Struja je fizikalno svojstvo materije. Sastoji se od one negativne ili pozitivne interakcije između protona i elektrona materije. Izraz se odnosi na jantarnu boju, za svestranu i svijetlu boju koju je predstavio. Međutim, taj je pojam u znanstveno društvo prvi put uveo engleski znanstvenik William Gilbert (1544. - 1603.) u 16. stoljeću kako bi opisao fenomen energetske interakcije između čestica.
Što je električna energija
Sadržaj
Pod fizičkim elektricitetom podrazumijevaju se pojave koje se očituju prisutnošću električnih naboja prisutnih u tijelima, jer se sastoje od molekula i atoma, čija interakcija njihovih podčestica generira električne impulse. Pozitivni i negativni naboj na atomima je statički elektricitet, dok kretanje elektrona i njihovo oslobađanje od atoma proizvode električne struje.
Ovo je dio elektromagnetizma koji s gravitacijom i slabom nuklearnom silom i jakom nuklearnom silom tvori temeljne interakcije prirode.
Njegova etimologija dolazi od latinskog electrum, također od grčkog élektron, što znači "jantar". Grčki filozof Thales iz Mileta (624.-546. Pr. Kr.) Primijetio je kako trenje magnetizira jantar sa statičkim elektricitetom, a stoljećima kasnije znanstvenik Charles François de Cisternay du Fay (1698.-1739.) Primijetio je kako pozitivni naboji električne energije otkriveni su kad se trlja staklo, a zauzvrat su se pokazivali negativi kad se trljaju smole, poput jantara.
Protok energije od premještanja ili statičkog naboja je ono što se zove struja, ili prijenos elektrona s jednog atoma na drugi, te je dobivena električna snaga se mjeri u voltima ili vata, izraz koji se koristi u električnu energiju na engleskom jeziku i Ime je dobio po izumitelju parnog stroja Jamesu Watt-u (1736.-1819.).
Međutim, moguće je pronaći električnu energiju u prirodi, kao u slučaju atmosferskih događaja, bioelektričnosti (električna energija prisutna kod nekih životinja) i magnetosfere.
Jedan od najpoznatijih slučajeva životinja koje proizvode električnu energiju je onaj električne jegulje koja u svom tijelu ima elektrocite (organ ove životinje koji stvaraju električna polja), a koji se nalaze u cijelom tijelu, a funkcioniraju na sličan način neurona i mogu generirati do 500 voltnih pražnjenja.
Kako postoji raznolikost elemenata, njihovi su atomi različiti; zato su neki materijali nosači električne energije i drugi izolatori. Najbolji su vodiči metali, budući da u svojim atomima imaju malo elektrona, pa nije potrebno više energije da bi ove subatomske molekule preskakale s jednog atoma na drugi.
Karakteristike električne energije
Prema svojoj dinamici, podrijetlu, izvedbi i pojavama koje proizvodi, on ima osobine po kojima se ističe. Među glavnima su:
- Kumulativno. Postoje uređaji s mogućnošću pohrane električne energije u kemijskim tvarima unutar akumulatora, koji omogućuju njezino zadržavanje za kasniju uporabu (baterije).
- Njegov način dobivanja. U slučaju baterija ili ćelija, dobiva se kemijski; također elektromagnetskom indukcijom pri pomicanju vodiča u magnetskom polju, poput alternatora; i od svjetlosti, kada određene vrste metala oslobađaju elektrone kad na njih padne sunčeva svjetlost (solarni paneli).
- Njegovi učinci. To mogu biti fizikalne, mehaničke ili kinetičke, toplinske, kemijske, magnetske i svjetleće.
- Njegove manifestacije. Oni mogu biti u obliku munje, statičkog elektriciteta, strujanja struje, između ostalog.
- Opasnost. Stvaranjem topline može prouzročiti ozbiljne opekline i, u slučaju veće izloženosti, smrt.
- Otpornost i vodljivost. To je suprotnost nekih vrsta materije ispred njenog prolaska, odnosno njenog lakog protoka.
Vrste električne energije
Postoji nekoliko vrsta električne energije, a najvažnije su:
Statički
Statičnost proizlazi iz viška električnog naboja koji se nakuplja u provodnom ili izolacijskom materijalu.
