Mi az elektromosság
Tág értelemben az elektromosság az elektromágneses jelenségek összessége, amelyek az elektromágneses mező és az anyaggal való kölcsönhatás különböző megnyilvánulásai; szűk értelemben az "elektromosság mennyisége" kifejezésben használatos, amely az "elektromos töltés" szinonimája az utóbbi mennyiségi meghatározásában.
Mi jut eszedbe, ha meghallod azt a szót, hogy „villamosság” vagy „villamosság”? Az egyik ember konnektort képzel el, a másik egy elektromos vezetéket, egy transzformátort vagy egy hegesztőgépet, a halász a villámra, a háziasszony az ujjával ellátott akkumulátorra vagy a mobiltelefon-töltőre, az esztergályos egy villanymotor, és valaki el is képzeli Nikola Teslaül a laboratóriumában, egy rezonáló indukciós tekercs közelében, amely villámokat kitör.
Így vagy úgy, a modern világban az elektromosságnak számos megnyilvánulása van. A mai civilizáció egésze elképzelhetetlen elektromosság nélkül. De mit tudunk róla? Tisztázzuk ezt az információt.
Erőműtől az elektromos készülékig
Amikor otthon bedugjuk a konnektorba, bekapcsoljuk a vízforralót vagy megnyomjuk a kapcsolót, alapvetően az izzót akarva felgyújtani, akkor abban a pillanatban lezárjuk az áramkört forrás és villamos energia vevőhogy utat biztosítson az elektromos töltésnek, például egy vízforraló spirálján keresztül.
Otthonunkban az áramforrás általában egy konnektor. A vezetéken áthaladó elektromos töltés (amely példánkban egy nikróm tekercs egy vízforralón) az elektromosság… A vezeték két vezetékkel köti össze az aljzatot a felhasználóval: az egyik vezeték mentén a töltés az aljzattól a felhasználóhoz, a második vezetéken egyidejűleg – a felhasználótól – a konnektorhoz kerül. Ha az áram váltakozó, akkor a vezetékek másodpercenként 50-szer változtatják a szerepüket.
A városi hálózatban az elektromos töltések mozgásának (vagy egyszerűbben az elektromos áram forrásának) energiaforrása elsősorban egy erőmű. Egy erőműben az áramot egy erős generátor, amelynek forgórészét nukleáris létesítmény vagy más típusú erőmű (például hidroturbina) hajtja forgásba.
A generátor belsejében a mágnesezett forgórész keresztezi az állórész vezetékeit, ami elektromotoros erő (EMF)feszültséget generál a generátor kapcsai között. És mindig az 50 Hz frekvenciájú váltakozó feszültség, mert a generátor forgórésze 2 mágneses pólusú és 3000 rpm frekvencián forog, vagy 4 pólusú és 1500 ford./perc fordulatszámú.
Ez az a feszültség a kapcsolatunkban, amelyet minden nap gondolkodás nélkül használunk. az elektromosság hosszú útjáról az erőműtől a kimenetünkig fénysebességgel (299 792 458 méter másodpercenként - az elektromos mező terjedési sebessége a vezetékek mentén, ami a bennük lévő elektronokat megnyomja, áramot hozva létre).
AC feszültség 220 volt a kimeneten
A kimenetek generált feszültsége változó, mert: egyrészt könnyen átalakítható (csökkenthető vagy növelhető), másrészt könnyebben előállítható és kisebb veszteséggel továbbítható a vezetékekben, mint egy állandó feszültség.
Azon vezetékek táplálásával, amelyekhez csatlakoztatva van transzformátor, váltakozó feszültséget kapunk váltakozó áram, amely másodpercenként 50-szer harmonikusan változtatja az irányát, képes váltakozó mágneses teret generálni a transzformátor mágneses áramkörében, amely viszont ismét képes elektromos áramot gerjeszteni a szekunder tekercsek vezetékeiben, amelyek feltekerik a transzformátort. mágneses áramkör...
Ha a mágneses tér állandó lenne a tekercs által lefedett térben, akkor a tekercsekben lévő áram egyszerűen nem irányulna (vö. elektromágneses indukció törvénye).
Ahhoz, hogy áramot kapjunk, meg kell változtatni a mágneses fluxust a térben, ami után az kb elektromos mező, elektromos töltésre fog hatni, amely például egy rézdróton belül helyezkedhet el (szabad elektronok), amely változó mágneses fluxussal e tér körül helyezkedik el.
Mind a generátorok, mind a transzformátorok működése ezen az elven alapul, azzal a különbséggel, hogy a transzformátorban nincsenek mozgó munkadarabok: a transzformátorban a váltakozó mágneses fluxus forrása a primer tekercs váltakozó árama, a generátorban pedig van egy forgó rotor állandó mágneses térrel.
És itt-ott a változó mágneses tér az elektromágneses indukció törvénye szerint örvényes elektromos teret hoz létre, amely a vezetékek belsejében lévő szabad elektronokra hat, mozgásba hozza ezeket az elektronokat. Ha az áramkör zárva van a fogyasztó előtt, az áram a fogyasztón keresztül folyik.
