Või elektri-šokk nimetatakse suunatult liikuvaks laetud osakeste, näiteks elektronide vooluks. Elektriks nimetatakse ka laetud osakeste sellise liikumise tulemusena saadavat energiat ja selle energia baasil saadavat valgustust. Mõiste "elekter" võttis inglise teadlane William Gilbert kasutusele 1600. aastal oma essees Magnetist, Magnetic Bodies and the Great Magnet, the Earth.
Gilbert tegi katseid merevaiguga, mis riide vastu hõõrdumise tulemusena suutis ligi tõmmata teisi valguskehi ehk omandas teatud laengu. Ja kuna merevaiku on kreeka keelest tõlgitud elektronina, nimetati teadlase täheldatud nähtust "elektriks".
Elekter
Väike teooria elektri kohta
Elekter on võimeline tekitama elektrivälja elektrivoolujuhtide või laetud kehade ümber. Elektrivälja abil on võimalik mõjutada teisi elektrilaenguga kehasid.fv
Elektrilaengud, nagu kõik teavad, jagunevad positiivseteks ja negatiivseteks. See valik on aga tingimuslik, kuna see on ammu ajalooliselt tehtud, ainult sel põhjusel omistatakse igale laengule teatud märk.
Kehad, mis on laetud sama tüüpi märgiga, tõrjuvad üksteist ja need, millel on erinevad laengud, vastupidi, tõmbavad.
Laetud osakeste liikumisel ehk elektri olemasolul tekib lisaks elektriväljale ka magnetväli. See võimaldab teil määrata elektri ja magnetismi vaheline seos.
Huvitav on see, et leidub kehasid, mis juhivad elektrivoolu või väga suure takistusega kehasid.Selle avastas inglise teadlane Stephen Gray 1729. aastal.
Elektriuuringud on kõige põhjalikumalt ja põhimõtteliselt seotud sellise teadusega nagu termodünaamika. Elektromagnetväljade ja laetud osakeste kvantomadusi uurib aga hoopis teine teadus - kvanttermodünaamika, osa kvantnähtusi saab siiski üsna lihtsalt seletada tavaliste kvantteooriatega.
Elektri põhitõed
Elektri avastamise ajalugu
Alustuseks tuleb öelda, et pole sellist teadlast, keda võiks pidada elektri avastajaks, kuna iidsetest aegadest tänapäevani uurivad paljud teadlased selle omadusi ja õpivad elektri kohta midagi uut.
- Esimene, kes hakkas elektri vastu huvi tundma, oli Vana-Kreeka filosoof Thales. Ta avastas, et merevaik, mida hõõrutakse vastu villa, omandab omaduse tõmmata ligi teisi valguskehi.
- Siis uuris teine Vana-Kreeka teadlane Aristoteles mõningaid angerjaid, mis tabasid vaenlasi, nagu me praegu teame, elektrilahendusega.
- Aastal 70 pKr uuris Rooma kirjanik Plinius vaigu elektrilisi omadusi.
- Siis aga ei saadud pikka aega elektrist teadmisi.
- Ja alles 16. sajandil hakkas Inglise kuninganna Elizabeth 1 õukonnaarst William Gilbert uurima elektrilisi omadusi ja tegi mitmeid huvitavaid avastusi. Pärast seda algas sõna otseses mõttes "elektrihullus".
- Alles 1600. aastal ilmus termin "elekter", mille võttis kasutusele inglise teadlane William Gilbert.
- 1650. aastal sai tänu Magdeburgi linnapeale Otto von Guerickele, kes leiutas elektrostaatilise masina, võimalikuks jälgida kehade tõrjumise mõju elektri mõjul.
- 1729. aastal avastas inglise teadlane Stephen Gray elektrivoolu kauguse ülekandmise katseid tehes kogemata, et kõigil materjalidel ei ole võimet elektrit ühtemoodi edastada.
- 1733. aastal avastas prantsuse teadlane Charles Dufay kahte tüüpi elektri olemasolu, mida ta nimetas klaasiks ja vaiguks. Need nimed said nad tänu sellele, et need tuvastati siidile klaasi ja villale vaigu hõõrudes.
- Esimese kondensaatori, see tähendab elektri salvestamise, leiutas hollandlane Pieter van Muschenbroek 1745. aastal. Seda kondensaatorit kutsuti Leydeni purgiks.
- 1747. aastal lõi ameeriklane B. Franklin maailma esimese elektriteooria. Franklini järgi on elekter immateriaalne vedelik või vedelik. Teine Franklini teene teadusele on see, et ta leiutas piksevarda ja tõestas sellega, et välgul on elektriline päritolu. Ta tutvustas ka selliseid mõisteid nagu positiivsed ja negatiivsed laengud, kuid ei avastanud laenguid. Selle avastuse tegi teadlane Simmer, kes tõestas laengupooluste olemasolu: positiivsed ja negatiivsed.
- Elektri omaduste uurimine läks täppisteaduste kätte pärast seda, kui Coulomb avastas 1785. aastal punktelektrilaengute vahel esineva vastasmõju jõu seaduse, mida nimetati Coulombi seaduseks.
- Seejärel, 1791. aastal, avaldas Itaalia teadlane Galvani traktaadi selle kohta, et loomade lihastes tekib nende liikumisel elektrivool.
- Aku leiutamine teise Itaalia teadlase Volti poolt 1800. aastal viis elektriteaduse kiire arenguni ja sellele järgnenud oluliste avastusteni selles valdkonnas.
- Sellele järgnesid Faraday, Maxwelli ja Ampère’i avastused, mis leidsid aset vaid 20 aasta pärast.
- 1874. aastal sai vene insener A. N. Lodygin patendi 1872. aastal leiutatud süsinikvardaga hõõglambile. Siis kasutati lambis volframvarda. Ja 1906. aastal müüs ta oma patendi Thomas Edisoni ettevõttele.
- 1888. aastal registreerib Hertz elektromagnetlaineid.
- 1879. aastal avastab Joseph Thomson elektroni, mis on elektri materiaalne kandja.
- 1911. aastal leiutas prantslane Georges Claude maailma esimese neoonlambi.
- 20. sajand andis maailmale kvantelektrodünaamika teooria.
- 1967. aastal astuti veel üks samm elektri omaduste uurimise suunas. Sel aastal loodi elektronõrga interaktsiooni teooria.
Need on aga vaid peamised teadlaste tehtud avastused, mis aitasid kaasa elektri kasutamisele. Kuid uuringud jätkuvad ka praegu ja igal aastal tehakse avastusi elektrivaldkonnas.
Kõik on kindlad, et suurim ja võimsaim elektriga seotud avastuste osas oli Nikola Tesla. Ta ise on sündinud Austria impeeriumis, nüüd on see Horvaatia territoorium. Tema leiutiste ja teadustööde pagasis: vahelduvvool, väljateooria, eeter, raadio, resonants ja palju muud. Mõned tunnistavad võimalust, et Tunguska meteoriidi fenomen pole midagi muud kui Nikola Tesla enda kätetöö, nimelt tohutu jõu plahvatus Siberis.
Maailma isand – Nikola Tesla
Mõnda aega usuti, et looduses elektrit ei eksisteeri. Kuid pärast seda, kui B. Franklin tuvastas, et välgul on elektriline päritolu, lakkas see arvamus olemast.
Elektri tähtsus looduses ja ka inimese elus on üsna tohutu. Lõppude lõpuks oli välk see, mis viis aminohapete sünteesini ja sellest tulenevalt elu tekkimiseni maa peal..
Inimeste ja loomade närvisüsteemis toimuvad protsessid, nagu liikumine ja hingamine, toimuvad närviimpulsi tõttu, mis tekib elusolendite kudedes eksisteeriva elektri tõttu.
Teatud tüüpi kalad kasutavad vaenlaste eest kaitsmiseks elektrit või õigemini elektrilahendust, otsivad vee alt toitu ja hankivad seda. Need kalad on: angerjad, silmud, elektriraid ja isegi mõned haid. Kõigil neil kaladel on spetsiaalne elektriorgan, mis töötab kondensaatori põhimõttel ehk kogub piisavalt suure elektrilaengu ning seejärel tühjendab selle sellist kala puudutanud ohvrile. Samuti töötab selline orel mitmesaja hertsi sagedusel ja selle pinge on mitu volti. Kalade elektriorgani voolutugevus muutub vanusega: mida vanemaks kala saab, seda suurem on voolutugevus. Samuti liiguvad tänu elektrivoolule vees kalad, kes elavad suurel sügavusel. Elektrivälja moonutab vees olevate esemete toime. Ja need moonutused aitavad kaladel navigeerida.
Surmavad kogemused. Elekter
Elektri hankimine
Elektrijaamad loodi spetsiaalselt elektri tootmiseks. Elektrijaamad kasutavad generaatoreid elektri tootmiseks, mis seejärel elektriliinide kaudu tarbimiskohtadesse kantakse. Elektrivool tekib mehaanilise või sisemise energia üleminekul elektrienergiaks. Elektrijaamad jagunevad: hüdroelektrijaamadeks ehk hüdroelektrijaamadeks, soojus-, tuule-, loodete-, päikese- ja muudeks elektrijaamadeks.
Hüdroelektrijaamades toodavad veevoolu mõjul liikuvad generaatori turbiinid elektrit. Soojuselektrijaamades ehk teisisõnu koostootmisjaamades tekib ka elektrivool, kuid vee asemel kasutatakse veeauru, mis tekib vee soojendamise protsessis kütuse, näiteks kivisöe põlemisel.
Väga sarnast tööpõhimõtet kasutatakse tuumajaamas või tuumajaamas. Vaid tuumaelektrijaamades kasutatakse teist tüüpi kütust – radioaktiivseid materjale, nagu uraan või plutoonium. Toimub nende tuumade lõhustumine, mille tõttu eraldub väga suur hulk soojust, mida kasutatakse vee soojendamiseks ja selle muutmiseks veeauruks, mis seejärel siseneb elektrit tootvasse turbiini. Nende jaamade tööks kulub väga vähe kütust. Seega toodab kümme grammi uraani sama palju elektrit kui kivisöeauto.
Elektri kasutamine
Tänapäeval muutub elu ilma elektrita võimatuks. See on üsna tihedalt sisestatud kahekümne esimese sajandi inimeste ellu. Sageli kasutatakse elektrit valgustamiseks, kasutades näiteks elektri- või neoonlampi, ning kõikvõimaliku teabe edastamiseks telefoni, televisiooni ja raadio ning vanasti telegraafi abil. Kahekümnendal sajandil tekkis ka elektrienergia uus kasutusvaldkond: trammide, metroorongide, trollibusside ja elektrirongide elektrimootorite jõuallikas. Elekter on vajalik erinevate kodumasinate tööks, mis parandavad oluliselt eluiga. kaasaegne inimene.
