротивления источника электроэнергии. Подключим наш источник к переменному сопротивлению, измерим зависимость выходного напряжения и тока в нагрузке от сопротивления и построим график зависимости напряжения от тока (рис.  1). Эта зависимость называется нагрузочной характеристикой или вольт-амперной характеристикой. Во многих случаях (например, для гальванических источников — батареек и аккумуляторов) она близка к прямой. А раз так, то возникает мысль — представить источник эквивалентной схемой из идеального источника ЭДС и сопротивления. Эквивалентная схема — это схема из идеальных в каком-то смысле элементов, которая ведет себя примерно так же, как реальное устройство.

Почему вообще эквивалентные схемы получили широкое распространение? Причина этого «случайна»: люди поздно создали компьютеры. Дело в том, что компьютеру можно сообщать информацию о компонентах схемы в любой форме и можно написать программу, которая — если эта информация полна и непротиворечива — сделает расчет схемы. Но если зависимости, которые характеризуют элементы, например вольт-амперные характеристики, нелинейные, то объем вычислений оказывается слишком велик для расчетов вручную. Поэтому и возникло когда-то понятие эквивалентных схем.

На заре физики электричества, когда люди о том, как течет вода, хоть что-то знали, а электричество было совсем внове, для рассмотрения электричества при преподавании применялась «гидродинамическая аналогия» — протекание тока рассматривали как течение воды. Со временем ситуация инвертировалась — для описания гидродинамики стали использовать электрические схемы, тоже в некотором смысле эквивалентные. Для расширения кругозора можно спросить в интернете эквивалентные схемы гидравлических систем или эквивалентные схемы электромоторов.

Теперь вернемся к нагрузочной характеристике, сделаем несколько замечаний и зададим вопросы. Замечание первое — крайние точки называются напряжением холостого хода и током короткого замыкания, их связь с параметрами эквивалентной схемы очевидна — ее можно увидеть на рисунке. Замечание второе — понятие внутреннего сопротивления создано для описания нагрузочной характеристики, и оно соответствует именно линейной модели. Если мы хотим использовать его расширительно и вычислять его для разных участков реальной характеристики, то оно окажется для них несколько различным.

Замечание третье — вы, наверное, заметили, что здесь используется термин «источник электроэнергии». Лишь один раз мелькнуло «источник ЭДС», и это было не случайно. В школе вы вперемежку используете выражения «источник ЭДС» и «источник тока». В физике, а точнее в ее инженерно-физической области, которая называется ТОЭ — Теоретические Основы Электротехники (некоторые студенты вздрогнули), эти два термина означают некоторые идеализированные источники электроэнергии. А именно, «источник ЭДС» — это такой, у которого на выходных клеммах всегда одно и то же напряжение (именно это имелось в виду выше, там, где он единственный раз был упомянут). А «источник тока» — это такой, через клеммы которого и через внешнюю цепь протекает всегда один и тот же ток.

А теперь попробуем выйти за пределы концов нагрузочной прямой. Ведь не зря же мы назвали ее прямой, а не отрезком (это, конечно, шутка). Но сначала еще один, чисто школьный, вопрос: как вдоль нашей прямой — которая пока что отрезок — меняются мощность источника, мощность в нагрузке и коэффициент полезного действия? Если пользоваться моделью с источником ЭДС, как на рисунке 1, то мощность, создаваемая источником, растет с током от P = 0 до P = \( \mathscr{E} \)I = \( \mathscr{E}^2 \)/r. Мощность в нагрузке проходит через максимум при сопротивлении нагрузки R = r, а мощность, выделяющаяся в источнике, растет как rI², т.е. всю дорогу — не спалите источник! Ну, а КПД соответственно падает от 100% до 0. При согласованной нагрузке это 50%. Все эти ответы можно дать без вычислений, просто посмотрев на схему и немного подумав.

А теперь — «поверх барьеров»! Что будет с нагрузочной характеристикой, если ток будет больше тока короткого замыкания или будет течь в обратную сторону? Вы все (ну, почти все) делаете это, а некоторые — ежедневно. Разумеется, для того чтобы пропустить через нагрузку ток в обратную сторону, нужен еще один источник напряжения, причем не какой попало. Какой же? И как его включить? А чтобы пропустить через нагрузку ток, больший тока короткого замыкания, тоже нужен дополнительный источник, причем тут его и включать надо иначе, и требований к нему будет не одно, а два. Ток в обратную сторону — это просто режим заряда. А почему аккумуляторы заряжаются, а батарейки или совсем нет или очень плохо, читайте в интернете, ключевое слово — деполяризатор. Так вот, чтобы ток через нагрузку тек в обратную сторону, в нагрузку включаем источник с большей ЭДС, чем у основного источника, причем навстречу. А чтобы тек ток, больший тока короткого замыкания, в нагрузку включаем источник с большей ЭДС, чем у основного, причем такой, чтобы \( (\mathscr{E}_1 + \mathscr{E}_2)/(r_1 + r_2) > \mathscr{E}_1/r_1 \).

Об устройстве батарейки

Пришла пора спросить, от чего зависят параметры \( \mathscr{E} \) и r. Когда мы опускаем проводник (в частности, металл) в электролит, ионы из металла начинают переходить в раствор и обратно. Эти потоки зависят, в частности, от прочности решетки проводника, концентрации ионов в растворе и температуры. При переходе ионов электрод заряжается и возникает разность потенциалов между электродом и раствором, образуется двойной электрический слой. В итоге устанавливается такая разность потенциалов, чтобы потоки сравнялись и возникло динамическое равновесие. Если опустить в этот же электролит другой проводник, то у него появляется свой потенциал относительно электролита, отличающийся от того, который появился на первом электроде. Таким образом возникла разность потенциалов между электродами, мы изобрели гальванический элемент.

Чтобы расширить образование и поразиться человеческой изобретательности, можно набрать в интернете резервные гальванические элементы. Кстати, вы даже из школьного учебника знаете, что бывают элементы с двумя разными электролитами, разделенными полупроницаемой мембраной; так что здесь дана сильно упрощенная картина.

Что касается внутреннего сопротивления, то оно связано, как обычно, с сопротивлением среды, по которой вынужден течь ток. Это — электролит, т.е. то, что находится между электродами (и выводы, но их сопротивление обычно пренебрежимо мало). Впрочем, раз нагрузочная характеристика не линейна, то сопротивление не постоянно, а само сложно зависит от тока. Причем если мы произнесли слова «двойной электрический слой», значит, мы признали, что среда неоднородна. Внутреннее сопротивление, как ему и положено (помните R = ρL/S?) действительно уменьшается при уменьшении толщины и увеличении площади слоя. Но оно уменьшается и при увеличении шероховатости электродов, а это говорит о большом вкладе в сопротивление именно прикатодного слоя, того самого двойного слоя. В общем, поле для исследований у вас будет — причем эта область физики очень и очень востребована техникой.

Химические источники электрической энергии создают на своих клеммах разность потенциалов, а вокруг них, соответственно, появляется электрическое поле. В электростатике эти вещи неразделимы — у заряда есть поле, силовые линии (при всей условности этого понятия) кончаются и начинаются на зарядах. Вне электростатики может быть и не так — если контур пронизывает переменный магнитный поток, то в контуре возникает электрическое поле, его силовые линии замкнуты, они не начинаются и не кончаются на зарядах. Разумеется, такое поле не потенциально — запустив в этот контур заряд или просто поместив в него замкнутый проводник, мы извлечем из него энергию.

Пусть источник электроэнергии имеет разность потенциалов между клеммами \( \mathscr{E} \) при I = 0, т. е. при отсутствии потребления, в режиме холостого хода. Будет ли на клеммах заряд? Иногда уточняют — избыточный заряд, чтобы не услышать, что «какие-то заряды есть всегда — протоны и электроны в атомах». Естественно, клеммы будут заряжены зарядом Q = \( \mathscr{E} \)C, где C — емкость между клеммами, пропорциональная размеру клемм D. Когда мы соединим клеммы сопротивлением R, по нему и по ним потечет ток. Если ток будет не бесконечно мал, то напряжение между клеммами уменьшится: U < \( \mathscr{E} \), уменьшится и заряд. Разность зарядов сбросится через это самое сопротивление в виде импульсного тока, длительность этого импульса будет порядка τ = max(RC, D/c), где c — скорость света, R — сопротивление клемм и нагрузки, оно не включает сопротивление источника r. Иными словами, обмен зарядами между клеммами произойдет, даже если мы разорвем цепь источника, т.е. сделаем r неограниченно большим.

Казалось бы, экзотическая ситуация? Да, но абсолютно реальная, например — оксфордский электрический звонок. Если сильно упрощать ситуацию, то это — маятник, шарик на конце нити колеблется, поочередно касаясь контактов высоковольтной батареи и в момент касания заряжающийся от них. При этом внутреннее сопротивление батареи огромно, средний ток потребления ничтожно мал (устройство работает от одной батареи больше века), но время заряда весьма мало, поэтому в импульсе ток значителен. При большом сопротивлении батареи заряд касающегося клемм шарика происходит не током «батареи», а током накопленного на клеммах заряда. Вот оценка параметров: \( \mathscr{E} \) = 10³ B, C = 10⁻¹² Ф, Q = 10⁻⁹ Кл, τ = 3 · 10⁻¹¹ c, I_max = Q/τ = 30 A, однако средний ток равен отношению Q к периоду колебания T = 1 c, т.е. 10⁻⁹ A.

Необычные источники

Однако не все источники электрической энергии имеют нагрузочную характеристику, похожую на прямую, есть и совершенно другие ситуации. В частности, иначе ведут себя источники электрической энергии, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде. Распадающийся атом — сам по себе преобразователь видов энергии, т.е. внутриядерную энергию он преобразует в механическую энергию, точнее в кинетическую энергию, продуктов распада плюс потенциальную, если они заряжены, плюс электромагнитную, если это кванты. Далее есть несколько вариантов преобразования, один из них — через тепло. Частицы тормозятся в среде, энергия преобразуется в тепло (часть — в разрушение межатомных связей), а дальше есть много разных способов, самый распространенный — через термоэлектричество (РИТЭГ), возможны и другие. Общие обзоры этих методов есть в интернете.

Рассмотрим не тепловые пути превращения энергии радиоактивного распада в электричество. Возьмем две пластины из проводника, нанесем на одну из них радиоактивный изотоп, поместим эти пластины в вакуум, сделав от них выводы. В некоторой ситуации между выводами начнет расти напряжение. Быстро ли оно будет расти и какой величины достигнет? Расти оно будет, только если при распаде вылетают заряженные частицы (α или β) и попадают на вторую пластину. Скорость роста пропорциональна количеству распадов за единицу времени, заряду частиц и обратно пропорциональна емкости: U = Q/C, а ΔU/Δt = ΔQ/(CΔt) = I/C, где I — ток этих частиц. Расти U будет до тех пор, пока что-то не прекратит этот ток или не возникнет ток утечки по оболочке, или не произойдет вакуумный пробой либо пробой по воздуху. Но если все сконструировано правильно, то утечек и пробоев не будет, а напряжение между электродами постепенно увеличится до такого, что заряженные частицы просто перестанут долетать до второго электрода. Это произойдет именно тогда, когда напряжение, умноженное на их заряд, сравняется с их исходной энергией (рис. 2; здесь сплошная линия — идеализация, штриховая линия — ближе к реальности, e — заряд, \( \mathscr{E} \) — энергия, I_max — ток заряженных частиц). Теперь мы можем сообразить, какой будет нагрузочная кривая для атомной батареи именно такой конструкции — мы оговариваем это потому, что реальные атомные батареи устроены иначе, и далее расскажем, как именно. Но пока — вот эта принципиальная конструкция, предложенная Генри Мозли более 100 лет назад. (Для расширения кругозора можно попробовать найти в интернете статью «Пять фотографий Генри Мозли» и прочитать ее.) А нагрузочная кривая будет совершенно фантастической — просто горизонтальная прямая от нуля тока до максимального, когда все заряженные частицы имеют строго одну энергию и долетают куда надо, и спад до нуля при достижении критического значения тормозящего напряжения. Потому что ток, больший тока заряженных продуктов распада, получить из атомной батареи простейшей конструкции нельзя.

Реально энергии частиц немного различаются хотя бы потому, что не все распадающиеся атомы лежат на поверхности, некоторым заряженным частицам приходится пробираться к поверхности и часть энергии при этом остается на пластине — источнике частиц. Кроме того, не все заряженные частицы летят перпендикулярно поверхностям электродов, а для того чтобы не допустить до пересечения зазора частицу, вылетевшую под углом, нужно меньшее тормозящее поле. Поэтому реальная зависимость станет менее категоричной.

Однако это только начало биографии атомных батарей или, как их еще называют, изотопных батарей. Вся применяемая людьми электротехника использует вполне определенный диапазон напряжений и токов. Вы редко встретите напряжения больше 20–30 кВ, потому что при этих напряжениях возникают серьезные проблемы с изоляцией, а если это вакуумные приборы и электроны имеют в них высокую энергию, еще и возникает рентгеновское излучение. Другими словами, если надо все это использовать, есть электронные приборы с напряжением 300 кВ и более и есть линии электропередач 500 кВ и более — но это промышленность, а не быт, хотя и очень важные для цивилизации, но узкие области. Что касается тока, то тоже особо большие токи не слишком удобны — растет сечение проводов. Так что если для какого-то применения нужна определенная мощность, то сочетания напряжения и тока могут быть разные, определяется это экономикой, схемными возможностями, традицией и т. д. Но в общем и целом, то сочетание напряжения и тока, которые могли бы давать атомные батареи тривиальной конструкции, категорически неудобны. Хорошо бы иметь напряжение порядка на три-четыре меньше, а ток, соответственно, больше.

