Що таке електрика

Електрика настільки міцно увійшло в життя людини, що давно сприймається як само собою зрозуміле благо цивілізації. Люди згадують про те, наскільки воно важливе і значуще, при аваріях та планових роботах, коли виявляється, що без електричного струму практично нічого не працює. У цій статті ми розповімо, що така електрика з погляду фізики, які вчені причетні до її відкриття та яку функцію вона виконує у сучасному світі.

Що таке електрика

Термін «електрика» був введений у наукову спільноту в 1600 році англійським ученим Вільямом Гільбертом у творі «Про магніт, магнітні тіла і про великий магніт — Землю». У науковій праці він пояснив, як працює магнітний компас та описав досліди з наелектризованими об'єктами.

Електрикою називають явища, які відбуваються за рахунок існування, взаємодії та руху електричних зарядів.

Походження терміна

У VII столітті до зв. е. грецький філософ Фалес Мілетський виявив, що бурштин (давньогрецьке «електрон»), потертий вовну, притягує легкі предмети. Вільям Гілберт у XVII столітті назвав це явище електрикою, або «бурштином».

Історія

Над вивченням електрики працювали з віку у вік безліч учених. Деякі з них зробили свій внесок у відкриття:

1. У 1663 році німець Отто фон Геріке створив першу електростатичну машину, яка наочно показала ефект притягування та ефект відштовхування, що виникають від статичної електрики.
2. У 1729 році англійський вчений Стівен Грей експериментував з передачею електрики на відстань і виявив, що всі матеріали мають різну здатність передавати електрику.
3. 1745 року голландський вчений Пітер ван Мушенбрук створив перший у світі електричний конденсатор, відомий як «Лейденська банка».
4. Американець Бенджамін Франклін написав першу теорію електрики, ввів поняття позитивного та негативного зарядів, винайшов блискавковідведення та довів електричну природу блискавок.
5. 1785 року з відкриттям закону Кулона вивчення електрики офіційно визнається вченими точною наукою.
6. У 1800 році італійський фізик Алессандро Вольта винайшов перше джерело постійного струму. Ним став гальванічний елемент, який являв собою стовп із цинкових та срібних кружечків зі змоченим у підсоленій воді папером між ними.
7. У 1802 році російський вчений Василь Петров виявив існування вольтової дуги.
8. У 1821 році француз Ампер довів, що зв'язок між явищами електрики та магнетизму існує, тільки4 якщо подається електричний струм.
9. Роботи відомих вчених Джоуля, Ленца, Ома допомогли у відкритті фундаментальних законів електрики.
10. 1830 року німець Карл Гаусс сформулював основну теорему теорії електростатичного поля.
11. 1831 року англієць Майкл Фарадей відкрив електромагнітну індукцію і створив перший у світі генератор електричної енергії. У 1834 році він обґрунтував закони електролізу, ввів поняття магнітного та електричного полів. Вченому належить створення першого у світі електродвигуна.
12. У 1873 році шотландський фізик Джеймс Максвелл розробив теорію електромагнітних явищ, зв'язавши електрику та магнетизм.
13. 1873 року Олександр Лодигін продемонстрував Академії наук лампу розжарювання, створену ним за своєю системою, за що отримав Ломоносівську премію.
14. У 1876 році інший російський учений Павло Яблочков отримав патент за лампочку своєї системи, яку назвали «свічка Яблочкова».
15. У 1888 році німецький фізик Генріх Герц досвідченим шляхом довів існування електромагнітних хвиль.
16. 1897 року англієць Джозеф Томсон відкрив матеріальний носій електрики — електрон.
17. Упродовж XX століття формувалася теорія квантової електродинаміки.

Теорія електрики

В основі теорії електрики лежать фундаментальні закони:

1. Закон збереження енергії, якому підпорядковуються електричні явища.
2. Закон Ома, який є основним законом електричного струму.
3. Закон електромагнітної індукції - про взаємодію електромагнітного та магнітного полів.
4. Закон Ампера, який постулює правила взаємодії двох провідників із струмами.
5. Закон Джоуля-Ленца, який відкрив тепловий ефект електрики.
6. Закон Кулона - про електростатичну електрику.
7. Правила правої та лівої руки, які допомагають визначити напрямки як силових ліній магнітного поля, так і сили Ампера, що діє на провідник у магнітному полі.
8. Правило Ленца, що дозволяє визначити напрямок індукційного струму.
9. Закони Фарадея - про електроліз.

Електричні заряди

Суть явища електрики пояснюється тим, що до складу атомів та молекул усіх речовин входять елементарні частинки: електрони та протони.

Протони мають позитивний заряд і діють на заряд іншої частинки або відштовхуючи, або притягаючи її. Нейтрони нейтральні. Електрони обертаються на великій швидкості навколо ядра атома і мають негативний заряд. Кількість всіх елементарних частинок атома (протонів, нейтронів, електронів) залежить від речовини.

Заряди елементарних частинок, що впливають одна на одну, є суттю явища електрики.

