Hvad er elektricitet
I bred forstand er elektricitet hele sættet af elektromagnetiske fænomener, som er forskellige manifestationer af det elektromagnetiske felt og dets vekselvirkning med stof; i snæver betydning bruges det i udtrykket "elektricitetsmængde", som er synonymt med "elektrisk ladning" i kvantificeringen af sidstnævnte.
Hvad tænker du på, når du hører ordet "elektricitet" eller "el"? En person vil forestille sig en stikkontakt, en anden - en strømledning, en transformer eller en svejsemaskine, en fisker vil tænke på lyn, en husmor vil tænke på et batteri med sin finger eller en mobiltelefonoplader, en drejer vil tænke på en elektrisk motor, og nogen vil endda forestille sig Nikola Teslasidder i sit laboratorium i nærheden af en resonerende induktionsspole, der udbryder lyn.
På en eller anden måde er der mange manifestationer af elektricitet i den moderne verden. Dagens civilisation som helhed er umulig at forestille sig uden elektricitet. Men hvad ved vi om ham? Lad os præcisere disse oplysninger.
Fra kraftværk til elektrisk apparat
Når vi sætter stikket i stikkontakten derhjemme, tænder for kedlen eller trykker på kontakten, i bund og grund vil tænde pæren, så lukker vi i det øjeblik kredsløbet mellem kl. kilde og modtager af elektricitetat give den elektriske ladning en vej, for eksempel gennem spiralen af en kedel.
Kilden til elektricitet i vores hjem er normalt en stikkontakt. En elektrisk ladning, der bevæger sig gennem en ledning (som i vores eksempel er en nichrome spole på en kedel) er elektricitet… Ledningen forbinder stikkontakten med brugeren med to ledninger: langs den ene ledning bevæger ladningen sig fra stikkontakten til brugeren, langs den anden ledning på samme tid - fra brugeren - til stikkontakten. Hvis strømmen er vekslende, så skifter ledningerne deres roller 50 gange hvert sekund.
Energikilden til bevægelse af elektriske ladninger (eller, mere enkelt, kilden til elektricitet) i bynettet er primært et kraftværk. I et kraftværk genereres elektricitet af en kraftfuld generator, hvis rotor drives i rotation af en nuklear installation eller et kraftværk af en anden type (f.eks. en hydroturbine).
Inde i generatoren krydser den magnetiserede rotor statorledningerne, hvilket forårsager elektromotorisk kraft (EMF)generere spænding mellem terminalerne på generatoren. Og det er det altid vekselspænding med en frekvens på 50 Hz, fordi generatorens rotor har 2 magnetiske poler og roterer med en frekvens på 3000 rpm, eller har 4 poler og en hastighed på 1500 rpm.
Det er spændingen i vores kontakt, som vi bruger hver dag uden selv at tænke. om den lange vej elektricitet rejser fra kraftværket til vores stikkontakt med lysets hastighed (299.792.458 meter i sekundet - hastigheden for udbredelsen af et elektrisk felt langs ledningerne, som skubber elektronerne ind i dem og skaber en strøm).
AC spænding 220 volt ved udgangen
Den genererede spænding for udgangene er variabel, fordi: for det første kan den let transformeres (mindske eller øges), og for det andet genereres den lettere og transmitteres med mindre tab i ledningerne end en konstant spænding.
Ved at forsyne de ledninger, som den er tilsluttet transformer, vekselspænding, får vi vekselstrøm, som harmonisk ændrer retning 50 gange i sekundet, er i stand til at generere et vekslende magnetfelt i transformatorens magnetiske kredsløb, som igen er i stand til at excitere en elektrisk strøm i ledningerne i de sekundære viklinger, der vikler magnetisk kredsløb...
Hvis magnetfeltet var konstant i det rum, spolen dækker, ville strømmen i spolerne simpelthen ikke blive rettet (jf. lov om elektromagnetisk induktion).
For at få en strøm er det nødvendigt at ændre den magnetiske flux i rummet, hvorefter den vil ende rundt elektrisk felt, vil den virke på en elektrisk ladning, som for eksempel kan være placeret inde i en kobbertråd (frie elektroner) placeret rundt om dette rum med en skiftende magnetisk flux.
Driften af både generatorer og transformere er baseret på dette princip, med den eneste forskel, at der i en transformer ikke er nogen bevægelige arbejdsdele: Kilden til vekslende magnetisk flux i en transformer er vekselstrømmen i primærviklingen og i en generator der er en roterende rotor med permanent magnetfelt.
Og hist og her genererer det skiftende magnetfelt ifølge loven om elektromagnetisk induktion et elektrisk hvirvelfelt, som virker på de frie elektroner inde i ledningerne og sætter disse elektroner i bevægelse. Hvis kredsløbet er lukket for forbrugeren, vil strømmen løbe gennem forbrugeren.