Путей решения этой проблемы предложено несколько, причем важно понимать две принципиальные вещи. Чем лучше мы используем ту большую энергию, с которой вылетают частицы, тем выше будет КПД. Другое ограничение — малогабаритное устройство не может иметь на выходных клеммах высокое напряжение, иначе произойдет пробой. Малогабаритное устройство с высоким КПД должно как-то использовать высокую энергию частиц внутри себя, во что-то ее преобразовывая. Посмотрим, какие варианты предложены.

Первый — заряженные частицы попадают в пленку полупроводника, где они тормозятся и отдают свою энергию электронам. Само по себе это просто увеличивало бы проводимость, поэтому пленка не однородна, это p–n-переход с двумя, как ему и положено, выводами. Тормозящиеся в p–n-переходе быстрые первичные электроны порождают электронно-дырочные пары, поле перехода растаскивает электроны и дырки в разные стороны, на выводах накапливаются заряды, и, подсоединив к выводам нагрузку, мы получим ток. Один электрон с энергией в килоэлектронвольты порождает тысячи пар, каждая имеет в тысячи раз меньшую энергию, но зато их в тысячу раз больше — это и обеспечит увеличение тока. Правда, при отборе тока электронам приходится пробираться сквозь слой полупроводника, и вольт-амперная характеристика приобретает черты того варианта, что был у батареек — при отборе тока напряжение заметно падает.

Проблем у такой конструкции несколько, и одна — общая со всеми атомными батареями. А именно, выбор изотопа и его количества. Период полураспада — это темп падения мощности со временем и срок службы батареи; количество изотопа и энергия продуктов распада — это мощность батареи, ее опасность для окружающих, а если она будет летать в космосе — то это последствия прибытия на Землю с разрушением в атмосфере и заражением (уже были прецеденты) и ее опасность для окружающих устройств. Например, полупроводниковые приборы не любят, когда их облучают. Естественно, есть еще общетехнические проблемы — вес, габариты, стоимость, срок службы, надежность, иногда ремонтопригодность, патентная чистота. Патентная чистота важна, если собираются производить и легально продавать приборы. Вес и габариты — если это носимая, возимая, бортовая аппаратура летательного средства. Самое интересное — срок службы и надежность, потому что иногда лучше срок службы 10000 часов с надежностью 0,9, а иногда лучше 5000 и 0,95 или 1000 и 0,99… (подумайте, когда и почему).

Еще одна проблема, которую тоже можно назвать общетехнической, — это принципиальная конструкция, оптимизация параметров, выбор материалов и размеров. Например, в данном случае нужно выбрать оптимальную толщину слоя, содержащего изотоп, — чтобы частицы не затормозились в нем самом. И выбрать оптимальный полупроводник, чтобы он, например, не разрушался излучением. Эти вопросы исследуются, обсуждения вы легко найдете в литературе. По ситуации на сегодня, в качестве изотопа используют тритий Т (он же ³H) и никель-63 (он же ⁶³Ni), в качестве полупроводника — кремний Si, карбид кремния SiC, нитрид и арсенид галлия GaN и GaAs или алмаз С. На рисунке 3 представлена вольт-амперная характеристика оптимизированного источника на никеле и алмазе.

Подобное устройство может и не иметь двух электродов — с изотопом и без оного, изотоп может просто контактировать с полупроводником. В этом случае высокоэнергетичным частицам не нужно пересекать вакуумный зазор — родившись, они сразу начинают распространяться сквозь полупроводник, тормозясь и порождая многочисленные электронно-дырочные пары. Такие батареи (рис. 4) уже выпускаются серийно, их напряжение 0,75–2,4 В, ток 0,05–0,3 мкА, срок службы 20 лет. Распадающийся изотоп — тритий Т, поэтому через 12 лет ток падает вдвое, полупроводник — кремний Si.

Более того, можно, по крайней мере теоретически, поискать вариант, когда изотоп является одним из элементов, входящих в полупроводник. Например, если использовать изотоп углерод-14 (он же ¹⁴C), то можно попробовать в качестве полупроводника алмаз C или карбид кремния SiC. Такие идеи предлагались, и поскольку период полураспада здесь 5 700 лет, то батарейка получается вечной. Но этот параметр почти для всех применений (кроме полета к экстрасолнечным планетам) будет избыточен, а мощность относительно мала. Кстати, при некоторых условиях и графен становится полупроводником — так что есть, о чем пофантазировать.

Предлагался и такой вариант — высокоэнергетичные частицы возбуждают люминесценцию, этот эффект известен и используется. Вот, например, имеются брелоки с тритием и люминофором (рис. 5). Далее свет преобразуется в электричество фотоэлементом. Но каждое преобразование вообще уменьшает КПД, а у фотоэлементов он не слишком велик.

Известны варианты конструкций (некоторые реально использующиеся, некоторые на уровне первых лабораторных образцов) с полетом заряженных частиц через вакуум, причем «плоскость прилета» сделана гибкой. В этом случае при попадании на нее заряженных частиц она изгибается, и если в итоге касается «плоскости вылета», то заряд сбрасывается обратно. В итоге мы получаем генератор не постоянного, а переменного напряжения — что тоже для чего-то может пригодиться. Периодически изгибающаяся консоль может быть использована как механический двигатель, а если сама консоль сделана из пьезоэлектрика — то как еще один источник напряжения, такая идея предлагалась. Во всех случаях остаются в силе соображения, изложенные выше, — или высокое напряжение, но тогда значительные габариты, или малые габариты, но тогда низкий КПД. В последнем случае он становится еще меньше из-за наличия второго преобразования.

Пьезокристалл — это еще один источник электроэнергии. Точнее — преобразователь работы в электрическую энергию и обратно, т.е. электроэнергии в перемещение. Сопротивление пьезокристалла весьма велико, поэтому мощность его, как преобразователя механической работы в электрическую мощность, мала. Обычно он применяется либо как источник высокого напряжения и малой мощности, например в зажигалках, либо как датчик перемещений — там мощность не столь важна. В обратном направлении — как способ создания малых перемещений. Это — генераторы ультразвука и устройства для точного перемещения объектов в микроскопии и оптике. Отдельная область применения — использование механического резонанса в кристалле.

Принципиальное отличие вольт-амперной характеристики атомных батарей от обычных, химических, состоит в том, что атомные батареи переносят заряженные частицы и этот поток ограничен в принципе. Его можно прекратить, подав на выводы соответствующее напряжение, но ни сменить его направление, ни пропустить через атомную батарею ток, больший тока короткого замыкания, невозможно (если, конечно, мы не подадим напряжение, большее напряжения вакуумного пробоя — но при этом мы батарею выведем из строя).

В кабинете физики

Существуют и другие источники электрической энергии, переносящие заряды, это — солнечные батареи, генератор Ван де Граафа и электрофорная машина, кое-что из этого может быть в школе. Солнечная батарея — это p–n-переход, генерация электронно-дырочных пар производится не высокоэнергетичной заряженной частицей, а квантом света. Поскольку солнечный свет на земле бесплатен и его много, люди давно и упорно пытаются добывать электроэнергию прямо из него. Сейчас из всей энергии, используемой человечеством, примерно 2% получают от таких батарей. Это немного, но цифра устойчиво растет, причем в ближайшие годы рост ускорится — потому что электричество, получаемое этим способом, сравняется по стоимости с «обычным» и это увеличит приток инвестиций. Соответственно, вольт-амперная характеристика солнечной батареи похожа на характеристику атомной батареи. На рисунке 6 представлен пример характеристик при разной освещенности.

Генератор Ван де Граафа — это источник весьма высоких, до 25 МВ, напряжений при малых токах, хотя усовершенствованная модификация, пеллетрон, выдает до 0,5 мА. Исторически его использовали для физических экспериментов, например для питания линейных ускорителей, сейчас — наверное, только в учебных целях. Генератор содержит диэлектрическую кольцевую ленту, натянутую между двумя роликами и расположенную вертикально — нечто вроде вертикального эскалатора. У нижнего конца расположен источник умеренно высокого напряжения, который ионизует воздух. Ионы налипают на ленту и переносятся ею наверх. Наверху заряд снимается с ленты и переносится на проводящий шар большого диаметра.

Существует еще несколько устройств, в которых высокое напряжение создается за счет работы по перемещению зарядов. Вот три примера, два из которых вам, скорее всего, известны. Первый — капельница Кельвина. Попробуйте догадаться, как она работает, посмотрев на рисунок 7. Устройство примитивно — две металлические банки внизу, два металлических кольца выше, два провода и труба с раздвоением, из которой капает.

Оказывается, принципиальный момент здесь — случайная несимметрия по заряду. Например, одну банку двигали по столу, другую нет, первая и электризовалась. А дальше что происходит? Например, левая зарядилась минусом. Тогда правое кольцо тоже заряжается минусом, правый конец трубы — плюсом, капли из него и правая банка — плюсом, причем чем дальше, тем больше. Но вот вопрос — чем ограничено напряжение?

Близкие по принципу работы родственники этого прелестного устройства — электрофорная машина и ее предшественница машина Гольца.

Заметим, что при обсуждении работы электрофорных машин часто начинаются споры, важна ли для их работы электризация трением. Из источников в интернете можно сделать вывод, что электризация трением сделает более быстрым процесс накопления заряда. И в более старых конструкциях она действительно применялась. В более поздних конструкциях, рассчитанных не на достижение наибольших напряжений, а предназначенных для демонстрации эффекта, стали обходиться без этого. Электризацию трением серьезно исследовал М. И. Корнфельд (публикации в журнале «Физика твердого тела»), а популярное изложение есть в журнале «Квант» (№6 за 1985 г.).

Напоследок заметим, что источники электричества есть у живых организмов, например — у некоторых рыб. Люди такие источники, кажется, не применяют, а рыбы — вполне. Они используют их для локации и как оружие. И есть еще один источник электричества, причем мы сами живем внутри этого источника — это атмосфера. В этом случае мы можем указать на некоторые процессы, благодаря которым работает такая батарейка. Перенос зарядов осуществляется в атмосфере аэрозолями — каплями воды, кристаллами льда. А их заставляют двигаться потоки воздуха и гравитация.

Ответы

1. Это гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия. Гравитационное взаимодействие распространяется со скоростью, которую принять называть скоростью света, электромагнитное — в вакууме с ней же, в средах — как повезет (помните формулу с коэффициентом преломления?). Впрочем, скоростей-то две — фазовая скорость и групповая скорость.

2. Трение твердого по мягкому может быть больше, чем по твердому, потому что твердое внедряется в мягкое и при движении вынуждено рвать мягкое, т.е. коэффициент трения в паре твердое–мягкое оказывается зависящим от прочности мягкого. Диэлектрическая проницаемость — это ослабление внешнего поля собственным полем зарядов вещества. В неполярной среде — это заряды ядер и электронных оболочек, в полярной — еще и заряды ионов. Электронные оболочки реагируют на внешнее поле быстрее, чем молекулы, но возникающее при этом индуцированное поле слабее. Поэтому у полярной жидкости диэлектрическая проницаемость больше, но она значительно уменьшается с увеличением частоты, когда молекулы не успевают поворачиваться в переменном внешнем поле.

3. При малых токах внутреннее сопротивление r окажется больше среднего значения, при больших — меньше. Оно равно скорости уменьшения напряжения при увеличении тока, т.е. r = ΔU/ΔI — следствие закона Ома. При линейной зависимости U(I) мощность тепловыделения действительно P = I²r, это можно показать прямым вычислением. Для реальной характеристики это не так. Например, рассмотрите ситуацию, когда на характеристике есть хоть небольшой участок с большим значением ΔU/ΔI. Тогда на этом участке I²r вроде бы сколь угодно велико, хотя оно ограничено сверху величиной \( \mathscr{E} \)I — полной мощностью источника.

4. Не может быть напряжения на нулевом сопротивлении и не может быть тока через бесконечное сопротивление. Эти модели хорошо работают, т.е. позволяют получать правильные решения, если мы не собираемся использовать, соответственно, очень малые и очень большие сопротивления нагрузки. Конкретно в электронике это бывает нужно достаточно часто для того, чтобы эти модели активно использовались. Модель источника тока проста — это параллельно включенные источник тока I и сопротивление r. Убедитесь прямым расчетом, что в этом случае нагрузочная характеристика — прямая, ток короткого замыкания равен I, а напряжение холостого хода равно rI.

5. Из того, кто создавал магнитный поток — больше неоткуда. Но что изменится, когда поместили проводник? Пошел ток, он создает магнитное поле, направленное против изменений (помните правило Ленца?). И наличие этого «противополя» требует увеличения расхода энергии создателем магнитного потока, если мы хотим, чтобы поток нарастал, как раньше.

6. КПД 100% не бывает, так что греться устройство будет обязано. Максимальная скорость будет там, где произведение напряжения на ток будет максимально, т. е. на перегибе. Там же будет и минимален нагрев.