Tänapäeval kasutatakse elektrit ka kvaliteetsete materjalide tootmiseks ja töötlemiseks. Elektrikitarrite abil saate luua muusikat. Samuti kasutatakse surmanuhtlust lubavates riikides jätkuvalt elektrit humaanse viisina kurjategijate tapmiseks (elektritool).
Arvestades ka seda, et tänapäeva inimese elu muutub peaaegu võimatuks ilma arvutite ja mobiiltelefonideta, mille tööks on vaja elektrit, on elektri tähtsust raske üle hinnata.
Elekter mütoloogias ja kunstis
Peaaegu kõigi rahvaste mütoloogias on jumalaid, kes suudavad välku visata, st kes oskavad elektrit kasutada. Näiteks kreeklaste seas oli selline jumal Zeus, hindude seas Agni, kes teadis, kuidas välguks muutuda, slaavlaste seas oli see perun ja skandinaavia rahvaste seas Thor.
Multikates on ka elekter. Nii et Disney multikas Black Cape on antikangelane Megavolt, kes on võimeline juhtima elektrit. Jaapani animatsioonis on Pokemon Pikachul elekter.
Järeldus
Elektri omaduste uurimine sai alguse iidsetest aegadest ja jätkub tänapäevani. Olles õppinud elektri põhiomadusi ja õppinud neid õigesti kasutama, on inimesed oma elu oluliselt hõlbustanud. Elektrit kasutatakse ka tehastes, tehastes jne ehk sellega saab saada muid hüvesid. Elektri tähtsus nii looduses kui ka tänapäeva inimese elus on tohutu. Ilma sellise elektrinähtuseta nagu välk poleks maa peal elu tekkinud ning ilma närviimpulssideta, mis tekivad samuti elektri tõttu, ei oleks võimalik tagada koordineeritud tööd kõigi organismiosade vahel.
Inimesed on alati olnud elektrile tänulikud, isegi kui nad selle olemasolust ei teadnud. Nad andsid oma peamistele jumalatele võime välku visata.
Kaasaegne inimene ei unusta ka elektrit, kuid kas seda on võimalik unustada? Ta annab multika- ja filmitegelastele elektrilised võimed, ehitab elektrijaamu elektri tootmiseks ja palju muud.
Seega on elekter suurim kingitus, mille loodus ise meile on andnud ja mida oleme õnneks õppinud kasutama.
Vähesed inimesed mõtlevad sellele, millal elekter ilmus. Ja selle ajalugu on üsna huvitav. Elekter teeb elu mugavamaks. Tänu temale sai kättesaadavaks televisioon, Internet ja palju muud. Ja tänapäeva elu ilma elektrita on juba võimatu ette kujutada. See kiirendas oluliselt inimkonna arengut.
Elektri ajalugu
Kui hakkate mõistma, millal elekter ilmus, peate meeles pidama kreeka filosoofi Thalest. Just tema juhtis esmakordselt sellele nähtusele tähelepanu aastal 700 eKr. e. Falles avastas, et kui merevaiku hõõruda vastu villa, hakkab kivi kergeid esemeid enda poole tõmbama.
Mis aastal elekter kasutusele võeti? Pärast kreeka filosoofi ei uurinud keegi seda nähtust pikka aega. Ja teadmised selles valdkonnas suurenesid alles 1600. aastal. Sel aastal võttis William Gilbert kasutusele termini "elekter", uurides magneteid ja nende omadusi. Sellest ajast peale hakkasid teadlased seda nähtust intensiivselt uurima.
Esimesed avastused
Millal tekkis elekter, mida kasutati tehnilistes lahendustes? 1663. aastal loodi esimene elektrimasin, mis võimaldas jälgida tõrjumise ja külgetõmbe mõju. 1729. aastal tegi inglise teadlane Stephen Gray esimese katse, kus elektrit edastati kaugelt. Neli aastat hiljem avastas prantsuse teadlane C. Dufay, et elektril on kahte tüüpi laenguid: vaik ja klaas. 1745. aastal ilmus esimene elektrikondensaator - Leideni pank.
1747. aastal lõi Benjamin Franklin esimese teooria selle nähtuse selgitamiseks. Elekter ilmus 1785. aastal ja seda uurisid pikka aega Galvani ja Volt. Selle nähtuse toimest lihaste liikumise ajal kirjutati traktaat ja leiutati galvaaniline objekt. Ja avastajaks sai vene teadlane V. Petrov
Valgustus
Millal tekkis elekter majadesse ja korteritesse? Paljude jaoks seostub see nähtus eelkõige valgustusega. Seetõttu tuleks sellele mõelda, millal leiutati esimene lambipirn. See juhtus aastal 1809. Leiutajaks sai inglane Delarue. Veidi hiljem ilmusid spiraalikujulised lambipirnid, mis täideti inertgaasiga. Neid hakati tootma 1909. aastal.
Elektri tulek Venemaal
Mõni aeg pärast mõiste "elekter" kasutuselevõttu hakati seda nähtust paljudes riikides uurima. Muutuste alguseks võib pidada valgustuse ilmumist. Mis aastal ilmus Venemaal elekter? Selle kuupäeva järgi - 1879.a. Siis viidi Peterburis esmakordselt elektrifitseerimine lampide abil.
Kuid aasta varem paigaldati Kiievis ühes raudteetöökojas elektrivalgustid. Seetõttu on Venemaal elektrienergia ilmumise kuupäev mõnevõrra vastuoluline küsimus. Kuid kuna see sündmus jäi tähelepanuta, võib Liteiny silla valgustamist pidada ametlikuks kuupäevaks.
Kuid on veel üks versioon, kui Venemaal ilmus elekter. Juriidilisest aspektist on see kuupäev 1880. aasta kolmekümnes jaanuar. Sel päeval tekkis Venemaa Tehnikaseltsis esimene elektriosakond. Tema ülesanneteks oli jälgida elektri igapäevaellu toomist. 1881. aastal sai Tsarskoje Selost esimene Euroopa linn, mis sai täielikult valgustatud.
Teine märkimisväärne kuupäev on 15. mai 1883. Sel päeval valgustati Kreml esimest korda. Sündmus oli ajastatud Aleksander III Venemaa troonile tõusmisega. Kremli valgustamiseks paigaldasid elektrikud väikese elektrijaama. Pärast seda sündmust tekkis valgustus esmalt Peterburi peatänavale ja seejärel Talvepaleesse.
1886. aasta suvel asutati keisri määrusega "Elektrivalgustuse selts". Tegeles kogu Peterburi ja Moskva elektrifitseerimisega. Ja 1888. aastal hakati suurimatesse linnadesse ehitama esimesi elektrijaamu. 1892. aasta suvel käivitati Venemaal debüütelektritramm. Ja ilmus aastal 1895. See ehitati Peterburis, jõe kaldal. Suur Ohta.
Ja Moskvas ilmus esimene elektrijaam aastal 1897. See ehitati Raushskaya muldkehale. Elektrijaam tootis kolmefaasilist vahelduvvoolu. Ja see võimaldas edastada elektrit pikkade vahemaade taha ilma olulise võimsuse kadumiseta. Teised linnad hakkasid ehitama kahekümnenda sajandi koidikul, enne Esimest maailmasõda.
Kaasaegsel inimesel on raske ette kujutada elu ilma elektrita. See on kindlalt meie ellu sisenenud ja me mõtleme vähe, millal see ilmus. Kuid just tänu elektrile hakkasid kõik teaduse ja tehnika valdkonnad intensiivsemalt arenema. Kes leiutas elektri, kui see esimest korda maailmas ilmus?
Esinemise ajalugu
Isegi enne meie ajastut Kreeka filosoof Thales märkasid, et peale merevaigu villale hõõrumist tõmbavad väikesed esemed kivi külge. Siis ei tegelenud keegi pikka aega selliste nähtuste uurimisega. Alles 17. sajandil, olles uurinud magneteid ja nende omadusi, võttis inglise teadlane William Gilberg kasutusele uue mõiste "elekter". Teadlased hakkasid selle vastu rohkem huvi tundma ja tegelema selle valdkonna uurimisega.
Gilbergil õnnestus leiutada kõige esimese elektroskoobi prototüüp, seda nimetati versoriks. Selle aparaadi abil tegi ta kindlaks, et lisaks merevaigule ja teistele kividele võivad enda poole meelitada ka väikesed esemed. . Kivide hulka kuuluvad:
Tänu loodud seadmele suutis teadlane läbi viia mitmeid katseid ja teha järeldusi. Ta mõistis, et leegil on hõõrdumise järel võime tõsiselt mõjutada kehade elektrilisi omadusi. Teadlane väitis seda Äike ja välk- elektrilise iseloomuga nähtused.
Suurepärased avastused
Esimesed katsed elektrienergia edastamiseks lühikestel vahemaadel viidi läbi 1729. aastal. Teadlased jõudsid järeldusele, et mitte kõik kehad ei suuda elektrit edastada. Mõni aasta pärast testide seeriat väitis prantslane Charles Dufay, et elektrilaenguid on kahte tüüpi - klaas ja vaik. Need sõltuvad materjalist, mida hõõrdumiseks kasutatakse.
Seejärel lõid erinevate riikide teadlased kondensaatori ja galvaanilise elemendi, esimese elektroskoobi ja meditsiinilise elektrokardiograafi. Esimene hõõglamp ilmus 1809. aastal, mille lõi inglane Delarue. 100 aastat hiljem töötas Earnwing Langmuir välja inertgaasiga täidetud volframhõõgniidiga lambipirni.
19. sajandil tehti palju väga olulisi avastusi, tänu millele ilmus maailma elekter
Nad uurisid elektri omadusi ja paljud neist on nimetatud nende järgi. 19. sajandi lõpus teevad füüsikud avastusi elektrilainete olemasolu kohta. Neil õnnestub luua hõõglamp ja edastada elektrienergiat pikkade vahemaade taha. Sellest hetkest alates hakkab elekter aeglaselt, kuid kindlalt levima kogu planeedil.
Millal Venemaal elekter ilmus?
Kui me räägime elektrifitseerimisest territooriumil Vene impeerium, siis selles küsimuses konkreetset kuupäeva pole. Kõik teavad, et 1879. aastal tegid nad Peterburis kogu Liteiny silla valgustuse. See oli valgustatud lampidega. Kiievis aga paigaldati aasta varem ühte raudteetöökotta elektrivalgustid. See sündmus ei äratanud tähelepanu, nii et 1879. aastat peetakse Vene impeeriumis elektrivalgustuse ilmumise ametlikuks kuupäevaks.
