Co je elektřina
V širokém smyslu je elektřina celý soubor elektromagnetických jevů, což jsou různé projevy elektromagnetického pole a jeho interakce s hmotou; v úzkém smyslu se používá ve výrazu „množství elektřiny“, který je synonymem pro „elektrický náboj“ při jeho kvantifikaci.
Co se vám vybaví, když slyšíte slovo „elektřina“ nebo „elektřina“? Někdo si představí elektrickou zásuvku, jiný - elektrické vedení, trafo nebo svářečku, rybáře napadne blesk, hospodyňku prstem nebo nabíječku na mobil, soustružníka napadne elektromotor, a někdo si to dokonce představí Nikola Teslasedí ve své laboratoři poblíž rezonující indukční cívky vybuchující blesk.
Tak či onak existuje mnoho projevů elektřiny v moderním světě. Dnešní civilizaci jako celek si bez elektřiny nelze představit. Ale co o něm víme? Pojďme si tyto informace upřesnit.
Od elektrárny po elektrospotřebič
Když doma zapojíme zásuvku, zapneme konvici nebo stiskneme vypínač, v podstatě chceme rozsvítit žárovku, tak v tu chvíli uzavřeme obvod mezi zdroj a přijímač elektřinyk zajištění cesty pro průchod elektrického náboje, například spirálou konvice.
Zdrojem elektřiny u nás doma je většinou zásuvka. Elektrický náboj pohybující se drátem (což je v našem příkladu nichromová cívka na konvici) je elektřina… Drát spojuje zásuvku s uživatelem dvěma dráty: po jednom drátu se náboj pohybuje od zásuvky k uživateli, po druhém drátu současně — od uživatele – do zásuvky. Pokud je proud střídavý, pak dráty mění svou roli 50krát za sekundu.
Zdrojem energie pro pohyb elektrických nábojů (nebo jednodušeji zdrojem elektřiny) v městské síti je především elektrárna. V elektrárně je elektřina vyráběna výkonným generátor, jehož rotor je poháněn do rotace jaderným zařízením nebo elektrárnou jiného typu (například vodní turbína).
Uvnitř generátoru magnetizovaný rotor kříží dráty statoru, což způsobuje elektromotorická síla (EMF)generující napětí mezi svorkami generátoru. A vždy je střídavým napětím o frekvenci 50 Hz, protože rotor generátoru má 2 magnetické póly a otáčí se frekvencí 3000 ot/min, nebo má 4 póly a rychlost 1500 ot/min.
Je to napětí v našem kontaktu, které používáme každý den bez přemýšlení. o dlouhé cestě elektrické energie z elektrárny do naší zásuvky rychlostí světla (299 792 458 metrů za sekundu — rychlost šíření elektrického pole podél drátů, které tlačí elektrony do nich a vytváří proud).
Střídavé napětí 220 voltů na výstupu
Generované napětí pro výstupy je proměnlivé, protože: za prvé se dá snadno transformovat (snížit nebo zvýšit) a za druhé se generuje snadněji a přenáší se s menšími ztrátami ve vodičích než konstantní napětí.
Napájením vodičů, ke kterým je připojen transformátor, střídavé napětí, získáme střídavý proud, který harmonicky mění svůj směr 50x za sekundu, je schopen generovat v magnetickém obvodu transformátoru střídavé magnetické pole, které je zase schopné vybudit elektrický proud ve vodičích sekundárních vinutí, které navíjejí magnetický obvod...
Pokud by bylo magnetické pole v prostoru pokrytém cívkou konstantní, proud v cívkách by jednoduše nebyl směrován (srov. zákon elektromagnetické indukce).
Pro získání proudu je nutné změnit magnetický tok v prostoru, po kterém skončí kolem elektrické pole, bude působit na elektrický náboj, který se například může nacházet uvnitř měděného drátu (volné elektrony) umístěného kolem tohoto prostoru s měnícím se magnetickým tokem.
Na tomto principu je založen provoz generátorů i transformátorů, jen s tím rozdílem, že v transformátoru nejsou žádné pohyblivé pracovní části: zdrojem střídavého magnetického toku v transformátoru je střídavý proud primárního vinutí a v generátoru je zde rotující rotor s permanentním magnetickým polem.
A tu a tam měnící se magnetické pole podle zákona elektromagnetické indukce generuje vířivé elektrické pole, které působí na volné elektrony uvnitř drátů a uvádí tyto elektrony do pohybu. Je-li obvod vůči spotřebiči uzavřen, proud bude protékat spotřebičem.