Áramtárolás és egyenáram
A legkényelmesebb az elektromosságot a mindennapi életben kémiai energia formájában felhalmozni, nevezetesen akkumulátorokban… Az elektródákkal való kémiai reakció képes áramot létrehozni, amikor a külső áramkör zárva van a felhasználó előtt, és minél nagyobb az akkumulátor elektródák területe, annál több áram nyerhető belőle, és az akku anyagától függően. elektródák és az akkumulátorban sorba kapcsolt cellák száma, az akkumulátor által generált feszültség eltérő lehet.
Tehát egy lítium-ion akkumulátor esetében egyetlen cella szabványos feszültsége 3,7 volt, és akár 4,2 volt is lehet. A kisülés során a pozitív töltésű lítium ionok az elektrolitban a réz és grafit alapú anódról (-) az alumínium alapú katódra (+), a töltés során pedig a katódról az anódra mozognak, ahol az EMF hatására a töltőben grafit-lítium vegyület keletkezik, melynek eredményeként energia halmozódik fel kémiai vegyület formájában.
Az elektrolit kondenzátorok hasonló módon működnek, eltérnek a kisebb elektromos kapacitású akkumulátoroktól, de nagyszámú töltési-kisütési ciklusban.
A lítium-ion akkumulátor teljes élettartama legfeljebb 1000 töltési-kisütési ciklusra korlátozódik, a fajlagos energiatartalom pedig eléri a 250 Wh/kg-ot. Ami az elektrolitkondenzátorokat illeti, korrigált áramélettartamukat több tízezer órára becsülik, de az energiafogyasztás általában kevesebb, mint 0,25 Wh/kg.
Statikus elektromosság
Ha egy gyapjútakaróra teszel egy selyemlepedőt, jól összenyomod, majd megpróbálod szétteríteni, akkor villamosítás... Ez azért fog megtörténni, mert a különböző dielektromos állandójú testek súrlódási körülményei között töltések szétválása megy végbe a felületükön: egy nagyobb dielektromos állandójú anyag pozitív töltésű, egy alacsonyabb dielektromos állandójú anyag pedig negatívan. .
Minél nagyobb a különbség ezekben a paraméterekben, annál erősebb az elektromosság Ha gyapjúszőnyeggel dörzsöli a lábát, akkor negatívan tölti fel, a szőnyeget pedig pozitívan. A potenciálszintek itt elérhetik a több tízezer voltot, és például egy földelt valamihez csatlakoztatott vízcsap érintése áramütést kaphat. De mivel az elektromos kapacitás szűkös, ez a kellemetlen esemény nem jelent nagy veszélyt az életére.
Egy másik dolog egy elektroforetikus gép, amelyben a súrlódás által generált statikus töltés felhalmozódik egy kondenzátorban. A Leyden Bankban felhalmozott vád már életveszélyes.
A legfontosabb kifejezések és meghatározások
Mi az elektromágneses mező
Az elektromágneses tér egy speciális anyagtípus, amelyet a térben folyamatos eloszlás (elektromágneses hullámok) jellemez, és feltárja a szerkezet diszkrétségét (fotonok), amelyet vákuumban (erős gravitációs mező hiányában) képes terjedni. erőhatást fejt ki a töltött részecskékre, sebességük függvényében.
Mi az elektromos töltés
Az elektromos töltés az anyagrészecskék vagy testek olyan tulajdonsága, amely jellemzi kapcsolatukat saját elektromágneses terükkel és kölcsönhatásukat egy külső elektromágneses térrel. Két típusa van: pozitív töltés (proton, pozitron töltése stb.) és negatív töltés (elektron töltése stb.). Mennyiségként az egyik töltött test és a másik töltött test erős kölcsönhatása számszerűsíti.
Mi a töltött részecske
A töltött részecske az anyag olyan részecskéje, amely elektromos töltéssel rendelkezik.
Mi az elektromos mező
Az elektromos tér az elektromágneses tér két oldalának egyike, amelyet az elektromos töltések és a mágneses tér változásai okoznak, és erőhatást fejt ki a töltött részecskékre és testekre, és az álló töltésű testekre és részecskékre gyakorolt erőhatásból derül ki.
Mi az a mágneses tér
A mágneses tér az elektromágneses tér egyik két oldala, amelyet a mozgó töltött részecskék és testek elektromos töltései, valamint az elektromos tér változása okoz, amely erőt fejt ki a mozgó töltött részecskékre, és az általánosan irányított erőhatásból kiderül. e részecskék mozgási irányához képest és arányos sebességükkel.
Mi az elektromos áram
Az elektromos áram a töltött részecskék mozgásának jelensége és az elektromos tér időbeli változásának jelensége, amelyet mágneses tér kísér.
Mekkora az elektromos tér energiája
Elektromos mező energiája – az elektromos mezőhöz kapcsolódó energia, amely az elektromos tér megváltozásakor más energiaformává alakul át.
Mi a mágneses mező energiája
Mágneses mező energiája – A mágneses mezőhöz kapcsolódó energia, amelyet a mágneses tér három változásával más energiaformákká alakítanak át.
Mi az elektromágneses energia (elektromos energia)
Elektromos energia - az elektromágneses mező energiája, amely az elektromos tér energiájából és a mágneses mező energiájából áll.
Lásd még:
Az elektromos áram létezésének feltételei