Esimene elektriosakond tekkis Venemaal 30. jaanuaril 1880 Vene Tehnika Seltsis. Osakond oli kohustatud jälgima elektrienergia kasutuselevõttu riigi igapäevaellu. Juba 1881. aastal oli Tsarskoje Selo täielikult valgustatud. paikkond ja sai esimeseks kaasaegseks ja Euroopa linnaks.
15. mai 1883 Seda peetakse ka riigi maamärgiks. See on tingitud Kremli valgustatusest. Sel ajal tuli troonile keiser Aleksander III ja valgustus oli ajastatud nii, et see langeks kokku nii olulise sündmusega. Peaaegu kohe pärast seda ajaloolist sündmust valgustati esmalt peatänaval ja seejärel Peterburi Talvepalees.
Keisri dekreediga 1886. aastal asutati "Elektrivalgustuse selts". Tema tööülesannete hulka kuulus kahe peamise linna – Moskva ja Peterburi – valgustamine. Kaks aastat hiljem hakati üldse elektrijaamasid ehitama suuremad linnad. Esimene elektritramm Venemaal käivitati 1892. aastal. Peterburis pandi 4 aasta pärast tööle esimene hüdroelektrijaam. See ehitati Bolšaja Okhta jõele.
Tähtis sündmus oli esimese elektrijaama ilmumine Moskvasse 1897. aastal. See ehitati Raushskaja muldkehale genereerimisvõimega kolmefaasiline vahelduvvool. Ta võimaldas edastada elektrit pikkade vahemaade taha ja kasutada seda ilma võimsust kaotamata. Elektrijaamade ehitamine teistes Venemaa linnades hakkas arenema alles enne Esimest maailmasõda.
Huvitavad faktid elektrienergia ilmumise ajaloost Venemaal
Kui uurite hoolikalt mõnda Venemaa riigi elektrifitseerimise fakti, saate teada palju huvitavat teavet.
Esimese süsinikvardaga hõõglambi leiutas 1874. aastal A. N. Lodygin. Seadme patenteerisid suurimad Euroopa riigid. Mõne aja pärast täiustas seda T. Edison ja lambipirni hakati kasutama kogu planeedil.
Vene elektriinsener P.N. Yablochkov aastal 1876 lõpetas ta elektriküünla väljatöötamise. See on muutunud lihtsamaks, odavamaks ja mugavamaks kui töös olev Lodygini lambipirn.
Venemaa Tehnikaühingu osana loodi spetsiaalne elektrotehnikaosakond. See sisaldas P.N. Yablochkov, A. N. Lodygin, V. N. Chikolev ja teised tegevfüüsikud ja elektriinsenerid. Osakonna põhiülesanne oli elektrotehnika arengu edendamine Venemaal.
. (nähtuse avastamise ajalugu)
Enne 1600 eurooplaste teadmised elektrist jäid vanade kreeklaste tasemele, mis kordas aurumootorite teooria (A. Heroni "Eleopiil") kujunemislugu.
Elektriteaduse rajaja Euroopas oli Cambridge'i ja Oxfordi lõpetanud inglise füüsik ja kuninganna Elizabethi õuearst. - William Gilbert(1544-1603). W. Gilbert näitas oma "versori" (esimese elektroskoobi) abil, et ligitõmbamisvõime on mitte ainult hõõrutud merevaigul, vaid ka teemandil, safiiril, karborundil, opaalil, ametüstil, mäekristallil, klaasil, kildadel jne. valguskehad (kõrred).mida ta nimetas "elektriline" mineraalid.
Lisaks märkas Hilbert, et leek "hävib" hõõrdumisel omandatud kehade elektrilisi omadusi ja uuris esimest korda magnetnähtusi, tuvastades, et:
Magnetil on alati kaks poolust – põhja- ja lõunapoolus;
- samanimelised poolused tõrjuvad ja vastaspoolused tõmbavad;
- magneti saagimisel ei saa te ainult ühe poolusega magnetit;
- magneti mõjul olevad raudesemed omandavad magnetilised omadused (magnetinduktsioon);
- looduslikku magnetismi saab tugevdada rauast liitmikega.
Magnetnõela abil magnetiseeritud kuuli magnetilisi omadusi uurides jõudis Gilbert järeldusele, et need vastavad Maa magnetilistele omadustele ja Maa on suurim magnet, mis seletab magnetnõela pidevat kallet.
1650: Otto von Guericke(1602-1686) loob esimese elektrimasina, mis eraldab väävlist valatud hõõrutud kuulist märkimisväärseid sädemeid, mille süstimine võib olla isegi valus. Küll aga omaduste mõistatus "elektrivedelik", nagu seda nähtust tol ajal nimetati, ei saanud tookord mingit selgitust.
1733: Prantsuse füüsik, Pariisi Teaduste Akadeemia liige , Charles Francois Dufay (Dufay, Du Fay, 1698-1739) avastas kahte tüüpi elektri olemasolu, mida ta nimetas "klaasiks" ja "vaiguks". Esimene esineb klaasil, mäekristallil, vääriskividel, villal, juustel jne; teine - merevaigul, siidil, paberil jne.
Pärast arvukaid katseid elektrifitseeris C. Dufay esimest korda inimkeha ja "saitas" sealt sädemeid. Tema teaduslike huvide hulka kuulusid magnetism, fosforestsents ja topeltmurdumine kristallides, mis said hiljem optiliste laserite loomise aluseks. Elektrienergia mõõtmise tuvastamiseks kasutasin Gilberti versorit, muutes selle palju tundlikumaks. Ta oli esimene, kes väljendas ideed välgu ja äikese elektrilisest olemusest.
1745: on lõpetanud Leideni ülikooli (Holland) füüsiku eriala Peter van Mushenbroek(Musschenbroek Pieter van, 1692-1761) leiutas esimese autonoomse elektriallika - Leideni purgi ja viis sellega läbi rea katseid, mille käigus tuvastas elektrilahenduse seose selle füsioloogilise toimega elusorganismile.
 |
Leideni purk oli klaasnõu, mille seinad olid väljast ja seest pliikilega üle kleebitud ning see oli esimene elektrikondensaator. Kui O. von Guericke'i elektrostaatilisest generaatorist laetud seadme plaadid ühendati peenikese juhtmega, siis see kuumenes kiiresti ja mõnikord sulas, mis viitas energiaallika olemasolule pangas, mida saab transportida kaugele. selle laadimiskoht.
1747: Pariisi Teaduste Akadeemia liige, prantsuse eksperimentaalfüüsik Jean Antoine Nollet(1700-1770) leiutas esimene elektripotentsiaali hindamise instrument – elektroskoop, registreeris teravate kehade elektri kiirema "äravoolu" fakti ja moodustas esmakordselt teooria elektri mõjust elusorganismidele ja taimedele.
1747–1753: Ameerika riigimees, teadlane ja koolitaja Benjamin (Benjamin) Franklin(Franklin, 1706-1790) avaldab rea elektrifüüsikat käsitlevaid dokumente, milles:
- võttis kasutusele nüüdseks üldtunnustatud elektriliselt laetud olekute nimetuse «+»
ja «–»
;
- selgitas Leydeni purgi tööpõhimõtet, määrates kindlaks, et selles mängib põhirolli juhtivaid plaate eraldav dielektrik;
- tuvastas atmosfäärist ja hõõrdumisel tekkiva elektri identiteedi ning esitas tõendid välgu elektrilise olemuse kohta;
- tuvastas, et maaga ühendatud metallpunktid eemaldavad laetud kehadelt elektrilaenguid ka nendega kokku puutumata ja pakkus välja piksevarda;
- esitas elektrimootori idee ja demonstreeris elektrostaatiliste jõudude mõjul pöörlevat "elektriratast";
- kasutas esmalt püssirohu plahvatamiseks elektrisädet.
1759: Venemaal füüsik Franz Ulrich Theodor Aepinus(Aepinus, 1724-1802) esitab esimest korda hüpoteesi elektriliste ja magnetiliste nähtuste vahelise seose olemasolu kohta.
1761:Šveitsi mehaanik, füüsik ja astronoom Leonard Euler(L. Euler, 1707-1783) kirjeldab uut elektrostaatilist masinat, mis koosneb radiaalselt liimitud nahkplaatidega isoleermaterjalist pöörlevast kettast. Elektrilaengu eemaldamiseks oli vaja kettale tuua siidist kontaktid, mis kinnitati sfääriliste otstega vaskvarraste külge. Kerasid üksteisele lähemale tuues oli võimalik jälgida atmosfääri elektrilise lagunemise protsessi (kunstvälk).
 |
1785–1789: prantsuse füüsik Charles Augustin Coulomb(S. Coulomb, 1736-1806) avaldab seitse teost. milles ta kirjeldab elektrilaengute ja magnetpooluste vastastikmõju seadust (Coulombi seadus), tutvustab magnetmomendi ja laengute polarisatsiooni mõistet ning tõestab, et elektrilaengud paiknevad alati juhi pinnal.
1791: Itaalias avaldatakse traktaat Luigi Galvani(L. Galvani, 1737-1798), "De Viribus Electricitatis In Motu Musculari Commentarius" ("Traktaat lihaste liikumise elektrijõududest"), milles tõestati, et elektrit toodab elusorganism ja avaldub kõige tõhusamalt erinevate juhtide kokkupuutes. Praegu on see efekt elektrokardiograafide tööpõhimõtte aluseks.
1795: Itaalia professor Aleksander Volta(Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827) uurib nähtust erinevate metallide kontaktpotentsiaalide erinevus ja tema enda disainitud elektromeetri kasutamine annab sellele nähtusele arvulise hinnangu. A. Volta kirjeldab esimest korda oma katsete tulemusi 1. augustil 1786 kirjas oma sõbrale. Praegu kasutatakse kontaktpotentsiaalide erinevuse mõju termopaarides ja metallkonstruktsioonide anood- (elektrokeemilise) kaitse süsteemides.
1799:. A. Volta leiutab allika galvaniseerimine(elektrivool - voltaline sammas. Esimene voltikolonn koosnes 20 paarist vasest ja tsingist ringidest, mis olid eraldatud soolases vees leotatud riidetükkidega ning suutis eeldatavasti toota pinget 40-50 V ja voolu kuni 1 A.
Aastal 1800 väljaandes Philosophical Transactions of the Royal Society, Vol. 90" pealkirja all "Erinevat tüüpi juhtivate ainete pelgalt kokkupuutel ergastatud elektrist" ("Erinevate ainete lihtsal kokkupuutel saadud elekter") kirjeldati seadet nimega "elektromootoraparaat", A. Volta uskus, et selle vooluallika tööpõhimõtte aluseks on kontaktpotentsiaalide erinevus ja alles palju aastaid hiljem leiti, et emf-i põhjus. galvaanilises elemendis on metallide keemiline interaktsioon juhtiva vedelikuga - elektrolüüdiga. 1801. aasta sügisel loodi Venemaal esimene galvaaniline patarei, mis koosnes 150 hõbe- ja tsinkkettast. Aasta hiljem, 1802. aasta sügisel valmistati 4200 vask- ja tsinkkettast patarei, mis andis pingeks 1500 V.