Poznato je da su atomi sastavljeni od određenog broja protona (pozitivni naboj) u svojoj jezgri i istog broja elektrona (negativni naboj) koji kruže oko nje, što navedeni atom čini električno neutralnim ili u ravnoteži; ali kada se između dva tijela ili tvari stvara trenje, na navedenim objektima mogu nastati naboji.
To je zato što će elektroni oba materijala doći u kontakt, stvarajući neravnotežu u nabojima atoma, što dovodi do statičnosti. Tako se naziva jer se stvara u atomima koji miruju i njegov se naboj ne pomiče, već ostaje miran. Primjer za to je kada prođemo četku kroz kosu, a neke podigne statičko trenje između istog materijala i kose. Artefakti poput pisača koriste statiku za otkrivanje tonera ili tinte na papiru.
Dinamičan
Ovu vrstu stvara opterećenje koje se kreće ili njegov protok. Za to je potreban električni izvor (koji može biti kemijski, poput baterije ili elektromehanički, kao što je dinamo) zbog kojeg elektroni prolaze kroz vodljivi materijal kroz koji ti električni naboji mogu cirkulirati.
U njemu se elektroni premještaju s jednog atoma na drugi i tako dalje. Ta je cirkulacija poznata kao električna struja. Primjer ove vrste električne energije su električne utičnice koje su izvor dinamičke električne energije za uređaje i ostale uređaje kojima je potrebna električna energija.
Važno je naglasiti postojanje drugih vrsta električne energije, među kojima su:
- Osnovno: Ova vrsta se odnosi na privlačenje pozitivnih i negativnih naboja, gdje će se predmeti nabiti. Nastaje iz dva pola, koja se ne moraju nužno dodirivati, već međusobno privlačiti. Ova vrsta električne energije nalazi se u svakodnevnim predmetima.
- Ponašanje: Smatra se dijelom dinamike, jer se prevozi pomoću vodiča, zbog čega se nastavlja kretati kroz krugove. Postoje različiti vodiči, poput metala (posebno bakra), aluminija, zlata, ugljika, između ostalih.
- Elektromagnetsko: generira ga magnetsko polje, koje se može pohraniti i emitirati kao zračenje, pa se preporučuje da se dugo ne izlažete takvoj vrsti polja. Fizičar Hans Christian Ørsted (1777. - 1851.) Otkrio je vezu između magnetizma i elektriciteta, promatrajući da električna struja stvara magnetsko polje.
Među primjenama ove vrste električne energije ističe se u medicini, na primjer, za rendgenske aparate ili za obavljanje magnetske rezonancije.
- Industrijski: To je ono što se mora generirati za velike strojeve koji se koriste u masovnoj proizvodnji proizvoda, koji zahtijevaju velike količine energije jer su velike snage.
Razvijen je nakon što je znanost dokazala da čovjek može kanalizirati i koristiti prirodne izvore energije poput munje, postajući moćan izvor električne energije, što je omogućilo zadovoljavanje potreba industrije.
Električne manifestacije
Električno punjenje
Svojstvo je da se neke subatomske čestice (elektroni, neutroni i protoni) međusobno privlače i odbijaju, kao što definira njihovu elektromagnetsku interakciju. To se stvara u atomima koji će ga prenijeti u molekule drugog tijela ili kroz vodljivi materijal. Također se odnosi na sposobnost čestice da razmjenjuje fotone (čestice svjetlosti ili elektromagnetske energije).
To je prisutno, na primjer, kod statičkog elektriciteta, koji je naboj stacionaran u tijelu. Također, naboj stvara elektromagnetsku silu, jer stvara silu na druge. Optužbe mogu biti negativne, a druge pozitivne, a optužbe iste vrste odbit će se, dok će se privući suprotni tereti.
Naboji se mjere kroz jedinicu coulomb ili coulomb i predstavljeni su slovom C, a znače količinu naboja koja prolazi kroz presjek nekog vodiča u razdoblju od jedne sekunde. I materija i antimaterija imaju jednake i suprotne naboje odgovarajućim česticama.
Električna struja
To je protok električnog naboja kroz materijal, nastao kretanjem elektrona ili neke druge vrste naboja. Proizvest će magnetsko polje, jedan od električnih fenomena koji se može iskoristiti, u ovom slučaju elektromagnetom.
Materijali kroz koje će taj tok cirkulirati mogu biti čvrsti, tekući ili plinoviti. U čvrstim materijalima elektroni se kreću; ioni (atomi ili molekule koji nisu električki neutralni) kreću se u tekućinama; a plinoviti, mogu biti i elektroni i ioni.
