Kaj je elektrika
V širšem smislu je električna energija celoten sklop elektromagnetnih pojavov, ki so različne manifestacije elektromagnetnega polja in njegove interakcije s snovjo; v ožjem pomenu se uporablja v izrazu "količina elektrike", ki je sinonim za "električni naboj" pri kvantificiranju slednjega.
Na kaj pomislite, ko slišite besedo "elektrika" ali "elektrika"? Nekdo si bo zamislil električno vtičnico, drugi - daljnovod, transformator ali varilni stroj, ribič bo pomislil na strelo, gospodinja bo pomislila na baterijo s prstom ali polnilec za mobilni telefon, strugar bo pomislil na elektromotor, nekdo pa si bo celo zamislil Nikola Teslasedi v svojem laboratoriju v bližini resonančne indukcijske tuljave, ki bruha strele.
Tako ali drugače je v sodobnem svetu veliko manifestacij električne energije. Današnje civilizacije kot celote si je nemogoče zamisliti brez elektrike. Toda kaj vemo o njem? Razjasnimo ta podatek.
Od elektrarne do električnega aparata
Ko doma priklopimo vtičnico, prižgemo kotliček ali pritisnemo na stikalo, v bistvu da želimo prižgati žarnico, takrat sklenemo tokokrog med vir in sprejemnik električne energijezagotoviti pot za potovanje električnega naboja, na primer skozi spiralo kotlička.
Vir električne energije v našem domu je običajno vtičnica. Električni naboj, ki se giblje skozi žico (ki je v našem primeru nikromova tuljava na grelniku vode), je elektrika… Žica povezuje vtičnico z uporabnikom z dvema žicama: po eni žici se naboj premika od vtičnice do uporabnika, po drugi žici istočasno — od uporabnika — do vtičnice. Če je tok izmeničen, potem žice zamenjajo svoje vloge 50-krat vsako sekundo.
Vir energije za gibanje električnih nabojev (ali preprosteje vir električne energije) v mestnem omrežju je predvsem elektrarna. V elektrarni se električna energija proizvaja z močnim generator, katerega rotor poganja v vrtenje jedrska naprava ali elektrarna druge vrste (na primer hidroturbina).
Znotraj generatorja magnetizirani rotor prečka statorske žice in povzroči elektromotorna sila (EMF)generiranje napetosti med sponkama generatorja. In vedno je izmenična napetost s frekvenco 50 Hz, ker ima rotor generatorja 2 magnetna pola in se vrti s frekvenco 3000 vrt/min ali ima 4 poli in hitrost 1500 vrt/min.
To je napetost v našem stiku, ki jo uporabljamo vsak dan, ne da bi sploh razmišljali. o dolgi poti elektrike od elektrarne do naše vtičnice s svetlobno hitrostjo (299.792.458 metrov na sekundo — hitrost širjenja električnega polja vzdolž žic, ki v njih potiska elektrone in ustvarja tok).
AC napetost 220 voltov na izhodu
Ustvarjena napetost za izhode je spremenljiva, ker: prvič, jo je mogoče enostavno transformirati (zmanjšati ali povečati), in drugič, generira se lažje in prenaša z manjšo izgubo v žicah kot konstantna napetost.
Z napajanjem žic, na katere je priključen transformator, izmenična napetost, dobimo izmenični tok, ki harmonično spremeni svojo smer 50-krat na sekundo, je sposoben ustvariti izmenično magnetno polje v magnetnem krogu transformatorja, to pa je spet sposobno vzbuditi električni tok v žicah sekundarnih navitij, ki navijajo magnetno vezje ...
Če bi bilo magnetno polje v prostoru, ki ga pokriva tuljava, konstantno, tok v tuljavah preprosto ne bi bil usmerjen (prim. zakon elektromagnetne indukcije).
Da bi dobili tok, je treba spremeniti magnetni tok v vesolju, po katerem se bo končal okoli električno polje, bo deloval na električni naboj, ki se lahko na primer nahaja znotraj bakrene žice (prosti elektroni), ki se nahaja okoli tega prostora s spreminjajočim se magnetnim tokom.
Na tem principu temelji delovanje tako generatorjev kot transformatorjev, s to razliko, da v transformatorju ni gibljivih delovnih delov: vir izmeničnega magnetnega toka v transformatorju je izmenični tok primarnega navitja, v generatorju pa je rotirajoči rotor s trajnim magnetnim poljem.
In tu in tam spreminjajoče se magnetno polje po zakonu elektromagnetne indukcije ustvari vrtinčno električno polje, ki deluje na proste elektrone znotraj žic in te elektrone spravi v gibanje. Če je tokokrog zaprt do porabnika, bo tok tekel skozi porabnik.