1820: Taani füüsik Hans Christian Oersted(Ersted, 1777-1851) lõi magnetnõela läbipainde katsete käigus voolu juhtiva juhi toimel ühenduse elektriliste ja magnetiliste nähtuste vahel. 1820. aastal avaldatud aruanne selle nähtuse kohta stimuleeris elektromagnetismi alast uurimistööd, mis viis lõpuks moodsa elektrotehnika aluste kujunemiseni.
 |
H. Oerstedi esimene järgija oli prantsuse füüsik André Marie Ampère(1775-1836), kes samal aastal sõnastas magnetnõelale elektrivoolu toimesuuna määramise reegli, mida ta nimetas "ujuja reegliks" (Ampère'i ehk parema käe reegel), mille järel kehtestati Määrati kindlaks elektri- ja magnetvälja vastastikmõju (1820), mille raames formuleeriti esmakordselt idee kasutada elektromagnetilisi nähtusi elektrisignaali kaugedastuseks.
1822. aastal loob A. Ampère esimese elektromagnetvälja võimendi- vasktraadist valmistatud mitme pöördega mähised, mille sisse asetati pehmed raudsüdamikud (solenoidid), millest sai tema leiutatu tehnoloogiline alus 1829 elektromagnetiline telegraaf, mis avas kaasaegse telekommunikatsiooni ajastu.
821: Inglise füüsik Michael Faraday(M. Faraday, 1791-1867) tutvus H. Oerstedi tööga magnetnõela läbipainde kohta voolu juhtiva juhi lähedal (1820) ning tuvastas pärast elektri- ja magnetnähtuste seoste uurimist tõsiasja, et magnet pöörleb ümber voolu juhtiva juhi ja voolujuht pöörleb ümber magneti.
Järgmise 10 aasta jooksul püüdis M. Faraday "magnetismi elektriks muuta", mille tulemusena elektromagnetilise induktsiooni avastamine 1831. aastal, mis viis elektromagnetvälja teooria aluste kujunemiseni ja uue tööstusharu – elektrotehnika – tekkeni. 1832. aastal avaldas M. Faraday teose, milles esitati idee, et elektromagnetiliste vastastikmõjude levimine on atmosfääris piiratud kiirusega laineprotsess, mis sai aluseks uue teadmisteharu – raadio – tekkele. inseneritöö.
Püüdes luua kvantitatiivseid seoseid erinevat tüüpi elektrit, alustas M. Faraday elektrolüüsi uurimist ja 1833.–1834. sõnastas oma seadused. 1845. aastal avastas M. Faraday erinevate materjalide magnetilisi omadusi uurides paramagnetismi ja diamagnetismi nähtused ning tegi kindlaks valguse polarisatsioonitasandi pöörlemise fakti magnetväljas (Faraday efekt). See oli esimene vaatlus magnetiliste ja optiliste nähtuste seosest, mida hiljem selgitati J. Maxwelli valguse elektromagnetilise teooria raames.
Umbes samal ajal uuris elektri omadusi saksa füüsik Georg Simon Ohm(G.S. Ohm, 1787-1854). Pärast mitmeid katseid, G. Ohm aastal 1826 sõnastas ta elektriahela põhiseaduse(Ohmi seadus) ja andis 1827. aastal oma teoreetilise põhjenduse, võttis kasutusele mõisted "elektromootorjõud", pingelang ahelas ja "juhtivus".
Ohmi seadus ütleb, et alalisvoolu tugevus ma juhis on otseselt võrdeline potentsiaalide erinevusega (pingega) U selle juhi kahe fikseeritud punkti (sektsiooni) vahel, st. RI = U . Proportsionaalsustegur R , mis sai 1881. aastal nimetuse oomiline takistus või lihtsalt takistus, sõltub juhi temperatuurist ning selle geomeetrilistest ja elektrilistest omadustest.
G. Ohmi uurimistöö lõpetab elektrotehnika arengu teise etapi, nimelt teoreetilise aluse kujunemise elektriahelate karakteristikute arvutamiseks, millest sai tänapäevase elektrienergiatööstuse alus.
Mis on elekter?
Elekter on füüsikaliste nähtuste kogum, mis on seotud elektrilaengu olemasoluga. Kuigi algselt peeti elektrit magnetismist eraldiseisvaks nähtuseks, tunnistati Maxwelli võrrandite väljatöötamisega mõlemad nähtused ühe nähtuse osaks: elektromagnetismist. Elektriga on seotud mitmesugused levinud nähtused, nagu välk, staatiline elekter, elektriküte, elektrilahendused ja paljud teised. Lisaks on elekter paljude kaasaegsete tehnoloogiate keskmes.
Elektrilaeng, mis võib olla positiivne või negatiivne, tekitab elektrivälja. Teisest küljest tekitab elektrilaengute liikumine, mida nimetatakse elektrivooluks, magnetvälja.
Kui laeng asetatakse nullist erineva elektriväljaga punkti, mõjub sellele jõud. Selle jõu suurus määratakse Coulombi seadusega. Seega, kui seda laengut liigutada, teeks elektriväli elektrilaengu liigutamise (pidurdamise) töö ära. Seega saame rääkida elektripotentsiaalist teatud ruumipunktis, mis on võrdne välisagendi tööga positiivse laengu ühiku ülekandmisel suvaliselt valitud võrdluspunktist sellesse punkti ilma igasuguse kiirenduseta ja reeglina mõõdetuna voltides.
Elektrotehnikas kasutatakse elektrit:
- elektriga varustamine kohtadesse, kus seadmete toiteks kasutatakse elektrivoolu;
- elektroonikas, mis tegeleb elektriahelatega, mis sisaldavad aktiivseid elektrilisi komponente, nagu vaakumtorud, transistorid, dioodid ja integraallülitused, ning nendega seotud passiivseid elemente.
Elektrinähtusi on uuritud juba iidsetest aegadest, kuigi teoreetilise mõistmise areng algas 17. XVIII sajandil. Isegi siis praktiline kasutamine Elekter oli haruldus ning insenerid said seda tööstuslikuks ja elamiseks kasutada alles 19. sajandi lõpus. Elektritehnoloogia kiire areng muutis sel ajal tööstust ja ühiskonda. Elektrienergia mitmekülgsus seisneb selles, et seda saab kasutada peaaegu piiramatul hulgal tööstusharudes, nagu transport, küte, valgustus, side ja andmetöötlus. Elekter on praegu kaasaegse tööstusühiskonna selgroog.
Elektri ajalugu
Juba ammu enne elektrialaste teadmiste olemasolu teadsid inimesed elektrikalade elektrilöögist. Vana-Egiptuse tekstid, mis pärinevad aastast 2750 eKr. eKr nimetasid nad neid kalu "Niiluse äikesteks" ja kirjeldasid neid kui kõigi teiste kalade "kaitsjaid". Vana-Kreeka, Rooma ja Araabia loodusteadlastelt ja arstidelt ilmuvad tuhandeid aastaid hiljem taas tõendeid elektrikalade kohta. Mitmed iidsed kirjanikud, nagu Plinius vanem ja Scribonius Largus, tunnistavad tuimust kui säga ja elektrikiirte tekitatud elektrilöökide mõju ning nad teadsid ka, et sellised šokid võivad kanduda üle juhtivate esemete kaudu. Patsientidel, kes põevad selliseid haigusi nagu podagra või peavalu, määrati selliseid kalu puudutama lootuses, et võimas elektrilöök võib neid ravida. Võimalik, et kõige varasema ja lähedasema lähenemise välgu ja elektri identiteedi avastamisele mis tahes muust allikast tegid araablased, kes kuni 15. sajandini kasutasid keeles välku tähistavat sõna (raad) elektrikiirte kohta.
Vahemere iidsed kultuurid teadsid, et kui teatud esemeid, näiteks merevaigust pulgakesi, kassikarvaga hõõruda, tõmbab see ligi kergemaid esemeid, näiteks sulgi. Thales of Miletos tegi umbes 600 eKr mitmeid staatilise elektri vaatlusi, millest ta järeldas, et merevaigu muutmiseks esemeid ligi tõmbamiseks on vaja hõõrdumist, erinevalt mineraalidest, nagu magnetiit, mis ei vaja hõõrdumist. Thales eksis, kui arvas, et merevaigu külgetõmbejõud tuleneb magnetilisest efektist, kuid hiljem tõestas teadus magnetismi ja elektri seost. Vastavalt vastuolulisele teooriale, mis põhineb Bagdadi aku avastamisel 1936. aastal, mis meenutab galvaanielementi, kuigi pole selge, kas artefakt oli oma olemuselt elektriline, võisid partlased olla galvaniseerimisest teadlikud.
Elekter tekitas aastatuhandeid vaid intellektuaalset uudishimu kuni 1600. aastani, mil inglise teadlane William Gilbert tegi põhjaliku elektri- ja magnetismiuuringu ning eristas "magnetiidi" efekti merevaigu hõõrumisel tekkivast staatilisest elektrist. Ta võttis kasutusele uue ladinakeelse sõna electricus ("merevaigukollane" või "nagu merevaigukollane", ἤλεκτρον, Elektron, kreeka keelest "merevaigukollane"), tähistamaks esemete omadust tõmmata pärast hõõrumist väikesi esemeid ligi. Sellest keelelisest assotsiatsioonist sündisid ingliskeelsed sõnad "electric" ja "electricity", mis ilmusid esmakordselt trükituna Thomas Browne'i teoses "Pseudodoxia Epidemica" 1646. aastal.
Edasise töö tegid Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray ja Charles Francois Dufay. 18. sajandil tegi Benjamin Franklin elektrit põhjalikult uurides, müües oma osalused oma töö rahastamiseks. 1752. aasta juunis kinnitas ta teadaolevalt niidi põhja metallist võtme. lohe ja lasi tuulelohe tormisse taevasse. Võtmest käe taha hüppavate sädemete jada näitas, et välk oli oma olemuselt tõepoolest elektriline. Samuti selgitas ta Leydeni purgi näiliselt paradoksaalset käitumist seadmena, mis salvestab suure elektrilaengu, mis koosneb positiivsetest ja negatiivsetest laengutest.