Iznos trenutnog naboja za jedinicu vremena poznat je kao intenzitet električne struje, koji je označen slovom I i naveden je kao kuloni u sekundi ili amperu.
Električna struja može biti:
- Neprekidni ili izravni, a to su oni protoci naboja koji cirkuliraju stalnim putem, nijedan vakuumski period ne prekida, jer je samo u jednom smjeru.
- Alternativa, koja se kreće u dva smjera, mijenja svoju rutu i svoj intenzitet.
- Trifazna, koja je grupiranje tri izmjenične struje s istom amplitudom, frekvencijom i efektivnom vrijednošću (koncept koji se koristi za proučavanje periodičnih valova), što predstavlja razliku od 120 ° između faze i faze.
električno polje
To je elektromagnetsko polje koje je generirano električnim nabojem (čak i kad se ne kreće) i koje utječe na naboje koji ga okružuju ili su u njemu. Polja nisu mjerljiva, ali se mogu primijetiti opterećenja koja se na njih postavljaju.
Električno polje je fizički prostor u kojem međusobno djeluju električni naboji različitih tijela i definirana je koncentracija intenziteta električne sile. U ovom području svojstva su izmijenjena prisutnošću naboja.
Električni potencijal
Odnosi se na kapacitet električnog tijela ili energiju potrebnu za pomicanje tereta ili izvođenje radova i mjeri se u voltima. Ovaj koncept povezan je s potencijalom razlike, koja se definira kao energija potrebna za premještanje naboja iz jedne točke u drugu.
To se može definirati samo u ograničenom prostoru prostora za statičko polje, jer se za pokretne naboje koriste Liénard-Wiechertovi potencijali (oni opisuju elektromagnetska polja raspodjele pokretnih naboja).
Elektromagnetizam
To se odnosi na magnetska polja koja nastaju uslijed električnih naboja koji se kreću i koja proizvode privlačnost ili odbojnost prema materijalima koji se nalaze u tim poljima, a koji mogu generirati električnu struju.
Električni krugovi
Odnosi se na spoj najmanje dvije električne komponente, tako da električni naboj može teći zatvorenim putem za neku određenu svrhu. Sastoje se od elemenata poput komponenata, čvorova, grana, mreža, izvora i vodiča.
Postoje sklopovi s prijemnikom, kao u slučaju žarulja ili zvona; serijski sklopovi, poput božićnih lampica; paralelni krugovi, kao u slučaju svjetla koja se istovremeno uključuju istim prekidačem; mješoviti krugovi (kombiniraju seriju i paralelu); i preklopljeni, a to su oni koji omogućuju, na primjer, uključivanje jednog ili više svjetala s više različitih točaka.
Povijest električne energije
Prethodnici električne energije sežu u antička vremena, čak gotovo tri tisuće godina prije Krista, gdje su ljudi promatrali određene električne pojave u prirodi, unatoč tome što nisu znali kako su proizvedeni niti njihova dinamika. Isto tako, bili su svjedoci određenih magnetskih pojava koje proizvode neke vrste materijala dobivenih u prirodi, poput magnetita ili njegove prisutnosti u životinja.
Otprilike 2.750 pne., Egipatska je civilizacija pisala o električnim ribama pronađenim u rijeci Nil, nazivajući ih zaštitnicima druge faune u njoj. Otprilike 600. pne., Tales iz Mileta prva je osoba koja je otkrila da je jantar stekao električna i magnetska svojstva trljajući se određenim materijalom. Ali električna energija kao znanost datira iz sedamnaestog i osamnaestog stoljeća, usred znanstvene revolucije, kada je pojava ovog područja proučavanja bio savršen kontekst za početak industrijske revolucije i njezino širenje u cijelom suvremenom svijetu koji se dizao, bio je presudan za razvoj čovječanstva.
Prije toga, u 16. stoljeću, filozof i liječnik William Gilbert (1544. - 1603.) dao je važan doprinos proučavanju električnog fenomena, obraćajući posebnu pažnju na elektricitet i magnetizam. Pojmovi "električna energija" i "električni" prvi se put pojavljuju 1646. godine u djelu Engleza Thomasa Brownea (1605.-1682. ). Mjerne jedinice za različite električne pojave pojavile su se kasnije zahvaljujući višestrukim doprinosima intelektualaca u fizici.