7. При правильной конструкции максимальное напряжение ограничено пробоем в воздухе вблизи поверхности шара. Электропрочность воздуха около 30 кВ/см. При диаметре шара 2 м максимальное напряжение будет 30 МВ. Энергия накапливается за счет работы по подъему зарядов против поля. Иногда пишут, что ионы перемещаются на шар, но это неправильно — они обмениваются зарядами с шаром и превращаются в атомы.

¹ Если термин написан курсивом, значит, о нем можно найти информацию в интернете.

Что такое электричество? — Learn.sparkfun.com

Авторы:
Джимблом

Избранное

Любимый

79

Приступая к работе

Электричество окружает нас повсюду, питая такие технологии, как мобильные телефоны, компьютеры, фонари, паяльники и кондиционеры. Избежать этого в нашем современном мире очень сложно. Даже когда вы пытаетесь убежать от электричества, оно все равно работает в природе, от молнии во время грозы до синапсов внутри нашего тела. А что именно это электричество? Это очень сложный вопрос, и по мере того, как вы копаете глубже и задаете новые вопросы, на самом деле нет окончательного ответа, а есть только абстрактные представления о том, как электричество взаимодействует с нашим окружением.

Электричество — это природное явление, которое встречается повсюду в природе и принимает множество различных форм. В этом уроке мы сосредоточимся на текущем электричестве: материале, который питает наши электронные гаджеты. Наша цель — понять, как электричество течет от источника питания по проводам, зажигая светодиоды, вращая двигатели и приводя в действие наши устройства связи.

Электричество кратко определяется как поток электрического заряда, , но за этим простым утверждением скрывается так много всего. Откуда берутся обвинения? Как мы их перемещаем? Куда они переезжают? Как электрический заряд вызывает механическое движение или зажигает свет? Так много вопросов! Чтобы начать объяснять, что такое электричество, нам нужно перейти от материи и молекул к атомам, из которых состоит все, с чем мы взаимодействуем в жизни.

Этот учебник основан на некотором базовом понимании физики, силы, энергии, атомов и [полей] (http://en.wikipedia.org/wiki/Field_(physics)) в частности. Мы коснемся основ каждой из этих физических концепций, но также может оказаться полезным обратиться к другим источникам.

Становимся атомными

Чтобы понять основы электричества, нам нужно начать с изучения атомов, одного из основных строительных блоков жизни и материи. Атомы существуют в более чем сотне различных форм в виде химических элементов, таких как водород, углерод, кислород и медь. Атомы многих типов могут объединяться, образуя молекулы, которые создают материю, которую мы можем физически увидеть и потрогать.

Атомы крошечные , растягивающиеся максимум до 300 пикометров в длину (это 3×10 ^-10 или 0,0000000003 метра). Медный пенни (если он на самом деле сделан из 100% меди) содержал бы внутри 3,2×10 ²² атомов (32 000 000 000 000 000 000 000 атомов) меди.

Даже атом недостаточно мал, чтобы объяснить действие электричества. Нам нужно нырнуть еще на один уровень вниз и посмотреть на строительные блоки атомов: протоны, нейтроны и электроны.

Строительные блоки атомов

Атом состоит из комбинации трех отдельных частиц: электронов, протонов и нейтронов. Каждый атом имеет центральное ядро, в котором плотно упакованы протоны и нейтроны. Вокруг ядра находится группа вращающихся электронов.

Очень простая модель атома. Это не в масштабе, но полезно для понимания того, как построен атом. Ядро ядра протонов и нейтронов окружено вращающимися электронами.

В каждом атоме должен быть хотя бы один протон. Количество протонов в атоме важно, потому что оно определяет, какой химический элемент представляет собой атом. Например, атом с одним протоном — это водород, атом с 29 протонами — это медь, а атом с 94 протонами — это плутоний. Это число протонов называется числом 9 атомов.0015 атомный номер .

Партнер ядра протона, нейтрон, служит важной цели; они удерживают протоны в ядре и определяют изотоп атома. Они не имеют решающего значения для нашего понимания электричества, поэтому давайте не будем о них беспокоиться в этом уроке.

Электроны имеют решающее значение для работы электричества (обратите внимание на общую тему в их названиях?) В наиболее стабильном, сбалансированном состоянии атом будет иметь такое же количество электронов, как и протоны. Как и в приведенной ниже модели атома Бора, ядро ​​с 29протонов (что делает его атомом меди) окружено равным количеством электронов.

По мере того, как развивалось наше понимание атомов, развивался и наш метод их моделирования. Модель Бора — очень полезная модель атома, когда мы изучаем электричество.

Электроны атома не навсегда связаны с атомом. Электроны на внешней орбите атома называются валентными электронами. При достаточной внешней силе валентный электрон может уйти с орбиты атома и стать свободным. Свободные электроны позволяют нам перемещать заряды, а это и есть электричество. Говоря о заряде…

Текущие заряды

Как мы упоминали в начале этого урока, электричество определяется как поток электрического заряда. Заряд — это свойство материи, такое же, как масса, объем или плотность. Это измеримо. Точно так же, как вы можете количественно определить массу чего-либо, вы можете измерить и его заряд. Ключевой концепцией заряда является то, что он может быть двух типов: положительный (+) или отрицательный (-) .

Для перемещения заряда нам нужно носителей заряда , и здесь нам пригодятся наши знания об атомных частицах, особенно об электронах и протонах. Электроны всегда несут отрицательный заряд, а протоны всегда положительно заряжены. Нейтроны (в соответствии со своим названием) нейтральны, у них нет заряда. И электроны, и протоны несут один и тот же заряд , только разного типа.

Модель атома лития (3 протона) с помеченными зарядами.

Заряд электронов и протонов важен, потому что он дает нам возможность воздействовать на них силой. Электростатическая сила!

Электростатическая сила

Электростатическая сила (также называемая законом Кулона) — это сила, действующая между зарядами. Он гласит, что заряды одного типа отталкиваются друг от друга, а заряды противоположного типа притягиваются друг к другу. Противоположности притягиваются, а подобное отталкивается .

Величина силы, действующей на два заряда, зависит от того, насколько они удалены друг от друга. Чем ближе два заряда, тем больше становится сила (либо сталкивающая, либо отталкивающая).

Благодаря электростатической силе электроны будут отталкивать другие электроны и притягиваться к протонам. Эта сила является частью «клея», который удерживает атомы вместе, но это также и инструмент, который нам нужен, чтобы заставить электроны (и заряды) течь!

Обеспечение потока платежей

Теперь у нас есть все инструменты для обеспечения потока платежей. Электроны в атомах могут действовать как наши носители заряда , потому что каждый электрон несет отрицательный заряд. Если мы сможем освободить электрон от атома и заставить его двигаться, мы сможем создать электричество.

Рассмотрим атомную модель атома меди, одного из предпочтительных источников элементов для потока заряда. В сбалансированном состоянии медь имеет 29 протонов в ядре и такое же количество электронов, вращающихся вокруг него. Электроны вращаются на разных расстояниях от ядра атома. Электроны ближе к ядру испытывают гораздо более сильное притяжение к центру, чем те, которые находятся на дальних орбитах. Самые внешние электроны атома называются валентными электронами , они требуют наименьшего количества силы, чтобы освободиться от атома.

Это схема атома меди: 29 протонов в ядре, окруженные полосами вращающихся электронов. Электроны, находящиеся ближе к ядру, трудно удалить, в то время как валентному (внешнему кольцу) электрону требуется относительно небольшая энергия для выброса из атома.

Применяя достаточную электростатическую силу к валентному электрону — либо отталкивая его другим отрицательным зарядом, либо притягивая его положительным зарядом, — мы можем сбросить электрон с орбиты вокруг атома, создав свободный электрон.

Теперь рассмотрим медную проволоку: вещество, наполненное бесчисленными атомами меди. Поскольку наш свободный электрон плавает в пространстве между атомами, его притягивают и толкают окружающие заряды в этом пространстве. В этом хаосе свободный электрон в конце концов находит новый атом, за который можно зацепиться; при этом отрицательный заряд этого электрона выбрасывает из атома другой валентный электрон. Теперь новый электрон дрейфует в свободном пространстве, пытаясь сделать то же самое. Этот цепной эффект может продолжаться и дальше, создавая поток электронов, называемый электрический ток .

Очень упрощенная модель зарядов, протекающих через атомы для создания тока.

Проводимость

Некоторые типы атомов лучше других выделяют свои электроны. Чтобы получить наилучший возможный поток электронов, мы хотим использовать атомы, которые не очень сильно удерживают свои валентные электроны. Электропроводность элемента измеряет, насколько прочно электрон связан с атомом.

Элементы с высокой проводимостью, которые имеют очень подвижные электроны, называются проводники . Это типы материалов, которые мы хотим использовать для изготовления проводов и других компонентов, способствующих электронному потоку. Такие металлы, как медь, серебро и золото, обычно являются лучшими проводниками.

Элементы с низкой проводимостью называются изоляторами . Изоляторы служат очень важной цели: они предотвращают поток электронов. Популярные изоляторы включают стекло, резину, пластик и воздух.

Прежде чем мы двинемся дальше, давайте обсудим две формы электричества: статическое или электрическое. При работе с электроникой токовое электричество будет гораздо более распространенным, но также важно понимать статическое электричество.

Статическое электричество

Статическое электричество возникает при накоплении противоположных зарядов на объектах, разделенных изолятором. Статическое (как в «покое») электричество существует до тех пор, пока две группы противоположных зарядов не найдут путь друг к другу, чтобы сбалансировать систему.

Когда заряды находят способ выравнивания, происходит статический разряд . Притяжение зарядов становится настолько сильным, что они могут течь даже через самые лучшие изоляторы (воздух, стекло, пластмассу, резину и т. д.). Статические разряды могут быть вредными в зависимости от того, через какую среду проходят заряды и на какие поверхности они переносятся. Выравнивание зарядов через воздушный зазор может привести к видимому удару, поскольку движущиеся электроны сталкиваются с электронами в воздухе, которые возбуждаются и выделяют энергию в виде света.

Воспламенители с искровым разрядником используются для создания контролируемого статического разряда. Противоположные заряды накапливаются на каждом из проводников, пока их притяжение не становится настолько большим, что заряды могут течь по воздуху.

Одним из наиболее ярких примеров статического разряда является молния . Когда облачная система набирает достаточно заряда по сравнению с другой группой облаков или земной поверхностью, заряды будут пытаться выровняться. Когда облако разряжается, огромное количество положительных (а иногда и отрицательных) зарядов распространяется по воздуху от земли к облаку, вызывая видимый эффект, с которым мы все знакомы.

Статическое электричество также знакомо нам, когда мы трём о голову шарики, чтобы волосы встали дыбом, или когда мы шаркаем по полу пушистыми тапочками и бьём током домашнего кота (случайно, конечно). В каждом случае трение от трения различных типов материалов передает электроны. Объект, теряющий электроны, становится положительно заряженным, а объект, приобретающий электроны, становится отрицательно заряженным. Два объекта притягиваются друг к другу, пока не найдут способ уравнять.

Работая с электроникой, нам обычно не приходится иметь дело со статическим электричеством. Когда мы это делаем, мы обычно пытаемся защитить наши чувствительные электронные компоненты от статического разряда. Профилактические меры против статического электричества включают ношение браслетов ESD (электростатического разряда) или добавление специальных компонентов в цепи для защиты от очень высоких скачков заряда.

Текущее электричество

Текущее электричество — это форма электричества, которая делает возможными все наши электронные штуковины. Эта форма электричества существует, когда заряды способны постоянно течет . В отличие от статического электричества, где заряды собираются и остаются в покое, текущее электричество динамично, заряды всегда в движении. Мы сосредоточимся на этой форме электричества в оставшейся части урока.

Цепи

Для того, чтобы течь электричеству, требуется цепь: замкнутая, бесконечная петля из проводящего материала. Цепь может быть такой же простой, как токопроводящий провод, соединенный встык, но полезные цепи обычно содержат смесь проводов и других компонентов, которые контролируют поток электричества. Единственное правило, когда дело доходит до создания цепей, это не может иметь изолирующих промежутков .

Если у вас есть провод, полный атомов меди, и вы хотите индуцировать поток электронов через него, все свободных электронов должны куда-то течь в одном и том же общем направлении. Медь — отличный проводник, идеально подходящий для протекания зарядов. Если цепь медного провода разорвана, заряды не могут течь по воздуху, что также предотвратит перемещение любых зарядов к середине.

С другой стороны, если бы провод был соединен встык, все электроны имели бы соседний атом и все могли бы течь в одном и том же общем направлении.

Теперь мы понимаем, как могут течь электронов, но как нам заставить их течь в первую очередь? Затем, когда электроны текут, как они производят энергию, необходимую для освещения лампочек или вращающихся двигателей? Для этого нам нужно понять электрические поля.

Электрические поля

У нас есть представление о том, как электроны проходят через материю, создавая электричество. Вот и все, что касается электричества. Ну, почти все. Теперь нам нужен источник, чтобы индуцировать поток электронов. Чаще всего этот источник электронного потока исходит от электрического поля.

Что такое поле?

Поле — это инструмент, который мы используем для моделирования физических взаимодействий, не связанных с наблюдаемым контактом . Поля нельзя увидеть, так как они не имеют физической формы, но эффект, который они производят, вполне реален.

Мы все подсознательно знакомы с одним конкретным полем: гравитационное поле Земли, эффект притяжения массивного тела к другим телам. Гравитационное поле Земли можно смоделировать набором векторов, указывающих на центр планеты; независимо от того, где вы находитесь на поверхности, вы почувствуете силу, толкающую вас к ней.