1791. aastal teatas Luigi Galvani oma bioelektromagnetismi avastamisest, näidates, et elekter on vahend, mille abil neuronid edastavad signaale lihastele. 1800. aastate Alessandro Volta aku või galvaaniline poolus valmistati vahelduvatest tsingi ja vase kihtidest. Teadlaste jaoks oli see usaldusväärsem elektrienergia allikas kui varem kasutatud elektrostaatilised masinad. Arusaam elektromagnetismist kui elektriliste ja magnetiliste nähtuste ühtsusest tulenes Oerstedi ja André-Marie Ampère’i poolt aastatel 1819-1820. Michael Faraday leiutas elektrimootori 1821. aastal ja Georg Ohm analüüsis elektriskeemi matemaatiliselt 1827. aastal. Elektri ja magnetismi (ja valguse) ühendas lõplikult James Maxwell, eriti oma teoses "On Physical Lines of Force" aastatel 1861 ja 1862.
Kui 19. sajandi alguses toimus maailmas elektriteaduse kiire edasiminek, siis 19. sajandi lõpus toimus suurim edasiminek elektrotehnika vallas. Selliste inimeste abiga nagu Alexander Graham Bell, Otto Titus Blaty, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Anjos Istvan Jedlik, William Thomson, 1. Baron Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Wilson Swan, Reginald Fessenden, Nikola Tesla ja George Westinghouse, elekter on arenenud teaduslikust uudishimust asendamatuks tööriistaks kaasaegne elu, millest sai teise tööstusrevolutsiooni liikumapanev jõud.
1887. aastal avastas Heinrich Hertz, et ultraviolettvalgusega valgustatud elektroodid tekitavad elektrisädemeid kergemini kui valgustamata elektroodid. 1905. aastal avaldas Albert Einstein artikli, milles selgitas eksperimentaalseid tõendeid fotoelektrilise efekti kohta, mis tuleneb valgusenergia ülekandmisest elektrone ergavates diskreetsetes kvantiseeritud pakettides. See avastus viis kvantrevolutsioonini. Einstein pälvis 1921. aastal Nobeli füüsikaauhinna "fotoelektrilise efekti seaduse avastamise eest". Fotogalvaanilist efekti kasutatakse ka fotogalvaanilistes elementides (nt päikesepaneelides leiduvates elementides) ja seda kasutatakse sageli ärilistel eesmärkidel elektri tootmiseks.
Esimene pooljuhtseade oli "kassi vurrude" detektor, mida kasutati esmakordselt raadiovastuvõtjates 1900. aastatel. Vurrutaoline traat viiakse kerge kontakti tahke kristalliga (nt germaaniumikristall), et tuvastada raadiosignaali kontakt-siirdeefekti kaudu. Pooljuhtsõlmes suunatakse vool pooljuhtelementidele ja ühendustele, mis on loodud spetsiaalselt voolu lülitamiseks ja võimendamiseks. Elektrivoolu saab kujutada kahel kujul: negatiivselt laetud elektronide kujul, samuti positiivselt laetud elektronide vakantsidena (kohati täitmata elektronid pooljuhi aatomis), mida nimetatakse aukudeks. Neid laenguid ja auke mõistetakse kvantfüüsika seisukohast. Ehitusmaterjaliks on enamasti kristalne pooljuht.
Pooljuhtseadmete väljatöötamine sai alguse transistori leiutamisest 1947. aastal. Levinud pooljuhtseadmed on transistorid, mikroprotsessorikiibid ja kiibid muutmälu. USB-mälupulkades kasutatakse spetsiaalset tüüpi mälu, mida nimetatakse välkmäludeks, ja viimasel ajal on ka mehaaniliselt pöörlevad kõvakettad asendatud pooljuhtketastega. Pooljuhtseadmed muutusid tavaliseks 1950. ja 1960. aastatel, vaakumtorudelt üleminekul pooljuhtdioodidele, transistoridele, integraallülitustele (IC) ja valgusdioodidele (LED).
Elektri põhimõisted
Elektrilaeng
Laengu olemasolu tekitab elektrostaatilise jõu: laengud avaldavad teineteisele jõudu, seda mõju teati antiikajal, kuigi siis ei mõistetud. Nöörile riputatud kerget palli saab laadida, puudutades seda klaaspulgaga, mis ise oli eelnevalt laetud riide vastu hõõrudes. Sama klaaspulgaga laetud sarnane kuul tõrjub esimese: laengu tõttu eralduvad kaks kuuli üksteisest. Kaks palli, mis on laetud hõõrutud merevaigupulgast, tõrjuvad samuti üksteist. Kui aga üks pall on laetud klaaspulgast ja teine merevaigupulgast, hakkavad mõlemad kuulid üksteist tõmbama. Neid nähtusi uuris 18. sajandi lõpus Charles Augustin de Coulomb, kes jõudis järeldusele, et laeng esineb kahel vastandlikul kujul. See avastus viis tuntud aksioomini: sarnaselt laetud objektid tõrjuvad ja vastupidiselt laetud objektid tõmbavad.
Jõu mõjub laetud osakestele endile, mistõttu laeng kipub levima võimalikult ühtlaselt üle juhtiva pinna. Elektromagnetilise jõu suurus, olgu see külgetõmbav või tõukav, määratakse Coulombi seadusega, mis ütleb, et elektrostaatiline jõud on võrdeline laengute korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga. Elektromagnetiline interaktsioon on väga tugev, selle tugevus jääb alla ainult tugevale interaktsioonile, kuid erinevalt viimasest toimib see igal kaugusel. Võrreldes palju nõrgema gravitatsioonijõuga surub elektromagnetjõud kahte elektroni 1042 korda rohkem kui gravitatsioonijõud neid tõmbab.
Uuring näitas, et laengu allikaks on teatud tüüpi subatomaarsed osakesed, millel on elektrilaengu omadus. Elektrilaeng tekitab ja interakteerub elektromagnetilise jõuga, mis on üks neljast looduse põhijõust. Tuntumad elektrilaengu kandjad on elektron ja prooton. Katse näitas, et laeng on säiliv suurus, st kogu laeng isoleeritud süsteemis jääb alati konstantseks, sõltumata selles süsteemis toimuvatest muutustest. Süsteemis saab laengut kehade vahel üle kanda kas otsese kontakti või juhtiva materjali, näiteks traadi, kaudu. Mitteametlik termin "staatiline elekter" tähendab laengu (või laengute "tasakaalustamatust") olemasolu kehal, mis on tavaliselt põhjustatud erinevate materjalide hõõrumisest üksteiselt laengu ülekandmiseks.
Elektronide ja prootonite laengud on vastandmärgiga, seetõttu võib kogulaeng olla kas positiivne või negatiivne. Kokkuleppeliselt loetakse elektronide poolt kantud laengut negatiivseks ja prootonite poolt positiivseks, järgides Benjamin Franklini tööga kehtestatud traditsiooni. Laengu kogust (elektri kogust) tähistatakse tavaliselt sümboliga Q ja seda väljendatakse kulonides; iga elektron kannab sama laengut, ligikaudu -1,6022 × 10-19 kuloni. Prootoni laeng on väärtuselt võrdne ja märgilt vastupidine ja seega +1,6022 × 10-19 Coulomb. Laeng pole mitte ainult ainel, vaid ka antiainel, iga antiosake kannab võrdset laengut, kuid vastandmärgiga oma vastava osakese laengule.
Laengut saab mõõta mitmel viisil: varane instrument, kuldleheline elektroskoop, mida, kuigi kasutati veel treeningdemonstratsioonidel, on nüüdseks asendatud elektroonilise elektromeetriga.
Elekter
Elektrilaengute liikumist nimetatakse elektrivooluks, selle intensiivsust mõõdetakse tavaliselt amprites. Voolu võivad tekitada kõik liikuvad laetud osakesed; enamasti on need elektronid, kuid põhimõtteliselt on iga liikuma pandud laeng vool.
Ajaloolise kokkuleppe kohaselt määrab positiivse voolu positiivsete laengute liikumissuund, mis voolab ahela positiivsemast osast negatiivsemasse ossa. Sel viisil määratletud voolu nimetatakse tingimuslikuks vooluks. Üks tuntumaid vooluvorme on negatiivselt laetud elektronide liikumine läbi vooluringi ja seega on voolu positiivne suund suunatud elektronide liikumisele vastupidises suunas. Kuid olenevalt tingimustest võib elektrivool koosneda laetud osakeste voost, mis liiguvad mis tahes suunas ja isegi mõlemas suunas korraga. Selle olukorra lihtsustamiseks kasutatakse laialdaselt kokkulepet, et voolu positiivne suund on positiivsete laengute liikumise suund.
Protsessi, mille käigus elektrivool läbib materjali, nimetatakse elektrijuhtimiseks ja selle olemus varieerub sõltuvalt sellest, millised laetud osakesed seda juhivad ja materjalist, mille kaudu nad liiguvad. Elektrivoolude näideteks on metalliline juhtivus, mis viiakse läbi elektronide vooluga läbi juhi, näiteks metalli, ja elektrolüüs, mis viiakse läbi ioonide (laetud aatomite) vooluga läbi vedeliku või plasma, nagu elektrisädemete puhul. Kui osakesed ise võivad liikuda väga aeglaselt, mõnikord keskmise triivikiirusega vaid murdosa millimeetrist sekundis, siis neid edasi liikuv elektriväli liigub valguse kiiruse lähedasel kiirusel, võimaldades elektrilistel signaalidel juhtmete kaudu kiiresti edasi liikuda.
Vool põhjustab mitmeid jälgitavaid mõjusid, mis on ajalooliselt olnud selle olemasolu märgiks. Vee lagunemise võimaluse galvaanilise samba voolu mõjul avastasid Nicholson ja Carlisle 1800. aastal. Seda protsessi nimetatakse nüüd elektrolüüsiks. Nende tööd laiendas oluliselt Michael Faraday 1833. aastal. Takist läbiv vool põhjustab lokaalset kuumenemist. Seda efekti kirjeldas matemaatiliselt James Joule 1840. aastal. Ühe olulisema voolu puudutava avastuse tegi Oersted 1820. aastal juhuslikult, kui ta avastas loengut ette valmistades, et läbi juhtme voolav vool paneb magnetkompassi nõela pöörduma. Nii avastas ta elektromagnetismi, elektri ja magnetismi põhilise koostoime. Elektrikaare tekitatud elektromagnetiliste emissioonide tase on piisavalt kõrge, et tekitada elektromagnetilisi häireid, mis võivad kahjustada külgnevate seadmete tööd.Ta avastas elektromagnetismi, elektri ja magnetismi põhilise vastasmõju. Elektrikaare tekitatud elektromagnetkiirguse tase on piisavalt kõrge, et tekitada elektromagnetilisi häireid, mis võivad häirida läheduses asuvaid seadmeid.