Shranjevanje električne energije in enosmerni tok
Elektriko je najbolj priročno kopičiti v vsakdanjem življenju v obliki kemične energije, namreč v baterijah… Kemična reakcija z elektrodami lahko ustvari tok, ko je zunanje vezje zaprto za uporabnika, in večja kot je površina elektrod baterije, več toka je mogoče pridobiti iz nje in odvisno od materiala elektrod in števila zaporedno povezanih celic v akumulatorju je lahko napetost, ki jo proizvaja akumulator, različna.
Torej, za litij-ionsko baterijo je standardna napetost ene celice 3,7 volta in lahko sega do 4,2 volta. Med praznjenjem se pozitivno nabiti litijevi ioni premikajo v elektrolitu od anode (-) na osnovi bakra in grafita do katode (+) na osnovi aluminija, med polnjenjem pa od katode do anode, kjer pod delovanjem EMF polnilniku nastane grafitno-litijeva spojina, zaradi česar se energija akumulira v obliki kemične spojine.
Podobno delujejo tudi elektrolitski kondenzatorji, ki se od baterij razlikujejo z manjšo električno kapaciteto, vendar z velikim številom ciklov polnjenja in praznjenja.
Za litij-ionsko baterijo je polna življenjska doba omejena na največ 1000 ciklov polnjenja in praznjenja, specifična vsebnost energije pa doseže 250 Wh / kg. Kar zadeva elektrolitske kondenzatorje, je njihova korigirana trenutna življenjska doba ocenjena na deset tisoč ur, vendar je poraba energije običajno manjša od 0,25 Wh / kg.
Statična elektrika
Če na volneno odejo položite svileno rjuho, ju dobro stisnete skupaj in nato poskusite razpreti, potem bo elektrifikacija... To se bo zgodilo, ker v pogojih trenja teles z različnimi dielektričnimi konstantami na njihovih površinah pride do ločitve nabojev: material z višjo dielektrično konstanto bo pozitivno nabit, material z nižjo dielektrično konstanto pa negativno. .
Večja kot je razlika v teh parametrih, močnejša je naelektrenost.Ko si stopala drgnete z volneno preprogo, naelektrite negativno, preprogo pa pozitivno. Potencialne ravni lahko tukaj dosežejo več deset tisoč voltov in dotik, na primer, vodne pipe, ki je priključena na nekaj ozemljenega, povzroči električni udar. Ker pa je električne zmogljivosti malo, ta neprijetni dogodek ne bo predstavljal velike nevarnosti za vaše življenje.
Druga stvar je elektroforetski stroj, v katerem se statični naboj, ki nastane zaradi trenja, kopiči v kondenzatorju. Naboj, nakopičen v Leyden Bank, je že smrtno nevaren.
Najpomembnejši pojmi in definicije
Kaj je elektromagnetno polje
Elektromagnetno polje je posebna vrsta snovi, za katero je značilna zvezna porazdelitev v prostoru (elektromagnetno valovanje) in razkrivanje diskretnosti strukture (fotoni), za katero je značilna sposobnost širjenja v vakuumu (v odsotnosti močnega gravitacijskega polja), ki na nabite delce deluje s silo, odvisno od njihove hitrosti.
Kaj je električni naboj
Električni naboj je lastnost delcev snovi ali teles, ki označuje njihov odnos z lastnim elektromagnetnim poljem in njihovo interakcijo z zunanjim elektromagnetnim poljem. Ima dve vrsti, znani kot pozitivni naboj (naboj protona, pozitrona itd.) in negativni naboj (naboj elektrona itd.). Kot količina je kvantificirana z močno interakcijo enega nabitega telesa z drugim naelektrenim telesom.
Kaj je nabit delec
Nabit delec je delec snovi, ki ima električni naboj.
Kaj je električno polje
Električno polje je ena od dveh strani elektromagnetnega polja, ki jo povzročajo električni naboji in spremembe v magnetnem polju, ki delujejo s silo na nabite delce in telesa in se odkrijejo z učinkom sile na mirujoča nabita telesa in delce.
Kaj je magnetno polje
Magnetno polje je ena od dveh strani elektromagnetnega polja, ki ga povzročajo električni naboji na gibajočih se nabitih delcih in telesih ter sprememba električnega polja, ki deluje s silo na gibajoče se nabite delce in se kaže v delovanju sile, usmerjenem na splošno glede na smer gibanja teh delcev in sorazmerno z njihovo hitrostjo.
Kaj je električni tok
Električni tok je pojav gibanja nabitih delcev in pojav spreminjanja električnega polja skozi čas, ki ga spremlja magnetno polje.
Kakšna je energija električnega polja
Energija električnega polja — energija, povezana z električnim poljem in pretvorjena v druge oblike energije, ko se električno polje spremeni.
Kaj je energija magnetnega polja
Energija magnetnega polja — energija, povezana z magnetnim poljem in pretvorjena v druge oblike energije s tremi spremembami magnetnega polja.
Kaj je elektromagnetna energija (električna energija)
Električna energija — energija elektromagnetnega polja, ki je sestavljena iz energije električnega polja in energije magnetnega polja.
Poglej tudi:
Pogoji za obstoj električnega toka