Сила или интенсивность полей неодинакова во всех точках поля. Чем дальше вы находитесь от источника поля, тем меньше его влияние. Величина гравитационного поля Земли уменьшается по мере удаления от центра планеты.

Продолжая изучать электрические поля, вспомните, в частности, как работает гравитационное поле Земли. Оба поля имеют много общего. Гравитационные поля воздействуют на объекты с массой, а электрические поля воздействуют на объекты с зарядом.

Электрические поля

Электрические поля (е-поля) являются важным инструментом для понимания того, как возникает и продолжает течь электричество. Электрические поля описывают тянущую или толкающую силу в пространстве между зарядами . По сравнению с гравитационным полем Земли электрические поля имеют одно существенное отличие: в то время как поле Земли обычно притягивает только другие объекты массы (поскольку все значит значительно менее массивные), электрические поля отталкивают заряды так же часто, как и притягивают их.

Направление электрических полей всегда определяется как направление, в котором положительный пробный заряд сместится , если его уронить в поле. Пробный заряд должен быть бесконечно мал, чтобы его заряд не влиял на поле.

Мы можем начать с построения электрических полей для одиночных положительных и отрицательных зарядов. Если вы поместите положительный тестовый заряд рядом с отрицательным зарядом, тестовый заряд притянется к отрицательному заряду . Итак, для одного отрицательного заряда мы нарисуем наши стрелки электрического поля направлен внутрь во всех направлениях. Тот же пробный заряд, брошенный рядом с другим положительным зарядом , приведет к отталкиванию наружу, что означает, что мы рисуем стрелок, выходящих из положительного заряда.

Электрические поля одиночных зарядов. Отрицательный заряд имеет внутреннее электрическое поле, потому что он притягивает положительные заряды. Положительный заряд имеет внешнее электрическое поле, отталкивающее заряды.

Группы электрических зарядов можно комбинировать для создания более полных электрических полей.

Однородное электрическое поле вверху направлено от положительных зарядов к отрицательным. Представьте крошечный положительный тестовый заряд, упавший в электронное поле; он должен следовать направлению стрелок. Как мы видели, электричество обычно связано с потоком электронов — отрицательных зарядов — которые текут против электрических полей.

Электрические поля обеспечивают нас толкающей силой, необходимой для индукции электрического тока. Электрическое поле в цепи похоже на электронный насос: большой источник отрицательных зарядов, который может двигать электроны, которые будут течь по цепи к положительному заряду.

Электрический потенциал (энергия)

Когда мы используем электричество для питания наших цепей, устройств и гаджетов, мы действительно преобразуем энергию. Электронные схемы должны иметь возможность накапливать энергию и передавать ее в другие формы, такие как тепло, свет или движение. Запасенная энергия цепи называется электрической потенциальной энергией.

Энергия? Потенциальная энергия?

Чтобы понять потенциальную энергию, нам нужно понять энергию в целом. Энергия определяется как способность объекта делать работать с другим объектом, что означает перемещение этого объекта на некоторое расстояние. Энергия приходит в многих формах , некоторые мы можем видеть (например, механические), а другие мы не можем (например, химические или электрические). Независимо от того, в какой форме она находится, энергия существует в одном из двух состояний : кинетическом или потенциальном.

Объект имеет кинетической энергии , когда он находится в движении. Количество кинетической энергии объекта зависит от его массы и скорости. Потенциальная энергия , с другой стороны, равна накопленная энергия , когда объект находится в состоянии покоя. Он описывает, какую работу может выполнить объект, если его привести в движение. Это энергия, которую мы обычно можем контролировать. Когда объект приводится в движение, его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию.

Вернемся к примеру с гравитацией. Шар для боулинга, неподвижно сидящий на вершине башни Халифа, имеет много потенциальной (запасенной) энергии. После падения мяч, притягиваемый гравитационным полем, с ускорением устремляется к земле. По мере ускорения мяча потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию (энергию движения). В конце концов вся энергия мяча преобразуется из потенциальной в кинетическую, а затем передается тому, во что он попадает. Когда мяч находится на земле, его потенциальная энергия очень мала.

Электрическая потенциальная энергия

Подобно тому, как масса в гравитационном поле обладает гравитационной потенциальной энергией, заряды в электрическом поле обладают электрической потенциальной энергией . Электрическая потенциальная энергия заряда описывает, сколько накопленной энергии он имеет, когда он приводится в движение электростатической силой, эта энергия может стать кинетической, и заряд может совершать работу.

Подобно шару для боулинга, находящемуся на вершине башни, положительный заряд в непосредственной близости от другого положительного заряда обладает высокой потенциальной энергией; оставленный свободным двигаться, заряд будет отталкиваться от такого же заряда. Положительный тестовый заряд, помещенный рядом с отрицательным зарядом, будет иметь низкую потенциальную энергию, аналогичную шару для боулинга на земле.

Чтобы наделить что-либо потенциальной энергией, мы должны выполнить работу , переместив это на расстояние. В случае с шаром для боулинга работа заключается в том, чтобы поднять его на 163 этажа против поля гравитации. Точно так же необходимо совершить работу, чтобы оттолкнуть положительный заряд от стрелок электрического поля (либо к другому положительному заряду, либо от отрицательного заряда). Чем дальше вверх по полю уходит заряд, тем больше работы вам предстоит сделать. Точно так же, если вы попытаетесь вытащить отрицательный заряд вдали от положительного заряда — против электрического поля — вы должны совершить работу.

Для любого заряда, находящегося в электрическом поле, его электрическая потенциальная энергия зависит от типа (положительный или отрицательный), количества заряда и его положения в поле. Электрическая потенциальная энергия измеряется в джоулях ( Дж ).

Электрический потенциал

Электрический потенциал основан на электрическом потенциале энергии , чтобы помочь определить, сколько энергии хранится в электрических полях . Это еще одна концепция, которая помогает нам моделировать поведение электрических полей. Электрический потенциал равен , а не , то же самое, что электрическая потенциальная энергия!

В любой точке электрического поля электрический потенциал равен количеству потенциальной электрической энергии, деленному на количество заряда в этой точке. Это убирает количество заряда из уравнения и оставляет нам представление о том, сколько потенциальной энергии могут обеспечить определенные области электрического поля. Электрический потенциал измеряется в джоулях на кулон ( J/C ), который мы определяем как вольт (В).

В любом электрическом поле есть две точки электрического потенциала, представляющие для нас значительный интерес. Есть точка с высоким потенциалом, где положительный заряд будет иметь максимально возможную потенциальную энергию, и есть точка с низким потенциалом, где заряд будет иметь наименьшую возможную потенциальную энергию.

Одним из наиболее распространенных терминов, которые мы обсуждаем при оценке электричества, является напряжение . Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Напряжение дает нам представление о том, какой толкающей силой обладает электрическое поле.

Имея за плечами потенциал и потенциальную энергию, у нас есть все ингредиенты, необходимые для производства электроэнергии. Давай сделаем это!

Электричество в действии!

Изучив физику элементарных частиц, теорию поля и потенциальную энергию, мы теперь знаем достаточно, чтобы заставить течь электричество. Сделаем цепь!

Сначала мы рассмотрим ингредиенты, необходимые для производства электричества:

• Определение электричества — это поток заряда . Обычно наши заряды переносятся свободно текущими электронами.
• Отрицательно заряженные электронов слабо связаны с атомами проводящих материалов. С небольшим толчком мы можем освободить электроны от атомов и заставить их течь в основном в одном направлении.
• Замкнутая цепь из проводящего материала обеспечивает путь для непрерывного потока электронов.
• Заряды приводятся в движение электрическим полем . Нам нужен источник электрического потенциала (напряжения), который толкает электроны из точки с низкой потенциальной энергией в точку с более высокой потенциальной энергией.

Короткое замыкание

Батареи являются распространенными источниками энергии, которые преобразуют химическую энергию в электрическую. У них есть две клеммы, которые подключаются к остальной части цепи. На одном выводе избыток отрицательных зарядов, а на другом сливаются все положительные заряды. Это разность электрических потенциалов, которая только и ждет, чтобы подействовать!

Если мы подключим наш провод, полный проводящих атомов меди, к батарее, это электрическое поле будет влиять на отрицательно заряженные свободные электроны в атомах меди. Одновременно отталкиваемые отрицательной клеммой и притягиваемые положительной клеммой, электроны в меди будут перемещаться от атома к атому, создавая поток заряда, который мы знаем как электричество.

После секунды прохождения тока электроны фактически сдвинулись очень мало — доли сантиметра. Однако энергия, производимая текущим потоком, составляет огромных , тем более что в этой цепи нет ничего, что замедляло бы течение или потребляло энергию. Подключать чистый проводник напрямую к источнику энергии — плохая идея . Энергия очень быстро перемещается по системе и превращается в тепло в проводе, которое может быстро превратиться в плавление провода или огонь.

Зажигание лампочки

Вместо того, чтобы тратить всю эту энергию впустую, не говоря уже о разрушении батареи и проводов, давайте создадим схему, которая сделает что-нибудь полезное! Обычно электрическая цепь преобразует электрическую энергию в какую-либо другую форму — свет, тепло, движение и т. д. Если мы подключим лампочку к батарее проводами между ними, мы получим простую функциональную цепь.

Схема: Батарея (слева) подключается к лампочке (справа), цепь замыкается, когда выключатель (вверху) замыкается. Когда цепь замкнута, электроны могут течь от отрицательной клеммы батареи через лампочку к положительной клемме.

В то время как электроны движутся со скоростью улитки, электрическое поле почти мгновенно воздействует на всю цепь (мы говорим о скорости света). Электроны по всей цепи, будь то с самым низким потенциалом, с самым высоким потенциалом или прямо рядом с лампочкой, находятся под влиянием электрического поля. Когда переключатель замыкается и электроны подвергаются воздействию электрического поля, все электроны в цепи начинают течь, казалось бы, в одно и то же время. Ближайшие к лампочке заряды сделают один шаг по цепи и начнут преобразовывать электрическую энергию в световую (или тепловую).

Ресурсы и дальнейшие действия

В этом уроке мы раскрыли лишь малую часть верхушки пресловутого айсберга. Там еще тонна концепций осталась нераскрытой. Отсюда мы рекомендуем вам сразу перейти к нашему руководству по напряжению, току, сопротивлению и закону Ома. Теперь, когда вы знаете все об электрических полях (напряжении) и движущихся электронах (токе), вы уже на пути к пониманию закона, управляющего их взаимодействием.

Хотите узнать больше об основных темах?

Полный список основных тем, связанных с электротехникой, см. на нашей странице Engineering Essentials .

Отведи меня туда!

Для получения дополнительной информации и иллюстраций, объясняющих электричество, посетите этот сайт.

Вот еще несколько учебных пособий для начинающих, которые мы рекомендуем прочитать:

• Что такое схема?
• Электроэнергия
• Последовательные и параллельные цепи

Или, может быть, вы хотели бы узнать что-то практическое? В этом случае ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по навыкам базового уровня:

• Как пользоваться мультиметром
• Работа с проволокой
• Шитье проводящей нитью

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Электричество — это наличие и протекание электрического тока. Используя электричество, мы можем передавать энергию способами, которые позволяют нам выполнять простые домашние дела. ^[1] Его наиболее известная форма — поток электронов через проводники, такие как медные провода.

Слово «электричество» иногда используется для обозначения «электрической энергии». Это не одно и то же: электричество — это средство передачи электрической энергии, как морская вода — средство передачи энергии волн. Предмет, который позволяет электричеству проходить через него, называется проводником. Медные провода и другие металлические предметы являются хорошими проводниками, позволяя электричеству проходить по ним и передавать электрическую энергию. Пластик является плохим проводником (также называемым изолятором) и не позволяет большому количеству электричества проходить через него, поэтому он останавливает передачу электрической энергии.

Передача электрической энергии может происходить естественным образом (например, молния) или осуществляться людьми (например, в генераторе). Его можно использовать для питания машин и электрических устройств. Когда электрические заряды не движутся, электричество называют статическим электричеством. Когда заряды движутся, они представляют собой электрический ток, который иногда называют «динамическим электричеством». Молния является наиболее известным и опасным видом электрического тока в природе, но иногда статическое электричество также вызывает слипание вещей в природе.

Электричество может быть опасным, особенно вблизи воды, потому что вода является хорошим проводником, так как в ней есть примеси, такие как соль. Соль может помочь потоку электричества. С девятнадцатого века электричество используется во всех сферах нашей жизни. До тех пор это было просто диковинкой, увиденной в молнии грозы.

Электрическая энергия может быть получена, если магнит проходит близко к металлической проволоке. Это метод, используемый генератором. Самые большие генераторы находятся на электростанциях. Электрическая энергия также может быть высвобождена путем объединения химических веществ в банке с двумя металлическими стержнями разных видов. Этот метод используется в аккумуляторе. Статическое электричество может создаваться трением между двумя материалами, например, шерстяной шапкой и пластиковой линейкой. Это может вызвать искру. Электрическая энергия также может быть получена с использованием энергии солнца, например, в фотогальванических элементах.