Tehniliste või kodumaiste rakenduste puhul iseloomustatakse voolu sageli kas otse- (DC) või vahelduvvooluna (AC). Need terminid viitavad sellele, kuidas vool aja jooksul muutub. Näiteks aku toodetav alalisvool, mida nõuab enamik elektroonikaseadmeid, on ühesuunaline vool ahela positiivsest potentsiaalist negatiivsesse. Kui seda sagedamini esinevat voolu kannavad elektronid, liiguvad nad vastupidises suunas. Vahelduvvool on igasugune pidevalt suunda muutev vool, see on peaaegu alati sinusoidi kujul. Vahelduvvool pulseerib juhi sees edasi-tagasi, ilma laengut pikema aja jooksul lõplikku kaugust liigutamata. Vahelduvvoolu ajakeskmine väärtus on null, kuid see annab energiat esmalt ühes ja seejärel vastassuunas. Vahelduvvool sõltub elektrilistest omadustest, mis alalisvoolu statsionaarses režiimis ei avaldu, näiteks induktiivsusest ja mahtuvusest. Need omadused võivad aga mängu tulla siis, kui vooluringi mõjutavad siirded, näiteks algse sisselülitamise ajal.
Elektriväli
Elektrivälja kontseptsiooni tutvustas Michael Faraday. Elektrivälja loob laetud keha keha ümbritsevas ruumis ja selle tulemuseks on jõud, mis mõjutab kõiki teisi väljas asuvaid laenguid. Elektriväli toimib kahe laengu vahel, mis sarnaneb kahe massi vahelise gravitatsiooniväljaga, samuti ulatub lõpmatuseni ja on pöördvõrdeline kehadevahelise kauguse ruuduga. Siiski on oluline erinevus. Gravitatsioon tõmbab alati ligi, põhjustades kahe massi ühinemist, samas kui elektriväli võib põhjustada külgetõmbe või tõrjumise. Kuna suurtel kehadel, näiteks planeetidel tervikuna, on null laeng, on nende elektriväli kaugemal tavaliselt null. Seega on gravitatsioon universumis suurtel vahemaadel domineeriv jõud, hoolimata asjaolust, et see ise on palju nõrgem.
Elektriväli erineb reeglina erinevates ruumipunktides ja selle tugevus mis tahes punktis on defineeritud kui jõud (laenguühiku kohta), mida liikumatu tühine laeng kogeb sellesse punkti asetamisel. Abstraktne laeng, mida nimetatakse "testlaenguks", peab olema tühise väärtusega, et tema enda põhivälja häiriv elektriväli saaks tähelepanuta jätta, ning samuti peab see olema paigal (liikumatu), et vältida magnetväljade mõju. Kuna elektriväli on määratletud jõu kaudu ja jõud on vektor, siis on ka elektriväli vektor, millel on nii suurus kui suund. Täpsemalt on elektriväli vektorväli.
Statsionaarsete laengute poolt tekitatud elektriväljade õpetust nimetatakse elektrostaatikaks. Välja saab visualiseerida mõtteliste joonte komplekti abil, mille suund mis tahes ruumipunktis ühtib välja suunaga. Selle kontseptsiooni võttis kasutusele Faraday ja terminit "jõuliinid" kohtab ikka aeg-ajalt. Väljajooned on teed, mida mööda punktpositiivne laeng välja mõjul liigub. Need on aga abstraktsed, mitte füüsilised objektid ja väli läbib kogu joontevahelise vaheruumi. Statsionaarsetest laengutest lähtuvatel väljajoontel on mitmeid võtmeomadusi: esiteks, need algavad positiivsete laengutega ja lõpevad negatiivsete laengutega; teiseks peavad nad sisenema igasse ideaalsesse juhti täisnurga all (normaalne) ja kolmandaks ei ristu ega sulgu nad kunagi iseendaga.
Õõnes juhtiv keha sisaldab kogu oma laengu oma välispinnal. Seetõttu on väli keha sees kõigis kohtades võrdne nulliga. Faraday puur töötab sellel põhimõttel – metallkest, mis isoleerib oma siseruumi väliste elektrimõjude eest.
Kõrgepingeseadmete elementide projekteerimisel on olulised elektrostaatika põhimõtted. Elektrivälja tugevusele on piiratud piir, mida iga materjal suudab säilitada. Üle selle väärtuse tekib elektrikatkestus, mis tekitab laetud osade vahel elektrikaare. Näiteks õhus toimub elektrikatkestus väikestes tühikutes, mille elektrivälja tugevus ületab 30 kV sentimeetri kohta. Vahe suurenemisega väheneb lõplik läbilöögitugevus ligikaudu 1 kV-ni sentimeetri kohta. Kõige tähelepanuväärsem selline loodusnähtus on välk. See tekib siis, kui pilvedes eraldavad laengud tõusvad õhusambad ja õhu elektriväli hakkab ületama purunemisväärtust. Suure äikesepilve pinge võib ulatuda 100 MV-ni ja selle tühjendusenergia väärtus on 250 kWh.
Väljatugevuse suurust mõjutavad tugevalt lähedalasuvad juhtivad objektid ning tugevus on eriti suur siis, kui väli peab terava otsaga objektide ümber painduma. Seda põhimõtet kasutatakse piksevarraste puhul, mille teravad tornid sunnivad välku väljutama pigem neisse, mitte hoonetesse, mida nad kaitsevad.
Elektriline potentsiaal
Elektripotentsiaali mõiste on tihedalt seotud elektriväljaga. Elektrivälja asetatud väike laeng avaldab jõudu ja selleks, et laengut sellele jõule vastu liigutada, on vaja tööd teha. Elektripotentsiaali mis tahes punktis määratletakse kui energiat, mis on vajalik ühikulise katselaengu liigutamiseks äärmiselt aeglaselt lõpmatusest sellesse punkti. Potentsiaali mõõdetakse tavaliselt voltides ja ühevoldine potentsiaal on potentsiaal, mille juures tuleb kulutada üks džaul tööd, et liigutada üks laengukulon lõpmatusest. Sellest formaalsest potentsiaali määratlusest on vähe praktilist kasu ja kasulikum on elektripotentsiaali erinevuse mõiste, st energia, mis on vajalik laenguühiku liigutamiseks kahe etteantud punkti vahel. Elektriväljal on üks omadus, see on konservatiivne, mis tähendab, et katselaengu läbitud teekond ei oma tähtsust: kõigi võimalike radade läbimine kahe antud punkti vahel võtab alati sama energiat ja seega on üks väärtus potentsiaalide erinevus kahe positsiooni vahel. Volt on elektripotentsiaali erinevuse mõõtühikuna ja kirjeldusena nii kindlalt kinnistunud, et terminit pinge kasutatakse laialdaselt ja igapäevaselt.
Praktilistel eesmärkidel on kasulik määratleda ühine võrdluspunkt, mille alusel saab potentsiaale väljendada ja võrrelda. Kuigi see võib olla lõpmatus, on palju otstarbekam kasutada Maad ennast nullpotentsiaalina, millel eeldatakse olevat kõigis kohtades sama potentsiaal. Seda võrdluspunkti nimetatakse loomulikult "maapinnaks" (maapinnaks). Maa on võrdse hulga positiivsete ja negatiivsete laengute lõpmatu allikas ning seetõttu on see elektriliselt neutraalne ja laadimatu.
Elektripotentsiaal on skalaarne suurus, see tähendab, et sellel on ainult väärtus ja puudub suund. Seda võib pidada analoogseks kõrgusega: nii nagu vabanenud objekt langeb gravitatsiooniväljast tingitud kõrguste erinevuse tõttu, nii "langeb" laeng elektrivälja tekitatud pinge tõttu. Nii nagu kaardid kujutavad maastikku võrdse kõrgusega punkte ühendavate kontuurjoonte abil, saab elektrostaatiliselt laetud objekti ümber tõmmata rida jooni, mis ühendavad võrdse potentsiaaliga punkte (tuntud kui ekvipotentsiaalid). Ekvipotentsiaalid lõikuvad kõik jõujooned täisnurga all. Samuti peavad need asetsema paralleelselt juhi pinnaga, vastasel juhul tekib jõud, mis liigutab laengukandjaid piki juhi potentsiaaliühtlustuspinda.
Elektrivälja on formaalselt määratletud kui jõudu, mis avaldub laenguühiku kohta, kuid potentsiaali mõiste annab kasulikuma ja samaväärsema määratluse: elektriväli on lokaalne elektripotentsiaali gradient. Reeglina väljendatakse seda voltides meetri kohta ja väljavektori suund on suurima potentsiaalimuutuse joon, see tähendab teise ekvipotentsiaali lähima asukoha suunas.
Elektromagnetid
Oerstedi avastus 1821. aastal tõsiasja kohta, et elektrivoolu kandva juhtme kõikide külgede ümber eksisteerib magnetväli, näitas, et elektri ja magnetismi vahel on otsene seos. Veelgi enam, vastastikmõju tundus erinev gravitatsiooni- ja elektrostaatilistest jõududest, kahest tollal tuntud loodusjõust. Jõud ei mõjutanud kompassi nõela, mitte voolujuhtme suunas ega sellest eemale, vaid selle suhtes täisnurga all. Veidi ebaselgete sõnadega "elektrikonfliktil on pöörlev käitumine" väljendas Oersted oma tähelepanekut. See jõud sõltus ka voolu suunast, sest kui vool muutis suunda, siis muutis seda ka magnetjõud.
Oersted ei mõistnud oma avastust täielikult, kuid mõju, mida ta täheldas, oli vastastikune: vool avaldab magnetile jõudu ja magnetväli voolule. Nähtust uuris edasi Ampère, kes avastas, et kaks paralleelset voolu juhtivat juhet avaldavad teineteisele jõudu: kaks samas suunas voolu kandvat juhet tõmbavad teineteist, samas kui teineteisest vastassuunas voolu sisaldavad juhtmed tõrjuvad üksteist. . See interaktsioon toimub iga voolu tekitatava magnetvälja kaudu ja selle nähtuse põhjal määratakse voolu ühik - Amper rahvusvahelises ühikute süsteemis.
See suhe magnetväljade ja voolude vahel on äärmiselt oluline, sest selle tulemusel leiutas Michael Faraday 1821. aastal elektrimootori. Tema unipolaarne mootor koosnes elavhõbedasse paigutatud püsimagnetist. Vool juhiti läbi juhtme, mis oli riputatud magneti kohal olevale hingedega vedrustusele ja sukeldatud elavhõbedasse. Magnet avaldas juhtmele tangentsiaalset jõudu, mille tõttu viimane keerles ümber magneti nii kaua, kuni juhtmes säilis vool.