Варто зазначити, що різні речовини по-різному розподіляють електричні заряди. Одні речовини настільки сильно притягують електрони до ядра, що вони не в змозі подолати свою орбіту обертання. Їх називають діелектриками. Вони характеризуються тим, що не здатні проводити електричний струм. Інші речовини дозволяють своїм електронам легко відриватися від атомів і блукати сусідніми. Ці речовини є провідниками електрики. Переміщення електронів від одного атома до іншого призводить до утворення енергії, яку називають електрикою.

Принцип роботи електроенергії

Роботу електрики характеризує електричний струм.

Електричний струм — це впорядкований рух частинок електричного заряду в провіднику під впливом електричного поля.

Для існування електричного струму потрібні 2 умови:

1. Наявність вільних електричних зарядів у провіднику.
2. Наявність зовнішнього електричного поля для провідника.

Заряджені частинки різняться залежно від середовища речовини:

• у металах - це електрони;
• в електролітах - іони;
• у газах - вільні електрони та іони обох полюсів;
• у напівпровідниках - електрони.

Звідки з'являється електрика

Електрика, яка надходить до будинків і квартир, виробляє електричний генератор на станціях, з'єднаний з турбіною, що постійно обертається.

У генераторі передбачена котушка, що знаходиться між полюсами магніту. Коли турбіна, що крутиться, приводить в дію котушку, в магнітному полі за законами фізики з'являється електрострум. Тобто.генератор перетворює кінетичну енергію турбіни, що обертається, в електричну.

Для обертання турбіни використовують різні джерела енергії:

1. Відновлювані, які виходять із невичерпних ресурсів (вода, сонячне світло, вітер, термальні джерела).
2. Невідновні, вичерпні корисні копалини (вугілля, торф, нафту, газу).
3. Ядерні, одержувані під час ядерного поділу атомів.

У всьому світі електроенергія виникає завдяки роботі станцій:

1. Гідроелектростанції (ГЕС) знаходяться на берегах великих річок та використовують силу води для створення електрики.
2. Теплові електростанції (ТЕС) працюють на тепловій енергії, що виникає від спалювання палива.
3. Атомні електростанції (АЕС) працюють на тепловій енергії, яка виходить у процесі ядерної реакції.

Перетворена енергія надходить по проводах спочатку в трансформаторні підстанції та розподільні пристрої, а потім потім досягає наших будинків та квартир.

В даний час ведеться активний розвиток альтернативних видів отримання енергії (вітрогенератори, сонячні батареї тощо), можливості яких поки що поступаються традиційним джерелам.

Електрика у природі

Прикладами природної електрики є:

1. Блискавки. Елементарні частинки води в хмарах стикаються один з одним і набувають позитивного або негативного заряду. Позитивно заряджені частинки за рахунок легшої ваги виявляються вгорі хмари, а негативні, важчі, переміщаються вниз. Коли дві такі хмари знаходяться на близькій відстані та на різній висоті, позитивні заряди одного з них починають взаємно притягуватися негативними частинками іншого. У такий момент виникає явище блискавки.Те саме відбувається між хмарами і поверхнею землі.
2. Електричні імпульси у нервовій системі живих організмів, за допомогою яких передається інформація від одних клітин до інших. Ця здатність дозволяє живим істотам реагувати на зовнішні подразники, керувати рухами та мислити.
3. Специфічні органи у риб, скатів і вугрів, з допомогою яких створюють електричні заряди, полюючи на видобуток і обороняючись від хижаків. Деякі види риб можуть створювати навколо себе електричне поле, яке допомагає шукати їжу та орієнтуватися у воді.

Електрика як ресурс

Електрична енергія має значення як у побутовому житті людей, і у промисловості.

У побуті

У звичайному житті електрику зазвичай використовують:

• для освітлення вулиць та будинків;
• передачі інформації (телебачення, радіо, телефон, інтернет);
• для руху транспорту за допомогою електродвигуна (метро, ​​електричка, тролейбус, трамвай);
• у побутовій техніці (пральна машина, праска, пилосос тощо).

У виробництві

Основним споживачем електроенергії виступає промисловість: фабрики, шахти, заводи та хімічні комбінати.

на промислових підприємствах і заводах електричну енергію використовують для роботи електромоторів, які рухають машини і верстати.

У машиновиробництві завдяки електрифікації стало можливим створення масового випуску продукції.

на видобувних підприємствах використовуються машини, які рухаються за рахунок електроенергії. Це верстати, насоси, конвеєри тощо.

на хімічних заводах за допомогою електрики стало можливим масове виготовлення хімічних речовин та добрив.

Неоціненна роль електроенергії в будівельної сфери. Без електричних підйомних кранів та інших механізмів будівництво не могло зростати такими темпами, як зараз.

Завдяки електриці стало можливим впровадження автоматики в харчову і легку промисловість. Хлібозаводи, м'ясокомбінати, консервні та макаронні фабрики скоротили штат людей за рахунок автоматичної чи напівавтоматичної техніки.

Електрика — це найцінніший ресурс, який відіграє у житті кожної людини. А для учнів та студентів не менш важливим ресурсом є освітній сервіс Фенікс.Хелп, який допомагає з вирішенням навчальних робіт.