Электроэнергия поступает в дома по проводам от мест, где она производится. Он используется электрическими лампами, электрическими обогревателями и т. д. Многие приборы, такие как стиральные машины и электрические плиты, используют электричество. На заводах электрическая энергия приводит в действие машины. Людей, которые работают с электричеством и электрическими устройствами в домах и на фабриках, называют «электриками».

Содержание

• 1 История
• 2 Как работает электричество
• 3 Электрический ток
  • 3.1 Некоторые термины, относящиеся к электричеству
• 4 Производство электроэнергии
• 5 Каталожные номера
• 6 Другие сайты

Идея электричества, или тот факт, что янтарь приобретает способность притягивать легкие предметы при трении, возможно, была известна греческому философу Фалесу Милетскому, жившему около 600 г. до н.э.

Другой греческий философ, Теофраст, утверждал в трактате, что этой силой обладают другие субстанции.

Первое научное исследование электрических и магнитных явлений, однако, появилось только в 1600 году нашей эры благодаря исследованиям, проведенным английским врачом Уильямом Гилбертом. Гилберт был первым, кто применил термин электрический (греч. elektron , «янтарь») к силе, проявляемой веществами после трения. Он также различал магнитное и электрическое действие.

Бен Франклин посвятил много времени исследованиям в области электротехники. Его знаменитый эксперимент с воздушным змеем доказал, что атмосферное электричество (вызывающее явления молнии и грома) идентично электростатическому заряду лейденской банки. Франклин разработал свою теорию о том, что электричество — это единственная «жидкость», существующая во всей материи, и что его действие можно объяснить избытком и недостатком этой жидкости.

Существует два типа электрических зарядов, которые толкают и притягивают друг друга: положительные заряды и отрицательные заряды. Электрические заряды толкают или притягивают друг друга, если они не соприкасаются. Это возможно, потому что каждый заряд создает вокруг себя электрического поля . Электрическое поле – это область, окружающая заряд. В каждой точке вблизи заряда электрическое поле направлено в определенном направлении. Если в эту точку поместить положительный заряд, он будет толкаться в этом направлении. Если в эту точку поместить отрицательный заряд, он будет толкаться в прямо противоположном направлении.

Работает как магниты, и на самом деле электричество создает магнитное поле, в котором одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а противоположные притягиваются. Это означает, что если вы поместите два негатива близко друг к другу и отпустите их, они разойдутся. То же верно и для двух положительных зарядов. Но если вы поместите положительный и отрицательный заряды близко друг к другу, они будут притягиваться друг к другу. Короткий способ запомнить это — фраза противоположности притягиваются, подобное отталкивается.

Вся материя во Вселенной состоит из мельчайших частиц с положительным, отрицательным или нейтральным зарядом. Положительные заряды называются протонами, а отрицательные — электронами. Протоны намного тяжелее электронов, но оба имеют одинаковый электрический заряд, за исключением того, что протоны положительны, а электроны отрицательны. Поскольку «противоположности притягиваются», протоны и электроны слипаются. Несколько протонов и электронов могут образовывать более крупные частицы, называемые атомами и молекулами. Атомы и молекулы все еще очень малы. Они слишком малы, чтобы их увидеть. В любом крупном объекте, например, в вашем пальце, атомов и молекул больше, чем кто-либо может сосчитать. Мы можем только оценить их количество.

Поскольку отрицательные электроны и положительные протоны слипаются, образуя большие объекты, все большие объекты, которые мы можем видеть и чувствовать, электрически нейтральны. Электрически — это слово, означающее «описание электричества», а нейтральный — это слово, означающее «сбалансированный». Вот почему мы не чувствуем, как объекты толкают и тянут нас на расстоянии, как если бы все было электрически заряжено. Все большие объекты электрически нейтральны, потому что в мире одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Можно сказать, что мир точно сбалансирован или нейтрален. Ученые до сих пор не знают, почему это так.

Рисунок электрической цепи: ток (I) течет от + по цепи обратно к —

Электричество передается по проводам.

Электроны могут перемещаться по всему материалу. Протоны никогда не движутся вокруг твердого объекта, потому что они очень тяжелые, по крайней мере, по сравнению с электронами. Материал, который позволяет электронам двигаться, называется проводником . Материал, который плотно удерживает каждый электрон на месте, называется изолятором . Примерами проводников являются медь, алюминий, серебро и золото. Примерами изоляторов являются резина, пластик и дерево. Медь очень часто используется в качестве проводника, потому что это очень хороший проводник, и ее так много в мире. Медь содержится в электрических проводах. Но иногда используются и другие материалы.

Внутри проводника электроны скачут, но они не могут долго двигаться в одном направлении. Если внутри проводника создается электрическое поле, все электроны начнут двигаться в направлении, противоположном направлению, на которое указывает поле (поскольку электроны заряжены отрицательно). Батарея может создавать электрическое поле внутри проводника. Если оба конца куска провода подсоединены к двум концам батареи (называемым электродами ), то образовавшаяся петля называется электрическая цепь. Электроны будут течь по цепи до тех пор, пока батарея создает электрическое поле внутри провода. Этот поток электронов по цепи называется электрическим током.

Проводник, используемый для передачи электрического тока, часто обернут изолятором, например резиной. Это связано с тем, что провода, по которым течет ток, очень опасны. Если человек или животное коснется оголенного провода, по которому течет ток, он может получить травму или даже умереть в зависимости от силы тока и количества передаваемой им электрической энергии. Будьте осторожны рядом с электрическими розетками и оголенными проводами, по которым может проходить ток.

Можно подключить электрическое устройство к цепи, чтобы через устройство протекал электрический ток. Этот ток будет передавать электрическую энергию, чтобы заставить устройство делать то, что мы хотим. Электрические устройства могут быть очень простыми. Например, в лампочке ток переносит энергию через специальный провод, называемый нитью накала, что заставляет ее светиться. Электрические устройства также могут быть очень сложными. Электрическая энергия может использоваться для привода электродвигателя внутри инструмента, такого как дрель или точилка для карандашей. Электроэнергия также используется для питания современных электронных устройств, включая телефоны, компьютеры и телевизоры.

Некоторые термины, связанные с электричеством[изменить | изменить источник]

Вот несколько терминов, с которыми может столкнуться человек, изучая, как работает электричество. Изучение электричества и того, как оно делает возможными электрические цепи, называется электроникой. Есть область инженерии, называемая электротехникой, где люди придумывают новые вещи, используя электричество. Им важно знать все эти термины.

• Ток – это количество протекающего электрического заряда. Когда 1 кулон электричества проходит где-то за 1 секунду, сила тока равна 1 ампер. Для измерения тока в одной точке воспользуемся амперметром.

• Напряжение, также называемое «разницей потенциалов», представляет собой «толчок» позади тока. Это количество работы на электрический заряд, которую может совершить источник электричества. Когда 1 кулон электричества имеет 1 джоуль энергии, он будет иметь 1 вольт электрического потенциала. Чтобы измерить напряжение между двумя точками, мы используем вольтметр.

• Сопротивление – это способность вещества «замедлять» протекание тока, то есть уменьшать скорость, с которой заряд протекает через вещество. Если электрическое напряжение в 1 вольт поддерживает ток в 1 ампер через провод, сопротивление провода равно 1 Ом — это называется законом Ома. Когда поток тока противоположен, энергия «расходуется», что означает, что она преобразуется в другие формы (например, свет, тепло, звук или движение)

• Электрическая энергия – это способность выполнять работу с помощью электрических устройств. Электрическая энергия является «сохраняемым» свойством, означающим, что она ведет себя как вещество и может перемещаться с места на место (например, по передающей среде или в батарее). Электрическая энергия измеряется в джоулях или киловатт-часах (кВтч).

• Электроэнергия — это скорость, с которой электроэнергия используется, хранится или передается. Потоки электрической энергии по линиям электропередач измеряются в ваттах. Если электрическая энергия преобразуется в другую форму энергии, она измеряется в ваттах. Если какая-то его часть преобразуется, а какая-то сохраняется, она измеряется в вольт-амперах, а если накапливается (как в электрических или магнитных полях), то измеряется в реактивных вольт-амперах.

Паровой двигатель в центре приводит в движение два генератора по бокам, конец 19 века

Электроэнергия в основном вырабатывается в местах, называемых электростанциями. Большинство электростанций используют тепло для кипячения воды в пар, который вращает паровой двигатель. Турбина парового двигателя вращает машину, называемую «генератором». Спиральные провода внутри генератора вращаются в магнитном поле. Это заставляет электричество течь по проводам, неся электрическую энергию. Этот процесс называется электромагнитной индукцией. Майкл Фарадей открыл, как это сделать.

Многие источники тепла можно использовать для кипячения воды для генераторов. Источники тепла могут использовать возобновляемые источники энергии, в которых запас тепловой энергии никогда не иссякает, и невозобновляемые источники энергии, запасы которых в конечном итоге будут израсходованы.

Иногда естественный поток, такой как энергия ветра или воды, может использоваться непосредственно для вращения генератора, поэтому тепло не требуется.

1. ↑ «Полное определение электричества». Словарь Merriam-Webster . Мерриам-Вебстер. Проверено 12 января 2016 г.

• Электричество -Citizendium

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Электричество — это наличие и протекание электрического тока. Используя электричество, мы можем передавать энергию способами, которые позволяют нам выполнять простые домашние дела. ^[1] Его наиболее известная форма — поток электронов через проводники, такие как медные провода.

Слово «электричество» иногда используется для обозначения «электрической энергии». Это не одно и то же: электричество — это средство передачи электрической энергии, как морская вода — средство передачи энергии волн. Предмет, который позволяет электричеству проходить через него, называется проводником. Медные провода и другие металлические предметы являются хорошими проводниками, позволяя электричеству проходить по ним и передавать электрическую энергию. Пластик является плохим проводником (также называемым изолятором) и не позволяет большому количеству электричества проходить через него, поэтому он останавливает передачу электрической энергии.

Передача электрической энергии может происходить естественным образом (например, молния) или осуществляться людьми (например, в генераторе). Его можно использовать для питания машин и электрических устройств. Когда электрические заряды не движутся, электричество называют статическим электричеством. Когда заряды движутся, они представляют собой электрический ток, который иногда называют «динамическим электричеством». Молния является наиболее известным и опасным видом электрического тока в природе, но иногда статическое электричество также вызывает слипание вещей в природе.

Электричество может быть опасным, особенно вблизи воды, потому что вода является хорошим проводником, так как в ней есть примеси, такие как соль. Соль может помочь потоку электричества. С девятнадцатого века электричество используется во всех сферах нашей жизни. До тех пор это было просто диковинкой, увиденной в молнии грозы.

Электрическая энергия может быть получена, если магнит проходит близко к металлической проволоке. Это метод, используемый генератором. Самые большие генераторы находятся на электростанциях. Электрическая энергия также может быть высвобождена путем объединения химических веществ в банке с двумя металлическими стержнями разных видов. Этот метод используется в аккумуляторе. Статическое электричество может создаваться трением между двумя материалами, например, шерстяной шапкой и пластиковой линейкой. Это может вызвать искру. Электрическая энергия также может быть получена с использованием энергии солнца, например, в фотогальванических элементах.

Электроэнергия поступает в дома по проводам от мест, где она производится. Он используется электрическими лампами, электрическими обогревателями и т. д. Многие приборы, такие как стиральные машины и электрические плиты, используют электричество. На заводах электрическая энергия приводит в действие машины. Людей, которые работают с электричеством и электрическими устройствами в домах и на фабриках, называют «электриками».

Содержание

• 1 История
• 2 Как работает электричество
• 3 Электрический ток
  • 3.1 Некоторые термины, относящиеся к электричеству
• 4 Производство электроэнергии
• 5 Каталожные номера
• 6 Другие сайты

Идея электричества, или тот факт, что янтарь приобретает способность притягивать легкие предметы при трении, возможно, была известна греческому философу Фалесу Милетскому, жившему около 600 г. до н.э.

Другой греческий философ, Теофраст, утверждал в трактате, что этой силой обладают другие субстанции.

Первое научное исследование электрических и магнитных явлений, однако, появилось только в 1600 году нашей эры благодаря исследованиям, проведенным английским врачом Уильямом Гилбертом. Гилберт был первым, кто применил термин электрический (греч. elektron , «янтарь») к силе, проявляемой веществами после трения. Он также различал магнитное и электрическое действие.

Бен Франклин посвятил много времени исследованиям в области электротехники. Его знаменитый эксперимент с воздушным змеем доказал, что атмосферное электричество (вызывающее явления молнии и грома) идентично электростатическому заряду лейденской банки. Франклин разработал свою теорию о том, что электричество — это единственная «жидкость», существующая во всей материи, и что его действие можно объяснить избытком и недостатком этой жидкости.

Существует два типа электрических зарядов, которые толкают и притягивают друг друга: положительные заряды и отрицательные заряды. Электрические заряды толкают или притягивают друг друга, если они не соприкасаются. Это возможно, потому что каждый заряд создает вокруг себя электрического поля . Электрическое поле – это область, окружающая заряд. В каждой точке вблизи заряда электрическое поле направлено в определенном направлении. Если в эту точку поместить положительный заряд, он будет толкаться в этом направлении. Если в эту точку поместить отрицательный заряд, он будет толкаться в прямо противоположном направлении.

Работает как магниты, и на самом деле электричество создает магнитное поле, в котором одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а противоположные притягиваются. Это означает, что если вы поместите два негатива близко друг к другу и отпустите их, они разойдутся. То же верно и для двух положительных зарядов. Но если вы поместите положительный и отрицательный заряды близко друг к другу, они будут притягиваться друг к другу. Короткий способ запомнить это — фраза противоположности притягиваются, подобное отталкивается.