Faraday 1831. aastal tehtud katse näitas, et magnetväljaga risti liikuv traat tekitas otstes potentsiaalse erinevuse. Selle elektromagnetilise induktsioonina tuntud protsessi edasine analüüs võimaldas tal sõnastada põhimõtte, mida tänapäeval tuntakse Faraday induktsiooniseadusena, et suletud vooluringis indutseeritud potentsiaalide erinevus on võrdeline ahelasse tungiva magnetvoo muutumise kiirusega. Selle avastuse väljatöötamine võimaldas Faradayl 1831. aastal leiutada esimese elektrigeneraatori, mis muundab pöörleva vaskketta mehaanilise energia elektrienergiaks. Faraday ketas oli ebaefektiivne ja seda ei kasutatud praktilise generaatorina, kuid see näitas võimalust toota elektrit magnetismi abil ja selle võimaluse võtsid kasutusele need, kes tema arenguid jälgisid.
Võime keemilised reaktsioonid elektri tootmiseks ja elektri pöördvõimel keemilisi reaktsioone tekitada on lai valik rakendusi.
Elektrokeemia on alati olnud elektri uurimise oluline osa. Voltaic kolonni esialgsest leiutisest on galvaanilised elemendid arenenud mitmesugusteks akudeks, galvaanilisteks ja elektrolüütilisteks elementideks. Alumiiniumi toodetakse suurtes kogustes elektrolüüsi teel ja paljud kaasaskantavad elektroonikaseadmed kasutavad laetavaid toiteallikaid.
Elektriahelad
Elektriahel on elektriliste komponentide ühendus sellisel viisil, et suletud teed (ahelat) mööda läbima sunnitud elektrilaeng täidab tavaliselt mitmeid kasulikke ülesandeid.
Elektriahela komponendid võivad esineda mitmel kujul, toimides elementidena, nagu takistid, kondensaatorid, lülitid, trafod ja elektroonilised komponendid. Elektroonilised ahelad sisaldavad aktiivseid komponente, näiteks pooljuhte, mis tavaliselt töötavad mittelineaarselt ja nõuavad nende jaoks keerukat analüüsi. Lihtsamaid elektrilisi komponente nimetatakse passiivseteks ja lineaarseteks: kuigi need võivad ajutiselt energiat salvestada, ei sisalda nad selle allikaid ja töötavad lineaarselt.
Takisti on passiivsetest vooluahela elementidest ehk kõige lihtsam: nagu nimigi ütleb, peab see vastu seda läbivale voolule, hajutades elektrienergiat soojusena. Vastupidavus on laengu liikumise tagajärg läbi juhi: näiteks metallides on takistus eelkõige tingitud elektronide ja ioonide kokkupõrgetest. Ohmi seadus on vooluringiteooria põhiseadus ja väidab, et takistust läbiv vool on otseselt võrdeline selle potentsiaalide erinevusega. Enamiku materjalide takistus on suhteliselt konstantne laias temperatuuri- ja vooluvahemikus; materjale, mis vastavad nendele tingimustele, nimetatakse "oomiliseks". Oom on Georg Ohmi järgi nimetatud takistuse ühik, mida tähistatakse kreeka tähega Ω. 1 oom on takistus, mis tekitab ühe amprise voolu läbimisel ühe volti potentsiaalse erinevuse.
Kondensaator on Leydeni purgi täiendus ja seade, mis suudab salvestada laengut ja koguda seeläbi genereeritud väljas elektrienergiat. See koosneb kahest juhtivast plaadist, mis on eraldatud õhukese isoleeriva dielektrilise kihiga; praktikas on see paar õhukest metallfooliumi riba, mis on kokku keritud, et suurendada pindala ruumalaühiku kohta ja seega ka mahtuvust. Mahtuvusühikuks on Michael Faraday järgi nime saanud farad, mida tähistatakse sümboliga F: üks farad on mahtuvus, mis tekitab ühe kulonilise laengu salvestamisel ühe volti potentsiaalse erinevuse. Esmalt liigub vool läbi toiteallikaga ühendatud kondensaatori, kuna kondensaatorisse koguneb laeng; see vool aga väheneb kondensaatori laadimisel ja muutub lõpuks nulliks. Kondensaator ei lase seega alalisvoolu läbi, vaid blokeerib selle.
Induktiivsus on juht, tavaliselt traadipool, mis salvestab energiat magnetväljas, mis tekib siis, kui seda läbib vool. Kui vool muutub, muutub ka magnetväli, tekitades juhi otste vahele pinge. Indutseeritud pinge on võrdeline voolu muutumise kiirusega. Proportsionaalsuskoefitsienti nimetatakse induktiivsuseks. Induktiivsuse ühikuks on henry, mis sai nime Faraday kaasaegse Joseph Henry järgi. Ühe Henry induktiivsus on induktiivsus, mis põhjustab ühe volti suuruse potentsiaalide erinevuse seda läbiva voolu muutumise kiirusega üks amper sekundis. Induktiivpooli käitumine on vastupidine kondensaatorile: see läbib vabalt alalisvoolu ja blokeerib kiiresti muutuva voolu.
Elektrienergia
Elektrivõimsus on kiirus, millega elektriahelas elektrienergiat edastatakse. SI võimsuse ühik on vatt, võrdne ühe džauliga sekundis.
Elektrienergia, nagu ka mehaaniline võimsus, on töö tegemise kiirus, mõõdetuna vattides ja tähistatud tähega P. Mõiste võimsustarve tähendab kõnekeeles "elektrivõimsust vattides". Elektrivoolu I poolt toodetud elektrivõimsus vattides, mis on võrdne laengu Q kuloniga iga t sekundi järel läbi elektripotentsiaalide erinevuse (pinge) V on
P = QV/t = IV
- Q - elektrilaeng kulonides
- t - aeg sekundites
- I - elektrivool amprites
- V - elektripotentsiaal või pinge voltides
Elektrit toodetakse sageli elektrigeneraatorite abil, kuid seda saab toota ka keemiliste allikatega, nagu elektripatareid, või muul viisil, kasutades mitmesuguseid energiaallikaid. Tavaliselt tarnivad elektrit ettevõtetele ja kodudele elektrivõrgud. Elektrienergia arveldatakse tavaliselt kilovatt-tunni (3,6 MJ) kohta, mis on toodetud võimsus kilovattides, mis on korrutatud tööajaga tundides. Elektrienergiatööstuses tehakse võimsuse mõõtmine elektriarvestite abil, mis jätavad meelde kliendile antud elektrienergia koguhulka. Erinevalt fossiilkütustest on elekter madala entroopiaga energiavorm ja seda saab suure kasuteguriga muundada liikumisenergiaks või paljudeks muudeks energialiikideks.
Elektroonika
Elektroonika tegeleb elektriahelatega, mis hõlmavad aktiivseid elektrilisi komponente, nagu vaakumtorud, transistorid, dioodid ja integraallülitused, ning nendega seotud passiivseid ja lülituselemente. Aktiivsete komponentide mittelineaarne käitumine ja nende võime juhtida elektronide voogu võimaldab võimendada nõrku signaale ning elektroonikat laialdaselt kasutada infotöötluses, telekommunikatsioonis ja signaalitöötluses. Elektrooniliste seadmete võime toimida lülititena võimaldab infot digitaalselt töödelda. Lülituselemendid nagu trükkplaadid, pakkimistehnoloogiad ja mitmesugused muud sideinfrastruktuuri vormid täiendavad ahela funktsionaalsust ja muudavad erinevad komponendid normaalseks töösüsteemiks.
Tänapäeval kasutavad enamik elektroonikaseadmeid elektroonilise juhtimise rakendamiseks pooljuhtkomponente. Pooljuhtseadmete ja nendega seotud tehnoloogiate uurimist käsitletakse tahkisfüüsika haruna, praktiliste probleemide lahendamiseks mõeldud elektroonikalülituste projekteerimist ja ehitamist aga elektroonika valdkonda.
Elektromagnetlained
Faraday ja Ampère'i töö näitas, et ajas muutuv magnetväli tekitas elektrivälja ja ajas muutuv elektriväli oli magnetvälja allikas. Seega, kui üks väli aja jooksul muutub, indutseeritakse alati teine väli. Sellisel nähtusel on lainelised omadused ja seda nimetatakse loomulikult elektromagnetlaineks. Elektromagnetlaineid analüüsis teoreetiliselt James Maxwell 1864. aastal. Maxwell töötas välja võrrandite kogumi, mis suudaks üheselt kirjeldada elektrivälja, magnetvälja, elektrilaengu ja elektrivoolu vahelisi seoseid. Ta suutis ka tõestada, et selline laine levib tingimata valguse kiirusel ja seega on valgus ise elektromagnetkiirguse vorm. Valgust, välju ja laengut ühendavate Maxwelli seaduste väljatöötamine on teoreetilise füüsika ajaloo üks olulisemaid etappe.
Nii on paljude teadlaste töö võimaldanud elektroonika abil signaale muundada kõrgsageduslikeks võnkevooludeks ning sobiva kujuga juhtide kaudu võimaldab elekter neid signaale raadiolainete kaudu edastada ja vastu võtta väga pikkade vahemaade tagant.
Elektrienergia tootmine ja kasutamine
Elektrivoolu genereerimine ja edastamine
6. sajandil eKr e. Kreeka filosoof Thales Mileetusest katsetas merevaigupulkadega ja need katsed olid esimesed uuringud elektrienergia tootmise alal. Kuigi see meetod, mida praegu tuntakse triboelektrilise efektina, suutis tõsta ainult kergeid objekte ja tekitada sädemeid, oli see äärmiselt ebaefektiivne. Voltailise pooluse leiutamisega kaheksateistkümnendal sajandil sai kättesaadavaks elujõuline elektriallikas. Voltasammas ja selle kaasaegne järeltulija, elektriaku, salvestavad energiat keemilisel kujul ja vabastavad selle vajaduse korral elektrienergiana. Aku on mitmekülgne ja väga levinud toiteallikas, mis sobib ideaalselt paljudeks rakendusteks, kuid sellesse salvestatud energia on piiratud ja kui see on ära kasutatud, tuleb aku utiliseerida või uuesti laadida. Suurte vajaduste korral tuleb elektrienergiat toota ja edastada pidevalt läbi juhtivate elektriliinide.