Akumulace elektřiny a stejnosměrný proud
Nejvýhodnější je akumulovat elektřinu v každodenním životě ve formě chemické energie, a to v bateriích… Chemická reakce s elektrodami je schopna vytvořit proud, když je vnější obvod pro uživatele uzavřen, a čím větší je plocha elektrod baterie, tím větší proud z ní lze získat a v závislosti na materiálu elektrod a počtu článků zapojených do série v baterii, napětí generované baterií může být různé.
Takže pro lithium-iontovou baterii je standardní napětí jednoho článku 3,7 voltu a může dosáhnout až 4,2 voltu. Při vybíjení se kladně nabité ionty lithia pohybují v elektrolytu z anody (-) na bázi mědi a grafitu ke katodě (+) na bázi hliníku a při nabíjení z katody na anodu, kde působením EMF nabíječe vzniká sloučenina grafitu a lithia, v důsledku čehož se energie akumuluje ve formě chemické sloučeniny.
Podobně fungují i elektrolytické kondenzátory, které se liší od baterií s nižší elektrickou kapacitou, ale velkým počtem cyklů nabíjení-vybíjení.
U lithium-iontové baterie je plná životnost omezena na maximálně 1000 cyklů nabití a vybití a měrný energetický obsah dosahuje 250 Wh/kg. U elektrolytických kondenzátorů se jejich korigovaná proudová životnost odhaduje na desítky tisíc hodin, ale spotřeba energie je obvykle menší než 0,25 Wh/kg.
Statická elektřina
Pokud na vlněnou přikrývku položíte hedvábné prostěradlo, dobře je přitisknete a pokusíte se je roztáhnout, pak elektrizace... Stane se tak proto, že za podmínek tření těles s různými dielektrickými konstantami dochází na jejich povrchu k oddělení nábojů: materiál s vyšší dielektrickou konstantou bude nabit kladně a materiál s nižší dielektrickou konstantou - záporně .
Čím větší je rozdíl v těchto parametrech, tím je elektrifikace silnější.Když si třete nohy vlněným kobercem, nabíjíte se negativně, koberec pozitivně. Potenciální úrovně zde mohou dosahovat desítek tisíc voltů a dotykem například vodovodního kohoutku připojeného k něčemu uzemněnému dostanete elektrický šok. Ale protože elektrická kapacita je vzácná, nebude tato nepříjemná událost představovat velkou hrozbu pro váš život.
Další věcí je elektroforetický stroj, ve kterém se v kondenzátoru hromadí statický náboj vznikající třením. Nálož nahromaděná v Leyden Bank je již životu nebezpečná.
Nejdůležitější pojmy a definice
Co je to elektromagnetické pole
Elektromagnetické pole je zvláštní druh hmoty, který se vyznačuje kontinuálním rozložením v prostoru (elektromagnetické vlny) a odhalující diskrétnost struktury (fotony), vyznačující se schopností šířit se ve vakuu (při absenci silných gravitačních polí), vyvíjející silový účinek na nabité částice v závislosti na jejich rychlosti.
Co je elektrický náboj
Elektrický náboj je vlastnost částic hmoty nebo těles, která charakterizuje jejich vztah s vlastním elektromagnetickým polem a jejich interakci s vnějším elektromagnetickým polem. Má dva typy známé jako kladný náboj (náboj protonu, pozitronu atd.) a záporný náboj (náboj elektronu atd.). Jako veličina je kvantifikována silnou interakcí jednoho nabitého tělesa s jiným nabitým tělesem.
Co je nabitá částice
Nabitá částice je částice hmoty, která má elektrický náboj.
Co je elektrické pole
Elektrické pole je jednou ze dvou stran elektromagnetického pole, způsobené elektrickými náboji a změnami v magnetickém poli, které působí silově na nabité částice a tělesa a které se projevuje silovým účinkem na stacionární nabitá tělesa a částice.
Co je magnetické pole
Magnetické pole je jednou ze dvou stran elektromagnetického pole, které je způsobeno elektrickými náboji na pohybujících se nabitých částicích a tělesech a změnou elektrického pole, která působí silou na pohybující se nabité částice a je odhalena obecně zaměřeným silovým působením. vzhledem ke směru pohybu těchto částic a úměrně jejich rychlosti.
Co je elektrický proud
Elektrický proud je jev pohybu nabitých částic a jev změn elektrického pole v čase, doprovázený magnetickým polem.
Jaká je energie elektrického pole
Energie elektrického pole – energie spojená s elektrickým polem a přeměněná na jiné formy energie, když se elektrické pole změní.
Co je to energie magnetického pole
Energie magnetického pole – Energie spojená s magnetickým polem a přeměněná na jiné formy energie třemi změnami v magnetickém poli.
Co je elektromagnetická energie (elektrická energie)
Elektrická energie — energie elektromagnetického pole, která se skládá z energie elektrického pole a energie magnetického pole.
Viz také:
Podmínky existence elektrického proudu