Вся материя во Вселенной состоит из мельчайших частиц с положительным, отрицательным или нейтральным зарядом. Положительные заряды называются протонами, а отрицательные — электронами. Протоны намного тяжелее электронов, но оба имеют одинаковый электрический заряд, за исключением того, что протоны положительны, а электроны отрицательны. Поскольку «противоположности притягиваются», протоны и электроны слипаются. Несколько протонов и электронов могут образовывать более крупные частицы, называемые атомами и молекулами. Атомы и молекулы все еще очень малы. Они слишком малы, чтобы их увидеть. В любом крупном объекте, например, в вашем пальце, атомов и молекул больше, чем кто-либо может сосчитать. Мы можем только оценить их количество.

Поскольку отрицательные электроны и положительные протоны слипаются, образуя большие объекты, все большие объекты, которые мы можем видеть и чувствовать, электрически нейтральны. Электрически — это слово, означающее «описание электричества», а нейтральный — это слово, означающее «сбалансированный». Вот почему мы не чувствуем, как объекты толкают и тянут нас на расстоянии, как если бы все было электрически заряжено. Все большие объекты электрически нейтральны, потому что в мире одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Можно сказать, что мир точно сбалансирован или нейтрален. Ученые до сих пор не знают, почему это так.

Рисунок электрической цепи: ток (I) течет от + по цепи обратно к —

Электричество передается по проводам.

Электроны могут перемещаться по всему материалу. Протоны никогда не движутся вокруг твердого объекта, потому что они очень тяжелые, по крайней мере, по сравнению с электронами. Материал, который позволяет электронам двигаться, называется проводником . Материал, который плотно удерживает каждый электрон на месте, называется изолятором . Примерами проводников являются медь, алюминий, серебро и золото. Примерами изоляторов являются резина, пластик и дерево. Медь очень часто используется в качестве проводника, потому что это очень хороший проводник, и ее так много в мире. Медь содержится в электрических проводах. Но иногда используются и другие материалы.

Внутри проводника электроны скачут, но они не могут долго двигаться в одном направлении. Если внутри проводника создается электрическое поле, все электроны начнут двигаться в направлении, противоположном направлению, на которое указывает поле (поскольку электроны заряжены отрицательно). Батарея может создавать электрическое поле внутри проводника. Если оба конца куска провода подсоединены к двум концам батареи (называемым электродами ), то образовавшаяся петля называется электрическая цепь. Электроны будут течь по цепи до тех пор, пока батарея создает электрическое поле внутри провода. Этот поток электронов по цепи называется электрическим током.

Проводник, используемый для передачи электрического тока, часто обернут изолятором, например резиной. Это связано с тем, что провода, по которым течет ток, очень опасны. Если человек или животное коснется оголенного провода, по которому течет ток, он может получить травму или даже умереть в зависимости от силы тока и количества передаваемой им электрической энергии. Будьте осторожны рядом с электрическими розетками и оголенными проводами, по которым может проходить ток.

Можно подключить электрическое устройство к цепи, чтобы через устройство протекал электрический ток. Этот ток будет передавать электрическую энергию, чтобы заставить устройство делать то, что мы хотим. Электрические устройства могут быть очень простыми. Например, в лампочке ток переносит энергию через специальный провод, называемый нитью накала, что заставляет ее светиться. Электрические устройства также могут быть очень сложными. Электрическая энергия может использоваться для привода электродвигателя внутри инструмента, такого как дрель или точилка для карандашей. Электроэнергия также используется для питания современных электронных устройств, включая телефоны, компьютеры и телевизоры.

Некоторые термины, связанные с электричеством[изменить | изменить источник]

Вот несколько терминов, с которыми может столкнуться человек, изучая, как работает электричество. Изучение электричества и того, как оно делает возможными электрические цепи, называется электроникой. Есть область инженерии, называемая электротехникой, где люди придумывают новые вещи, используя электричество. Им важно знать все эти термины.

• Ток – это количество протекающего электрического заряда. Когда 1 кулон электричества проходит где-то за 1 секунду, сила тока равна 1 ампер. Для измерения тока в одной точке воспользуемся амперметром.

• Напряжение, также называемое «разницей потенциалов», представляет собой «толчок» позади тока. Это количество работы на электрический заряд, которую может совершить источник электричества. Когда 1 кулон электричества имеет 1 джоуль энергии, он будет иметь 1 вольт электрического потенциала. Чтобы измерить напряжение между двумя точками, мы используем вольтметр.

• Сопротивление – это способность вещества «замедлять» протекание тока, то есть уменьшать скорость, с которой заряд протекает через вещество. Если электрическое напряжение в 1 вольт поддерживает ток в 1 ампер через провод, сопротивление провода равно 1 Ом — это называется законом Ома. Когда поток тока противоположен, энергия «расходуется», что означает, что она преобразуется в другие формы (например, свет, тепло, звук или движение)

• Электрическая энергия – это способность выполнять работу с помощью электрических устройств. Электрическая энергия является «сохраняемым» свойством, означающим, что она ведет себя как вещество и может перемещаться с места на место (например, по передающей среде или в батарее). Электрическая энергия измеряется в джоулях или киловатт-часах (кВтч).

• Электроэнергия — это скорость, с которой электроэнергия используется, хранится или передается. Потоки электрической энергии по линиям электропередач измеряются в ваттах. Если электрическая энергия преобразуется в другую форму энергии, она измеряется в ваттах. Если какая-то его часть преобразуется, а какая-то сохраняется, она измеряется в вольт-амперах, а если накапливается (как в электрических или магнитных полях), то измеряется в реактивных вольт-амперах.

Паровой двигатель в центре приводит в движение два генератора по бокам, конец 19 века

Электроэнергия в основном вырабатывается в местах, называемых электростанциями. Большинство электростанций используют тепло для кипячения воды в пар, который вращает паровой двигатель. Турбина парового двигателя вращает машину, называемую «генератором». Спиральные провода внутри генератора вращаются в магнитном поле. Это заставляет электричество течь по проводам, неся электрическую энергию. Этот процесс называется электромагнитной индукцией. Майкл Фарадей открыл, как это сделать.

Многие источники тепла можно использовать для кипячения воды для генераторов. Источники тепла могут использовать возобновляемые источники энергии, в которых запас тепловой энергии никогда не иссякает, и невозобновляемые источники энергии, запасы которых в конечном итоге будут израсходованы.

Иногда естественный поток, такой как энергия ветра или воды, может использоваться непосредственно для вращения генератора, поэтому тепло не требуется.

1. ↑ «Полное определение электричества». Словарь Merriam-Webster . Мерриам-Вебстер. Проверено 12 января 2016 г.

• Электричество -Citizendium

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Электричество — это наличие и протекание электрического тока. Используя электричество, мы можем передавать энергию способами, которые позволяют нам выполнять простые домашние дела. ^[1] Его наиболее известная форма — поток электронов через проводники, такие как медные провода.

Слово «электричество» иногда используется для обозначения «электрической энергии». Это не одно и то же: электричество — это средство передачи электрической энергии, как морская вода — средство передачи энергии волн. Предмет, который позволяет электричеству проходить через него, называется проводником. Медные провода и другие металлические предметы являются хорошими проводниками, позволяя электричеству проходить по ним и передавать электрическую энергию. Пластик является плохим проводником (также называемым изолятором) и не позволяет большому количеству электричества проходить через него, поэтому он останавливает передачу электрической энергии.

Передача электрической энергии может происходить естественным образом (например, молния) или осуществляться людьми (например, в генераторе). Его можно использовать для питания машин и электрических устройств. Когда электрические заряды не движутся, электричество называют статическим электричеством. Когда заряды движутся, они представляют собой электрический ток, который иногда называют «динамическим электричеством». Молния является наиболее известным и опасным видом электрического тока в природе, но иногда статическое электричество также вызывает слипание вещей в природе.

Электричество может быть опасным, особенно вблизи воды, потому что вода является хорошим проводником, так как в ней есть примеси, такие как соль. Соль может помочь потоку электричества. С девятнадцатого века электричество используется во всех сферах нашей жизни. До тех пор это было просто диковинкой, увиденной в молнии грозы.

Электрическая энергия может быть получена, если магнит проходит близко к металлической проволоке. Это метод, используемый генератором. Самые большие генераторы находятся на электростанциях. Электрическая энергия также может быть высвобождена путем объединения химических веществ в банке с двумя металлическими стержнями разных видов. Этот метод используется в аккумуляторе. Статическое электричество может создаваться трением между двумя материалами, например, шерстяной шапкой и пластиковой линейкой. Это может вызвать искру. Электрическая энергия также может быть получена с использованием энергии солнца, например, в фотогальванических элементах.

Электроэнергия поступает в дома по проводам от мест, где она производится. Он используется электрическими лампами, электрическими обогревателями и т. д. Многие приборы, такие как стиральные машины и электрические плиты, используют электричество. На заводах электрическая энергия приводит в действие машины. Людей, которые работают с электричеством и электрическими устройствами в домах и на фабриках, называют «электриками».

Содержание

• 1 История
• 2 Как работает электричество
• 3 Электрический ток
  • 3.1 Некоторые термины, относящиеся к электричеству
• 4 Производство электроэнергии
• 5 Каталожные номера
• 6 Другие сайты

Идея электричества, или тот факт, что янтарь приобретает способность притягивать легкие предметы при трении, возможно, была известна греческому философу Фалесу Милетскому, жившему около 600 г. до н.э.

Другой греческий философ, Теофраст, утверждал в трактате, что этой силой обладают другие субстанции.

Первое научное исследование электрических и магнитных явлений, однако, появилось только в 1600 году нашей эры благодаря исследованиям, проведенным английским врачом Уильямом Гилбертом. Гилберт был первым, кто применил термин электрический (греч. elektron , «янтарь») к силе, проявляемой веществами после трения. Он также различал магнитное и электрическое действие.

Бен Франклин посвятил много времени исследованиям в области электротехники. Его знаменитый эксперимент с воздушным змеем доказал, что атмосферное электричество (вызывающее явления молнии и грома) идентично электростатическому заряду лейденской банки. Франклин разработал свою теорию о том, что электричество — это единственная «жидкость», существующая во всей материи, и что его действие можно объяснить избытком и недостатком этой жидкости.

Существует два типа электрических зарядов, которые толкают и притягивают друг друга: положительные заряды и отрицательные заряды. Электрические заряды толкают или притягивают друг друга, если они не соприкасаются. Это возможно, потому что каждый заряд создает вокруг себя электрического поля . Электрическое поле – это область, окружающая заряд. В каждой точке вблизи заряда электрическое поле направлено в определенном направлении. Если в эту точку поместить положительный заряд, он будет толкаться в этом направлении. Если в эту точку поместить отрицательный заряд, он будет толкаться в прямо противоположном направлении.

Работает как магниты, и на самом деле электричество создает магнитное поле, в котором одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а противоположные притягиваются. Это означает, что если вы поместите два негатива близко друг к другу и отпустите их, они разойдутся. То же верно и для двух положительных зарядов. Но если вы поместите положительный и отрицательный заряды близко друг к другу, они будут притягиваться друг к другу. Короткий способ запомнить это — фраза противоположности притягиваются, подобное отталкивается.

Вся материя во Вселенной состоит из мельчайших частиц с положительным, отрицательным или нейтральным зарядом. Положительные заряды называются протонами, а отрицательные — электронами. Протоны намного тяжелее электронов, но оба имеют одинаковый электрический заряд, за исключением того, что протоны положительны, а электроны отрицательны. Поскольку «противоположности притягиваются», протоны и электроны слипаются. Несколько протонов и электронов могут образовывать более крупные частицы, называемые атомами и молекулами. Атомы и молекулы все еще очень малы. Они слишком малы, чтобы их увидеть. В любом крупном объекте, например, в вашем пальце, атомов и молекул больше, чем кто-либо может сосчитать. Мы можем только оценить их количество.

Поскольку отрицательные электроны и положительные протоны слипаются, образуя большие объекты, все большие объекты, которые мы можем видеть и чувствовать, электрически нейтральны. Электрически — это слово, означающее «описание электричества», а нейтральный — это слово, означающее «сбалансированный». Вот почему мы не чувствуем, как объекты толкают и тянут нас на расстоянии, как если бы все было электрически заряжено. Все большие объекты электрически нейтральны, потому что в мире одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Можно сказать, что мир точно сбалансирован или нейтрален. Ученые до сих пор не знают, почему это так.

Рисунок электрической цепи: ток (I) течет от + по цепи обратно к —

Электричество передается по проводам.

Электроны могут перемещаться по всему материалу. Протоны никогда не движутся вокруг твердого объекта, потому что они очень тяжелые, по крайней мере, по сравнению с электронами. Материал, который позволяет электронам двигаться, называется проводником . Материал, который плотно удерживает каждый электрон на месте, называется изолятором . Примерами проводников являются медь, алюминий, серебро и золото. Примерами изоляторов являются резина, пластик и дерево. Медь очень часто используется в качестве проводника, потому что это очень хороший проводник, и ее так много в мире. Медь содержится в электрических проводах. Но иногда используются и другие материалы.