Ellager og jævnstrøm
Det er mest bekvemt at akkumulere elektricitet i hverdagen i form af kemisk energi, nemlig i batterier… Den kemiske reaktion med elektroderne er i stand til at skabe en strøm, når det eksterne kredsløb er lukket for brugeren, og jo større areal batterielektroderne er, jo mere strøm kan der opnås fra det og afhængigt af materialet i elektroder og antallet af celler forbundet i serie i batteriet, kan den spænding, der genereres af batteriet, være forskellig.
Så for et lithium-ion-batteri er standardspændingen for en enkelt celle 3,7 volt og kan gå op til 4,2 volt. Under afladning bevæger positivt ladede lithiumioner sig i elektrolytten fra anoden (-) baseret på kobber og grafit til katoden (+) baseret på aluminium, og under opladning fra katoden til anoden, hvor under påvirkning af EMF'en af opladeren dannes en grafit-lithiumforbindelse, som følge af hvilken energi akkumuleres i form af en kemisk forbindelse.
Elektrolytiske kondensatorer fungerer på lignende måde, adskiller sig fra batterier med en lavere elektrisk kapacitet, men i et stort antal opladnings-afladningscyklusser.
For et lithium-ion batteri er den fulde levetid begrænset til maksimalt 1000 opladnings-afladningscyklusser, og det specifikke energiindhold når 250 Wh/kg. Hvad angår elektrolytiske kondensatorer, er deres korrigerede strømlevetid estimeret til titusindvis af timer, men energiforbruget er normalt mindre end 0,25 Wh / kg.
Statisk elektricitet
Hvis du lægger et silkelagen ovenpå et uldtæppe, presser dem godt sammen, og så forsøger at sprede dem fra hinanden, så kommer der elektrificering... Dette vil ske, fordi under betingelserne for friktion af legemer med forskellige dielektriske konstanter, sker der en adskillelse af ladninger på deres overflader: et materiale med en højere dielektrisk konstant vil være positivt ladet, og et materiale med en lavere dielektrisk konstant - negativt .
Jo større forskel der er på disse parametre, jo stærkere er elektrificeringen.Når du gnider dine fødder med et uldent tæppe, oplader du negativt, og tæppet positivt. Potentielle niveauer kan nå titusindvis af volt her, og berøring af for eksempel en vandhane forbundet til noget jordet vil give dig et elektrisk stød. Men da den elektriske kapacitet er knap, vil denne ubehagelige begivenhed ikke udgøre en stor trussel mod dit liv.
En anden ting er en elektroforetisk maskine, hvor en statisk ladning genereret af friktion akkumuleres i en kondensator. Sigtelsen akkumuleret i Leyden Bank er allerede livstruende.
Vigtigste termer og definitioner
Hvad er et elektromagnetisk felt
Det elektromagnetiske felt er en speciel type stof karakteriseret ved en kontinuerlig fordeling i rummet (elektromagnetiske bølger) og afslører strukturens diskrethed (fotoner), karakteriseret ved evnen til at sprede sig i et vakuum (i fravær af stærke gravitationsfelter), udøver en kraftpåvirkning på ladede partikler, afhængigt af deres hastighed.
Hvad er elektrisk ladning
Elektrisk ladning er en egenskab ved partikler af stof eller legemer, der karakteriserer deres forhold til deres eget elektromagnetiske felt og deres interaktion med et eksternt elektromagnetisk felt. Den har to typer kendt som positiv ladning (ladning af proton, positron osv.) og negativ ladning (elektronladning osv.). Som en mængde kvantificeres den ved den stærke interaktion mellem et ladet legeme og et andet ladet legeme.
Hvad er en ladet partikel
En ladet partikel er en partikel af stof, der har en elektrisk ladning.
Hvad er et elektrisk felt
Det elektriske felt er en af de to sider af det elektromagnetiske felt, forårsaget af elektriske ladninger og ændringer i magnetfeltet, der udøver en kraftpåvirkning på ladede partikler og legemer og afsløres af krafteffekten på stationære ladede legemer og partikler.
Hvad er et magnetfelt
Det magnetiske felt er en af de to sider af det elektromagnetiske felt forårsaget af de elektriske ladninger på bevægelige ladede partikler og legemer og af ændringen i det elektriske felt, der udøver en kraft på de bevægelige ladede partikler og afsløres af den kraftpåvirkning, der er rettet generelt i forhold til disse partiklers bevægelsesretning og proportional med deres hastighed.
Hvad er elektrisk strøm
Elektrisk strøm er et fænomen af bevægelse af ladede partikler og et fænomen med ændringer i det elektriske felt over tid, ledsaget af et magnetfelt.
Hvad er energien af et elektrisk felt
Elektrisk feltenergi — energi forbundet med et elektrisk felt og omdannet til andre former for energi, når det elektriske felt ændres.
Hvad er magnetisk feltenergi
Magnetisk feltenergi — Energi forbundet med et magnetfelt og omdannet til andre former for energi ved tre ændringer i magnetfeltet.
Hvad er elektromagnetisk energi (elektrisk energi)
Elektrisk energi — energien fra det elektromagnetiske felt, som består af energien fra det elektriske felt og energien fra det magnetiske felt.
Se også:
Betingelser for eksistensen af elektrisk strøm