Znanstvenik, političar i izumitelj Benjamin Franklin (1706-1790), 1752. godine uspio je usmjeriti električnu snagu koja se nalazi u munji kroz zmaja, što je dovelo do izuma gromobrana; uređaj koji se koristi za provođenje električne energije od munje do zemlje. Kasnije je talijanski fizičar Alessandro Volta (1745.-1827.) Izumio naponsku bateriju 1800. godine koja je omogućila skladištenje energije, iskorištavajući upotrebu električne energije generirane kemijskim reakcijama; a 1831. fizičar Michael Faraday (1791-1867) razvio je prvi električni generator, koji je omogućio neprekidno slanje električne struje.
Prva faza industrijske revolucije nije uključivala električnu energiju za svoj razvoj, jer se koristila energija generirana parom. Već prema drugoj industrijskoj revoluciji u 19. stoljeću, električna energija i nafta koristili su se za proizvodnju energije, što je omogućilo znanstveniku Thomasu Alvi Edisonu (1847.-1931.) Da zapali prvu žarulju s žarnom niti 1879. godine.
Krajem 19. i početkom 20. stoljeća Edison, branitelj istosmjerne struje i izumitelj i inženjer Nikola Tesla (1856.-1943.), Otac izmjenične struje, osporavao je budućnost električne energije.
Istosmjerna struja popularizirana je u Sjedinjenim Državama za kućnu i industrijsku upotrebu; međutim, ubrzo je otkriveno da je neučinkovit na velikim udaljenostima i kada je potreban veći napon, te emitira ogromne količine topline.
Tesla je razvio eksperimente koji su doveli do otkrivanja alternativnih načina prijenosa električne energije na učinkovitiji način, što je rezultiralo otkrićem izmjenične struje.
George Westinghouse (1846.-1914.), Američki poduzetnik, podržao je i kupio Teslin izum koji je na kraju dobio bitku za električnu energiju jer je riječ o jeftinijoj vrsti struje s manjim gubicima energije.
Važnost električne energije
Njegova je važnost vitalna za suvremeni život, budući da je jedan od temeljnih stupova današnjeg društva, jer u osnovi sve što ljudi koriste uključuje električnu energiju kako bi funkcionirala: električni uređaji, strojevi, komunikacije, neki oblici prijevoza, proizvodnja roba i usluga, za područje medicine, znanosti, između ostalih.
Može ga stvoriti čovjek ili ga iskoristiti izravno iz prirode. Čovjek proizvedenu električnu energiju stvaraju turbine, kondenzatori i strojevi koji se oslanjaju na prirodnu silu da funkcionira, poput brana, koje snagom velikih količina vode stvaraju struju koja opskrbljuje velike gradove.
Planeta Zemlja također je sposobna generirati električnu energiju, one zrake, bljeskovi i munje koje vidimo na nebu usred oluje su električni pražnjenji generirani sudarom ogromnih nakupina materije i energije. To se naziva prirodna električna struja i čovjek je može koristiti s gromobranima i super otpornim vodičima koji mogu apsorbirati udar pražnjenja takve veličine.
10 primjera korištenja električne energije
Električna energija ima višestruku primjenu u ljudskim aktivnostima. Među najistaknutijim primjerima su:
- U vozilima s automobilskom električnom energijom koja kruži kroz krugove koji dopiru do njezinih dijelova i kojima je potrebna električna energija, kao što su svjetla, sirena, motor, a generira se iz baterije.
- Za rasvjetu, odnosno za uključivanje kućne, javne i industrijske rasvjete.
- Za paljenje električnih uređaja i elektronike.
- Za stvaranje topline u umjerenoj klimi, primjerice grijanjem.
- Za prijevoz, poput zrakoplova, jer im je potrebna struja za polijetanje.
- Za medicinsko područje, koristi se u uređajima koji se koriste za analize i studije.
- U industriji koja zahtijeva velike količine električnog naboja za proizvodnju proizvoda široke potrošnje.
- Da generira kretanje kroz motore koji pokreću električnu snagu, pretvarajući električnu energiju u mehaničku.
- Za komunikaciju, koristi se među ostalim u uređajima poput repetitorskih antena, odašiljača.
- Za transport i kontrolu tekućina, poput vode, kroz magnetne ventile koji pomažu ublažiti protok.