Внутри проводника электроны скачут, но они не могут долго двигаться в одном направлении. Если внутри проводника создается электрическое поле, все электроны начнут двигаться в направлении, противоположном направлению, на которое указывает поле (поскольку электроны заряжены отрицательно). Батарея может создавать электрическое поле внутри проводника. Если оба конца куска провода подсоединены к двум концам батареи (называемым электродами ), то образовавшаяся петля называется электрическая цепь. Электроны будут течь по цепи до тех пор, пока батарея создает электрическое поле внутри провода. Этот поток электронов по цепи называется электрическим током.

Проводник, используемый для передачи электрического тока, часто обернут изолятором, например резиной. Это связано с тем, что провода, по которым течет ток, очень опасны. Если человек или животное коснется оголенного провода, по которому течет ток, он может получить травму или даже умереть в зависимости от силы тока и количества передаваемой им электрической энергии. Будьте осторожны рядом с электрическими розетками и оголенными проводами, по которым может проходить ток.

Можно подключить электрическое устройство к цепи, чтобы через устройство протекал электрический ток. Этот ток будет передавать электрическую энергию, чтобы заставить устройство делать то, что мы хотим. Электрические устройства могут быть очень простыми. Например, в лампочке ток переносит энергию через специальный провод, называемый нитью накала, что заставляет ее светиться. Электрические устройства также могут быть очень сложными. Электрическая энергия может использоваться для привода электродвигателя внутри инструмента, такого как дрель или точилка для карандашей. Электроэнергия также используется для питания современных электронных устройств, включая телефоны, компьютеры и телевизоры.

Некоторые термины, связанные с электричеством[изменить | изменить источник]

Вот несколько терминов, с которыми может столкнуться человек, изучая, как работает электричество. Изучение электричества и того, как оно делает возможными электрические цепи, называется электроникой. Есть область инженерии, называемая электротехникой, где люди придумывают новые вещи, используя электричество. Им важно знать все эти термины.

• Ток – это количество протекающего электрического заряда. Когда 1 кулон электричества проходит где-то за 1 секунду, сила тока равна 1 ампер. Для измерения тока в одной точке воспользуемся амперметром.

• Напряжение, также называемое «разницей потенциалов», представляет собой «толчок» позади тока. Это количество работы на электрический заряд, которую может совершить источник электричества. Когда 1 кулон электричества имеет 1 джоуль энергии, он будет иметь 1 вольт электрического потенциала. Чтобы измерить напряжение между двумя точками, мы используем вольтметр.

• Сопротивление – это способность вещества «замедлять» протекание тока, то есть уменьшать скорость, с которой заряд протекает через вещество. Если электрическое напряжение в 1 вольт поддерживает ток в 1 ампер через провод, сопротивление провода равно 1 Ом — это называется законом Ома. Когда поток тока противоположен, энергия «расходуется», что означает, что она преобразуется в другие формы (например, свет, тепло, звук или движение)

• Электрическая энергия – это способность выполнять работу с помощью электрических устройств. Электрическая энергия является «сохраняемым» свойством, означающим, что она ведет себя как вещество и может перемещаться с места на место (например, по передающей среде или в батарее). Электрическая энергия измеряется в джоулях или киловатт-часах (кВтч).

• Электроэнергия — это скорость, с которой электроэнергия используется, хранится или передается. Потоки электрической энергии по линиям электропередач измеряются в ваттах. Если электрическая энергия преобразуется в другую форму энергии, она измеряется в ваттах. Если какая-то его часть преобразуется, а какая-то сохраняется, она измеряется в вольт-амперах, а если накапливается (как в электрических или магнитных полях), то измеряется в реактивных вольт-амперах.

Паровой двигатель в центре приводит в движение два генератора по бокам, конец 19 века

Электроэнергия в основном вырабатывается в местах, называемых электростанциями. Большинство электростанций используют тепло для кипячения воды в пар, который вращает паровой двигатель. Турбина парового двигателя вращает машину, называемую «генератором». Спиральные провода внутри генератора вращаются в магнитном поле. Это заставляет электричество течь по проводам, неся электрическую энергию. Этот процесс называется электромагнитной индукцией. Майкл Фарадей открыл, как это сделать.

Многие источники тепла можно использовать для кипячения воды для генераторов. Источники тепла могут использовать возобновляемые источники энергии, в которых запас тепловой энергии никогда не иссякает, и невозобновляемые источники энергии, запасы которых в конечном итоге будут израсходованы.

Иногда естественный поток, такой как энергия ветра или воды, может использоваться непосредственно для вращения генератора, поэтому тепло не требуется.

1. ↑ «Полное определение электричества». Словарь Merriam-Webster . Мерриам-Вебстер. Проверено 12 января 2016 г.

• Электричество -Citizendium

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Электричество — это наличие и протекание электрического тока. Используя электричество, мы можем передавать энергию способами, которые позволяют нам выполнять простые домашние дела. ^[1] Его наиболее известная форма — поток электронов через проводники, такие как медные провода.

Слово «электричество» иногда используется для обозначения «электрической энергии». Это не одно и то же: электричество — это средство передачи электрической энергии, как морская вода — средство передачи энергии волн. Предмет, который позволяет электричеству проходить через него, называется проводником. Медные провода и другие металлические предметы являются хорошими проводниками, позволяя электричеству проходить по ним и передавать электрическую энергию. Пластик является плохим проводником (также называемым изолятором) и не позволяет большому количеству электричества проходить через него, поэтому он останавливает передачу электрической энергии.

Передача электрической энергии может происходить естественным образом (например, молния) или осуществляться людьми (например, в генераторе). Его можно использовать для питания машин и электрических устройств. Когда электрические заряды не движутся, электричество называют статическим электричеством. Когда заряды движутся, они представляют собой электрический ток, который иногда называют «динамическим электричеством». Молния является наиболее известным и опасным видом электрического тока в природе, но иногда статическое электричество также вызывает слипание вещей в природе.

Электричество может быть опасным, особенно вблизи воды, потому что вода является хорошим проводником, так как в ней есть примеси, такие как соль. Соль может помочь потоку электричества. С девятнадцатого века электричество используется во всех сферах нашей жизни. До тех пор это было просто диковинкой, увиденной в молнии грозы.

Электрическая энергия может быть получена, если магнит проходит близко к металлической проволоке. Это метод, используемый генератором. Самые большие генераторы находятся на электростанциях. Электрическая энергия также может быть высвобождена путем объединения химических веществ в банке с двумя металлическими стержнями разных видов. Этот метод используется в аккумуляторе. Статическое электричество может создаваться трением между двумя материалами, например, шерстяной шапкой и пластиковой линейкой. Это может вызвать искру. Электрическая энергия также может быть получена с использованием энергии солнца, например, в фотогальванических элементах.

Электроэнергия поступает в дома по проводам от мест, где она производится. Он используется электрическими лампами, электрическими обогревателями и т. д. Многие приборы, такие как стиральные машины и электрические плиты, используют электричество. На заводах электрическая энергия приводит в действие машины. Людей, которые работают с электричеством и электрическими устройствами в домах и на фабриках, называют «электриками».

Содержание

• 1 История
• 2 Как работает электричество
• 3 Электрический ток
  • 3.1 Некоторые термины, относящиеся к электричеству
• 4 Производство электроэнергии
• 5 Каталожные номера
• 6 Другие сайты

Идея электричества, или тот факт, что янтарь приобретает способность притягивать легкие предметы при трении, возможно, была известна греческому философу Фалесу Милетскому, жившему около 600 г. до н.э.

Другой греческий философ, Теофраст, утверждал в трактате, что этой силой обладают другие субстанции.

Первое научное исследование электрических и магнитных явлений, однако, появилось только в 1600 году нашей эры благодаря исследованиям, проведенным английским врачом Уильямом Гилбертом. Гилберт был первым, кто применил термин электрический (греч. elektron , «янтарь») к силе, проявляемой веществами после трения. Он также различал магнитное и электрическое действие.

Бен Франклин посвятил много времени исследованиям в области электротехники. Его знаменитый эксперимент с воздушным змеем доказал, что атмосферное электричество (вызывающее явления молнии и грома) идентично электростатическому заряду лейденской банки. Франклин разработал свою теорию о том, что электричество — это единственная «жидкость», существующая во всей материи, и что его действие можно объяснить избытком и недостатком этой жидкости.

Существует два типа электрических зарядов, которые толкают и притягивают друг друга: положительные заряды и отрицательные заряды. Электрические заряды толкают или притягивают друг друга, если они не соприкасаются. Это возможно, потому что каждый заряд создает вокруг себя электрического поля . Электрическое поле – это область, окружающая заряд. В каждой точке вблизи заряда электрическое поле направлено в определенном направлении. Если в эту точку поместить положительный заряд, он будет толкаться в этом направлении. Если в эту точку поместить отрицательный заряд, он будет толкаться в прямо противоположном направлении.

Работает как магниты, и на самом деле электричество создает магнитное поле, в котором одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а противоположные притягиваются. Это означает, что если вы поместите два негатива близко друг к другу и отпустите их, они разойдутся. То же верно и для двух положительных зарядов. Но если вы поместите положительный и отрицательный заряды близко друг к другу, они будут притягиваться друг к другу. Короткий способ запомнить это — фраза противоположности притягиваются, подобное отталкивается.

Вся материя во Вселенной состоит из мельчайших частиц с положительным, отрицательным или нейтральным зарядом. Положительные заряды называются протонами, а отрицательные — электронами. Протоны намного тяжелее электронов, но оба имеют одинаковый электрический заряд, за исключением того, что протоны положительны, а электроны отрицательны. Поскольку «противоположности притягиваются», протоны и электроны слипаются. Несколько протонов и электронов могут образовывать более крупные частицы, называемые атомами и молекулами. Атомы и молекулы все еще очень малы. Они слишком малы, чтобы их увидеть. В любом крупном объекте, например, в вашем пальце, атомов и молекул больше, чем кто-либо может сосчитать. Мы можем только оценить их количество.

Поскольку отрицательные электроны и положительные протоны слипаются, образуя большие объекты, все большие объекты, которые мы можем видеть и чувствовать, электрически нейтральны. Электрически — это слово, означающее «описание электричества», а нейтральный — это слово, означающее «сбалансированный». Вот почему мы не чувствуем, как объекты толкают и тянут нас на расстоянии, как если бы все было электрически заряжено. Все большие объекты электрически нейтральны, потому что в мире одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Можно сказать, что мир точно сбалансирован или нейтрален. Ученые до сих пор не знают, почему это так.

Рисунок электрической цепи: ток (I) течет от + по цепи обратно к —

Электричество передается по проводам.

Электроны могут перемещаться по всему материалу. Протоны никогда не движутся вокруг твердого объекта, потому что они очень тяжелые, по крайней мере, по сравнению с электронами. Материал, который позволяет электронам двигаться, называется проводником . Материал, который плотно удерживает каждый электрон на месте, называется изолятором . Примерами проводников являются медь, алюминий, серебро и золото. Примерами изоляторов являются резина, пластик и дерево. Медь очень часто используется в качестве проводника, потому что это очень хороший проводник, и ее так много в мире. Медь содержится в электрических проводах. Но иногда используются и другие материалы.

Внутри проводника электроны скачут, но они не могут долго двигаться в одном направлении. Если внутри проводника создается электрическое поле, все электроны начнут двигаться в направлении, противоположном направлению, на которое указывает поле (поскольку электроны заряжены отрицательно). Батарея может создавать электрическое поле внутри проводника. Если оба конца куска провода подсоединены к двум концам батареи (называемым электродами ), то образовавшаяся петля называется электрическая цепь. Электроны будут течь по цепи до тех пор, пока батарея создает электрическое поле внутри провода. Этот поток электронов по цепи называется электрическим током.

Проводник, используемый для передачи электрического тока, часто обернут изолятором, например резиной. Это связано с тем, что провода, по которым течет ток, очень опасны. Если человек или животное коснется оголенного провода, по которому течет ток, он может получить травму или даже умереть в зависимости от силы тока и количества передаваемой им электрической энергии. Будьте осторожны рядом с электрическими розетками и оголенными проводами, по которым может проходить ток.

Можно подключить электрическое устройство к цепи, чтобы через устройство протекал электрический ток. Этот ток будет передавать электрическую энергию, чтобы заставить устройство делать то, что мы хотим. Электрические устройства могут быть очень простыми. Например, в лампочке ток переносит энергию через специальный провод, называемый нитью накала, что заставляет ее светиться. Электрические устройства также могут быть очень сложными. Электрическая энергия может использоваться для привода электродвигателя внутри инструмента, такого как дрель или точилка для карандашей. Электроэнергия также используется для питания современных электронных устройств, включая телефоны, компьютеры и телевизоры.

Некоторые термины, связанные с электричеством[изменить | изменить источник]

Вот несколько терминов, с которыми может столкнуться человек, изучая, как работает электричество. Изучение электричества и того, как оно делает возможными электрические цепи, называется электроникой. Есть область инженерии, называемая электротехникой, где люди придумывают новые вещи, используя электричество. Им важно знать все эти термины.

• Ток – это количество протекающего электрического заряда. Когда 1 кулон электричества проходит где-то за 1 секунду, сила тока равна 1 ампер. Для измерения тока в одной точке воспользуемся амперметром.

• Напряжение, также называемое «разницей потенциалов», представляет собой «толчок» позади тока. Это количество работы на электрический заряд, которую может совершить источник электричества. Когда 1 кулон электричества имеет 1 джоуль энергии, он будет иметь 1 вольт электрического потенциала. Чтобы измерить напряжение между двумя точками, мы используем вольтметр.