Elektrit toodavad tavaliselt elektromehaanilised generaatorid, mida käitavad fossiilkütuste põletamisel tekkiv aur või tuumareaktsioonide soojus; või muudest allikatest, nagu tuulest või voolavast veest ammutatud kineetiline energia. Sir Charles Parsonsi 1884. aastal välja töötatud kaasaegne auruturbiin toodab tänapäeval erinevaid soojusallikaid kasutades umbes 80 protsenti maailma elektrist. Sellised ostsillaatorid ei sarnane Faraday 1831. aasta unipolaarse ketastsillaatoriga, kuid tuginevad siiski tema elektromagnetilisele printsiibile, mille kohaselt juht indutseerib muutuva magnetväljaga blokeerides oma otstes potentsiaalse erinevuse. Trafo leiutamine 19. sajandi lõpus tähendas, et elektrienergiat sai tõhusamalt üle kanda kõrgema pinge, kuid väiksema vooluga. Tõhus elektriülekanne tähendab omakorda seda, et elektrit saab toota tsentraliseeritud elektrijaamades, saades kasu mastaabisäästust, ja seejärel edastada seda suhteliselt pikkade vahemaade tagant sinna, kus seda vajatakse.
Kuna elektrienergiat ei ole võimalik lihtsalt salvestada piisavates kogustes, et rahuldada riigi mastaabis vajadusi, tuleb seda toota igal ajal nii palju, kui seda praegu vaja on. See kohustab kommunaalettevõtteid oma elektrikoormust hoolikalt prognoosima ja neid andmeid pidevalt elektrijaamadega kooskõlastama. Teatud tootmisvõimsust tuleks alati hoida varus elektrivõrgu turvavõrguna juhuks, kui nõudlus elektri järele suureneb järsult.
Nõudlus elektri järele kasvab kiiresti, kuna riik moderniseerub ja arendab oma majandust. Ameerika Ühendriikides kasvas nõudlus 20. sajandi esimesel kolmel kümnendil igal aastal 12 protsenti. Seda kasvutempot on praegu näha areneva majandusega riikides, nagu India või Hiina. Ajalooliselt on elektrinõudluse kasvutempo ületanud nõudluse kasvutempo teiste energialiikide järele.
Elektritootmisega seotud keskkonnaprobleemid on toonud kaasa suurenenud tähelepanu taastuvatest allikatest, eelkõige tuule- ja hüdroelektrijaamadest elektri tootmisele. Kuigi võib oodata jätkuvat arutelu erinevate elektritootmisviiside keskkonnamõju üle, on selle lõplik vorm suhteliselt puhas.
Elektri kasutamise viisid
Elektri edastamine on väga mugav viis energia edastamiseks ning seda on kohandatud tohutule ja kasvavale hulgale rakendustele. Praktilise hõõglambi leiutamine 1870. aastatel viis valgustuseni, mis oli üks esimesi massiliselt kättesaadavaid elektrienergia kasutusviise. Kuigi elektrifitseerimisega kaasnesid omad riskid, vähendas lahtise leegiga gaasivalgustuse asendamine oluliselt tuleohtu kodudes ja tehastes. Paljudes linnades on kasvava elektrivalgustuse turu rahuldamiseks loodud kommunaalettevõtted.
Joule'i kuumutustakistusefekti kasutatakse hõõglampide hõõgniitides ja see leiab otsesemat rakendust ka elektriküttesüsteemides. Kuigi see kütmisviis on mitmekülgne ja juhitav, võib seda pidada raiskavaks, kuna enamik elektritootmisviise eeldab juba elektrijaamas soojusenergia tootmist. Mitmed riigid, näiteks Taani, on välja andnud seadused, mis piiravad või keelavad takistusliku elektrikütte kasutamist uutes hoonetes. Elekter on aga endiselt väga praktiline kütmiseks ja jahutamiseks vajalik energiaallikas, kuna kliimaseadmed või soojuspumbad esindavad kasvavat nõudlust kütte- ja jahutuselektri järele, mille tagajärgedega peavad kommunaalettevõtted üha enam arvestama.
Elektrit kasutatakse telekommunikatsioonis ja tegelikult oli elektriline telegraaf, mida Cook ja Wheatstone 1837. aastal kaubanduslikult demonstreerisid, üks varasemaid elektrilise telekommunikatsiooni rakendusi. Esimeste mandritevaheliste ja seejärel transatlantiliste telegraafisüsteemide ehitamisega 1860. aastatel võimaldas elekter mõne minuti jooksul suhelda kogu maakeraga. Kiudoptika ja satelliitside on võtnud osa sideturust, kuid elekter jääb eeldatavasti selle protsessi oluliseks osaks.
Kõige ilmsem elektromagnetismi mõju kasutamine toimub elektrimootoris, mis on puhas ja tõhus abinõu edasiviiv jõud. Statsionaarsele mootorile, nagu vints, on lihtne toidet anda, kuid mobiilse rakenduse (nt elektrisõiduki) mootor peab kas liigutama kaasa toiteallikaid (nt akusid) või koguma voolu libiseva kontaktiga, mida nimetatakse pantograaf.
Elektroonikaseadmed kasutavad transistorit, mis on võib-olla üks 20. sajandi olulisemaid leiutisi, mis on kõigi kaasaegsete vooluahelate põhiline ehitusplokk. Kaasaegne integraallülitus võib sisaldada mitu miljardit miniatuurset transistorit vaid mõne ruutsentimeetri suurusel alal.
Elektrit kasutatakse kütuseallikana ka ühistranspordis, sh elektribussides ja -rongides.
Elektri mõju elusorganismidele
Elektrivoolu mõju inimkehale
Inimkehale rakendatav pinge põhjustab elektrivoolu läbi kudede ja kuigi see seos on mittelineaarne, siis mida rohkem pinget rakendatakse, seda rohkem voolu see indutseerib. Tundlik lävi erineb sõltuvalt võimsuse sagedusest ja voolu asukohast ning on ligikaudu 0,1 mA kuni 1 mA võrgusagedusega elektri puhul, kuigi teatud tingimustel võib elektrovibratsiooniefektina tuvastada voolu, mis ulatub ühe mikroamprini. Kui vool on piisavalt suur, võib see põhjustada lihaste kokkutõmbumist, südame rütmihäireid ja kudede põletusi. Elektrivoolu muudab eriti ohtlikuks see, kui puudub nähtav märge, et juht on pinge all. Elektrilöögi põhjustatud valu võib olla intensiivne, mistõttu elektrit kasutatakse mõnikord piinamismeetodina. Elektrilöögiga sooritatud surmanuhtlust nimetatakse hukkamiseks elektritoolis (elektrilöögiks). Elektrilöök on mõnes riigis endiselt kohtuliku karistuse vorm, kuigi selle kasutamine on viimasel ajal muutunud harvemaks.
Elektrilised nähtused looduses
Elekter ei ole inimese väljamõeldis, seda võib looduses täheldada mitmel kujul, mille märkimisväärne ilming on välk. Paljud makroskoopilisel tasandil tuttavad vastasmõjud, nagu puudutus, hõõrdumine või keemiline side, on tingitud elektriväljade vastastikmõjudest aatomitasandil. Arvatakse, et Maa magnetväli on tingitud planeedi tuumas ringlevate voolude loomulikust tekkest. Mõned kristallid, nagu kvarts või isegi suhkur, on võimelised tekitama oma pindadel potentsiaalseid erinevusi, kui neile avaldatakse välist survet. Selle nähtuse, mida tuntakse piesoelektrilisusena ja mis tuleneb kreekakeelsest sõnast piezein (πιέζειν), mis tähendab "pressima", avastasid 1880. aastal Pierre ja Jacques Curie. See efekt on pöörduv ja kui piesoelektriline materjal on allutatud elektriväljale, siis selle füüsikalised mõõtmed muutuvad veidi.
Mõned organismid, näiteks haid, suudavad tuvastada muutusi elektriväljades ja reageerida neile – seda võimet nimetatakse elektroretseptsiooniks. Samal ajal on teised organismid, mida nimetatakse elektrogeenseteks, võimelised ise tekitama pingeid, mis toimivad nende kaitse- või röövrelvana. Hümniforme seltsi kalad, kelle tuntuim liige on elektriangerjas, suudavad oma saaki tuvastada või uimastada muteerunud poolt tekitatud kõrgepinge abil. lihasrakud nimetatakse elektrirakkudeks (elektrotsüütideks). Kõik loomad edastavad teavet läbi rakumembraanide pingeimpulssidega, mida nimetatakse aktsioonipotentsiaalideks ja mille ülesanne on pakkuda närvisüsteem side neuronite ja lihaste vahel. Elektrilöök stimuleerib seda süsteemi ja põhjustab lihaste kokkutõmbumist. Tegevuspotentsiaalid vastutavad ka teatud tehaste tegevuse koordineerimise eest.
1850. aastal küsis William Gladstone teadlaselt Michael Faradaylt, mis on elektri väärtus. Faraday vastas: "Ühel päeval, söör, saate ta maksustada."
19. sajandil ja 20. sajandi alguses ei kuulunud elekter sellesse Igapäevane elu paljud inimesed, isegi tööstuslikult arenenud läänemaailmas. Sellest lähtuvalt kujutas tolleaegne populaarne kultuur teda sageli salapärase, peaaegu maagilise jõuna, mis võib tappa elavaid, äratada surnuid või muul viisil muuta loodusseadusi. See seisukoht hakkas valitsema Galvani katsetega 1771. aastal, mille käigus näidati, et surnud konnade jalad tõmblevad loomade elektri rakendamisel. Peagi pärast Galvani tööd teatati meditsiinikirjanduses ilmselt surnud või uppunud inimeste "elustamisest" või elustamisest. Need teated said Mary Shelleyle teada, kui ta asus kirjutama Frankensteini (1819), kuigi ta ei viita sellisele meetodile koletise ellu äratamiseks. Koletiste taaselustamine elektriga sai hiljem õudusfilmides kuumaks teemaks.
Nagu avalik tutvumine elektriga kui allikaga elujõud teisel tööstusrevolutsioonil näidati selle omanikke sagedamini positiivses valguses, näiteks elektrikuid, kelle kohta Rudyard Kiplingi 1907. aastal ilmunud luuletuses "Marta pojad" öeldakse, et "surm läbi kinnaste külmab sõrmi juhtmeid punudes". Mitmekesine sõidukid elektriajamiga liikumine oli Jules Verne'i ja Tom Swifti seikluslugudes silmapaistev. Elektrispetsialiste, olgu need väljamõeldud või tõelised, sealhulgas teadlased, nagu Thomas Edison, Charles Steinmetz või Nikola Tesla, peeti laialdaselt maagiliste võimetega mustkunstnikeks.
Kuna 20. sajandi teisel poolel lakkas elekter olemast uudne ja muutus igapäevaelus hädavajalikuks, pälvis see populaarkultuuri erilise tähelepanu alles siis, kui selle voolamine lakkas, mis oli tavaliselt katastroofist märku andev sündmus. Inimesi, kes toetasid tema sisenemist, nagu Jimmy Webbi nimetu kangelane filmis Wichita Fixer (1968), esitati üha enam kangelaslike ja maagiliste tegelastena.