• Сопротивление – это способность вещества «замедлять» протекание тока, то есть уменьшать скорость, с которой заряд протекает через вещество. Если электрическое напряжение в 1 вольт поддерживает ток в 1 ампер через провод, сопротивление провода равно 1 Ом — это называется законом Ома. Когда поток тока противоположен, энергия «расходуется», что означает, что она преобразуется в другие формы (например, свет, тепло, звук или движение)

• Электрическая энергия – это способность выполнять работу с помощью электрических устройств. Электрическая энергия является «сохраняемым» свойством, означающим, что она ведет себя как вещество и может перемещаться с места на место (например, по передающей среде или в батарее). Электрическая энергия измеряется в джоулях или киловатт-часах (кВтч).

• Электроэнергия — это скорость, с которой электроэнергия используется, хранится или передается. Потоки электрической энергии по линиям электропередач измеряются в ваттах. Если электрическая энергия преобразуется в другую форму энергии, она измеряется в ваттах. Если какая-то его часть преобразуется, а какая-то сохраняется, она измеряется в вольт-амперах, а если накапливается (как в электрических или магнитных полях), то измеряется в реактивных вольт-амперах.

Паровой двигатель в центре приводит в движение два генератора по бокам, конец 19 века

Электроэнергия в основном вырабатывается в местах, называемых электростанциями. Большинство электростанций используют тепло для кипячения воды в пар, который вращает паровой двигатель. Турбина парового двигателя вращает машину, называемую «генератором». Спиральные провода внутри генератора вращаются в магнитном поле. Это заставляет электричество течь по проводам, неся электрическую энергию. Этот процесс называется электромагнитной индукцией. Майкл Фарадей открыл, как это сделать.

Многие источники тепла можно использовать для кипячения воды для генераторов. Источники тепла могут использовать возобновляемые источники энергии, в которых запас тепловой энергии никогда не иссякает, и невозобновляемые источники энергии, запасы которых в конечном итоге будут израсходованы.

Иногда естественный поток, такой как энергия ветра или воды, может использоваться непосредственно для вращения генератора, поэтому тепло не требуется.

1. ↑ «Полное определение электричества». Словарь Merriam-Webster . Мерриам-Вебстер. Проверено 12 января 2016 г.

• Электричество -Citizendium

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Электричество — это наличие и протекание электрического тока. Используя электричество, мы можем передавать энергию способами, которые позволяют нам выполнять простые домашние дела. ^[1] Его наиболее известная форма — поток электронов через проводники, такие как медные провода.

Слово «электричество» иногда используется для обозначения «электрической энергии». Это не одно и то же: электричество — это средство передачи электрической энергии, как морская вода — средство передачи энергии волн. Предмет, который позволяет электричеству проходить через него, называется проводником. Медные провода и другие металлические предметы являются хорошими проводниками, позволяя электричеству проходить по ним и передавать электрическую энергию. Пластик является плохим проводником (также называемым изолятором) и не позволяет большому количеству электричества проходить через него, поэтому он останавливает передачу электрической энергии.

Передача электрической энергии может происходить естественным образом (например, молния) или осуществляться людьми (например, в генераторе). Его можно использовать для питания машин и электрических устройств. Когда электрические заряды не движутся, электричество называют статическим электричеством. Когда заряды движутся, они представляют собой электрический ток, который иногда называют «динамическим электричеством». Молния является наиболее известным и опасным видом электрического тока в природе, но иногда статическое электричество также вызывает слипание вещей в природе.

Электричество может быть опасным, особенно вблизи воды, потому что вода является хорошим проводником, так как в ней есть примеси, такие как соль. Соль может помочь потоку электричества. С девятнадцатого века электричество используется во всех сферах нашей жизни. До тех пор это было просто диковинкой, увиденной в молнии грозы.

Электрическая энергия может быть получена, если магнит проходит близко к металлической проволоке. Это метод, используемый генератором. Самые большие генераторы находятся на электростанциях. Электрическая энергия также может быть высвобождена путем объединения химических веществ в банке с двумя металлическими стержнями разных видов. Этот метод используется в аккумуляторе. Статическое электричество может создаваться трением между двумя материалами, например, шерстяной шапкой и пластиковой линейкой. Это может вызвать искру. Электрическая энергия также может быть получена с использованием энергии солнца, например, в фотогальванических элементах.

Электроэнергия поступает в дома по проводам от мест, где она производится. Он используется электрическими лампами, электрическими обогревателями и т. д. Многие приборы, такие как стиральные машины и электрические плиты, используют электричество. На заводах электрическая энергия приводит в действие машины. Людей, которые работают с электричеством и электрическими устройствами в домах и на фабриках, называют «электриками».

Содержание

• 1 История
• 2 Как работает электричество
• 3 Электрический ток
  • 3.1 Некоторые термины, относящиеся к электричеству
• 4 Производство электроэнергии
• 5 Каталожные номера
• 6 Другие сайты

Идея электричества, или тот факт, что янтарь приобретает способность притягивать легкие предметы при трении, возможно, была известна греческому философу Фалесу Милетскому, жившему около 600 г. до н.э.

Другой греческий философ, Теофраст, утверждал в трактате, что этой силой обладают другие субстанции.

Первое научное исследование электрических и магнитных явлений, однако, появилось только в 1600 году нашей эры благодаря исследованиям, проведенным английским врачом Уильямом Гилбертом. Гилберт был первым, кто применил термин электрический (греч. elektron , «янтарь») к силе, проявляемой веществами после трения. Он также различал магнитное и электрическое действие.

Бен Франклин посвятил много времени исследованиям в области электротехники. Его знаменитый эксперимент с воздушным змеем доказал, что атмосферное электричество (вызывающее явления молнии и грома) идентично электростатическому заряду лейденской банки. Франклин разработал свою теорию о том, что электричество — это единственная «жидкость», существующая во всей материи, и что его действие можно объяснить избытком и недостатком этой жидкости.

Существует два типа электрических зарядов, которые толкают и притягивают друг друга: положительные заряды и отрицательные заряды. Электрические заряды толкают или притягивают друг друга, если они не соприкасаются. Это возможно, потому что каждый заряд создает вокруг себя электрического поля . Электрическое поле – это область, окружающая заряд. В каждой точке вблизи заряда электрическое поле направлено в определенном направлении. Если в эту точку поместить положительный заряд, он будет толкаться в этом направлении. Если в эту точку поместить отрицательный заряд, он будет толкаться в прямо противоположном направлении.

Работает как магниты, и на самом деле электричество создает магнитное поле, в котором одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а противоположные притягиваются. Это означает, что если вы поместите два негатива близко друг к другу и отпустите их, они разойдутся. То же верно и для двух положительных зарядов. Но если вы поместите положительный и отрицательный заряды близко друг к другу, они будут притягиваться друг к другу. Короткий способ запомнить это — фраза противоположности притягиваются, подобное отталкивается.

Вся материя во Вселенной состоит из мельчайших частиц с положительным, отрицательным или нейтральным зарядом. Положительные заряды называются протонами, а отрицательные — электронами. Протоны намного тяжелее электронов, но оба имеют одинаковый электрический заряд, за исключением того, что протоны положительны, а электроны отрицательны. Поскольку «противоположности притягиваются», протоны и электроны слипаются. Несколько протонов и электронов могут образовывать более крупные частицы, называемые атомами и молекулами. Атомы и молекулы все еще очень малы. Они слишком малы, чтобы их увидеть. В любом крупном объекте, например, в вашем пальце, атомов и молекул больше, чем кто-либо может сосчитать. Мы можем только оценить их количество.

Поскольку отрицательные электроны и положительные протоны слипаются, образуя большие объекты, все большие объекты, которые мы можем видеть и чувствовать, электрически нейтральны. Электрически — это слово, означающее «описание электричества», а нейтральный — это слово, означающее «сбалансированный». Вот почему мы не чувствуем, как объекты толкают и тянут нас на расстоянии, как если бы все было электрически заряжено. Все большие объекты электрически нейтральны, потому что в мире одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Можно сказать, что мир точно сбалансирован или нейтрален. Ученые до сих пор не знают, почему это так.

Рисунок электрической цепи: ток (I) течет от + по цепи обратно к —

Электричество передается по проводам.

Электроны могут перемещаться по всему материалу. Протоны никогда не движутся вокруг твердого объекта, потому что они очень тяжелые, по крайней мере, по сравнению с электронами. Материал, который позволяет электронам двигаться, называется проводником . Материал, который плотно удерживает каждый электрон на месте, называется изолятором . Примерами проводников являются медь, алюминий, серебро и золото. Примерами изоляторов являются резина, пластик и дерево. Медь очень часто используется в качестве проводника, потому что это очень хороший проводник, и ее так много в мире. Медь содержится в электрических проводах. Но иногда используются и другие материалы.

Внутри проводника электроны скачут, но они не могут долго двигаться в одном направлении. Если внутри проводника создается электрическое поле, все электроны начнут двигаться в направлении, противоположном направлению, на которое указывает поле (поскольку электроны заряжены отрицательно). Батарея может создавать электрическое поле внутри проводника. Если оба конца куска провода подсоединены к двум концам батареи (называемым электродами ), то образовавшаяся петля называется электрическая цепь. Электроны будут течь по цепи до тех пор, пока батарея создает электрическое поле внутри провода. Этот поток электронов по цепи называется электрическим током.

Проводник, используемый для передачи электрического тока, часто обернут изолятором, например резиной. Это связано с тем, что провода, по которым течет ток, очень опасны. Если человек или животное коснется оголенного провода, по которому течет ток, он может получить травму или даже умереть в зависимости от силы тока и количества передаваемой им электрической энергии. Будьте осторожны рядом с электрическими розетками и оголенными проводами, по которым может проходить ток.

Можно подключить электрическое устройство к цепи, чтобы через устройство протекал электрический ток. Этот ток будет передавать электрическую энергию, чтобы заставить устройство делать то, что мы хотим. Электрические устройства могут быть очень простыми. Например, в лампочке ток переносит энергию через специальный провод, называемый нитью накала, что заставляет ее светиться. Электрические устройства также могут быть очень сложными. Электрическая энергия может использоваться для привода электродвигателя внутри инструмента, такого как дрель или точилка для карандашей. Электроэнергия также используется для питания современных электронных устройств, включая телефоны, компьютеры и телевизоры.

Некоторые термины, связанные с электричеством[изменить | изменить источник]

Вот несколько терминов, с которыми может столкнуться человек, изучая, как работает электричество. Изучение электричества и того, как оно делает возможными электрические цепи, называется электроникой. Есть область инженерии, называемая электротехникой, где люди придумывают новые вещи, используя электричество. Им важно знать все эти термины.

• Ток – это количество протекающего электрического заряда. Когда 1 кулон электричества проходит где-то за 1 секунду, сила тока равна 1 ампер. Для измерения тока в одной точке воспользуемся амперметром.

• Напряжение, также называемое «разницей потенциалов», представляет собой «толчок» позади тока. Это количество работы на электрический заряд, которую может совершить источник электричества. Когда 1 кулон электричества имеет 1 джоуль энергии, он будет иметь 1 вольт электрического потенциала. Чтобы измерить напряжение между двумя точками, мы используем вольтметр.

• Сопротивление – это способность вещества «замедлять» протекание тока, то есть уменьшать скорость, с которой заряд протекает через вещество. Если электрическое напряжение в 1 вольт поддерживает ток в 1 ампер через провод, сопротивление провода равно 1 Ом — это называется законом Ома. Когда поток тока противоположен, энергия «расходуется», что означает, что она преобразуется в другие формы (например, свет, тепло, звук или движение)

• Электрическая энергия – это способность выполнять работу с помощью электрических устройств. Электрическая энергия является «сохраняемым» свойством, означающим, что она ведет себя как вещество и может перемещаться с места на место (например, по передающей среде или в батарее). Электрическая энергия измеряется в джоулях или киловатт-часах (кВтч).

• Электроэнергия — это скорость, с которой электроэнергия используется, хранится или передается. Потоки электрической энергии по линиям электропередач измеряются в ваттах. Если электрическая энергия преобразуется в другую форму энергии, она измеряется в ваттах. Если какая-то его часть преобразуется, а какая-то сохраняется, она измеряется в вольт-амперах, а если накапливается (как в электрических или магнитных полях), то измеряется в реактивных вольт-амперах.

Паровой двигатель в центре приводит в движение два генератора по бокам, конец 19 века

Электроэнергия в основном вырабатывается в местах, называемых электростанциями. Большинство электростанций используют тепло для кипячения воды в пар, который вращает паровой двигатель. Турбина парового двигателя вращает машину, называемую «генератором». Спиральные провода внутри генератора вращаются в магнитном поле. Это заставляет электричество течь по проводам, неся электрическую энергию. Этот процесс называется электромагнитной индукцией. Майкл Фарадей открыл, как это сделать.

Многие источники тепла можно использовать для кипячения воды для генераторов. Источники тепла могут использовать возобновляемые источники энергии, в которых запас тепловой энергии никогда не иссякает, и невозобновляемые источники энергии, запасы которых в конечном итоге будут израсходованы.

Иногда естественный поток, такой как энергия ветра или воды, может использоваться непосредственно для вращения генератора, поэтому тепло не требуется.