/ ɪˌlɛkˈtrɪsəti /

существительное

Определение ЭЛЕКТРИЧЕСТВА учащимися

[noncount]

Основные определения — Электричество | Определенный электрический

Электричество — это общий термин, который охватывает множество явлений, возникающих в результате присутствия и протекания электрического заряда.К ним относятся многие легко узнаваемые явления, такие как молния и статическое электричество, но, кроме того, менее знакомые понятия, такие как электромагнитное поле и электромагнитная индукция.

В общем смысле слово «электричество» адекватно обозначению ряда физических эффектов. Однако в научном обиходе этот термин расплывчат, и эти связанные, но различные концепции лучше идентифицировать с помощью более точных терминов:

• Электрический заряд — свойство некоторых субатомных частиц, определяющее их электромагнитные взаимодействия.Электрически заряженная материя находится под влиянием электромагнитных полей и производит их.
• Электрический ток — движение или поток электрически заряженных частиц, обычно измеряемый в амперах.
• Электрическое поле — воздействие электрического заряда на другие заряды, находящиеся поблизости.
• Электрический потенциал — способность электрического поля выполнять работу с электрическим зарядом, обычно измеряемая в вольтах.
• Электромагнетизм — фундаментальное взаимодействие между магнитным полем и наличием и движением электрического заряда.

Электрические явления изучались с древних времен, хотя успехи в науке не были достигнуты до семнадцатого и восемнадцатого веков. Однако практических применений электричества оставалось немного, и только в конце девятнадцатого века инженеры смогли применить его в промышленности и в жилых помещениях. Быстрое развитие электрических технологий в это время изменило промышленность и общество. Необычайная универсальность электричества как источника энергии означает, что его можно использовать в практически неограниченном наборе приложений, включая транспорт, отопление, освещение, связь и вычисления.Основой современного индустриального общества является и, как можно ожидать, в обозримом будущем использование электроэнергии.

История

Задолго до того, как появились какие-либо знания об электричестве, люди знали о ударах электрических рыб. Древние египетские тексты, датируемые 2750 годом до нашей эры, называют этих рыб «Громовержец Нила» и описывают их как «защитников» всех остальных рыб. О них снова сообщили тысячелетия спустя древнегреческие, римские и арабские естествоиспытатели и врачи.Некоторые древние писатели, такие как Плиний Старший и Скрибоний Ларгус, засвидетельствовали ошеломляющее действие электрического шока, вызываемого сомом и торпедными лучами, и знали, что такие разряды могут распространяться по проводящим объектам. Пациентам, страдающим такими заболеваниями, как подагра или головная боль, приказывали прикоснуться к электрической рыбе в надежде, что мощный толчок их вылечит. Возможно, самый ранний и ближайший подход к открытию тождества молнии и электричества из любого другого источника следует приписать арабам, у которых до 15 века арабское слово «молния» (раад) применялось к электрическому лучу.

Древние культуры Средиземноморья знали, что определенные предметы, такие как янтарные стержни, можно натирать кошачьей шерстью, чтобы привлечь легкие предметы, например перья. Фалес из Милета провел серию наблюдений за статическим электричеством около 600 г. до н.э., из которых он полагал, что трение делает янтарь магнитным, в отличие от минералов, таких как магнетит, которые не нуждаются в трении. Фалес ошибался, полагая, что притяжение было вызвано магнитным эффектом, но позже наука доказала связь между магнетизмом и электричеством.Согласно спорной теории, парфяне, возможно, знали гальваническое покрытие, основанное на открытии в 1936 году Багдадской батареи, которая напоминает гальванический элемент, хотя неясно, был ли артефакт электрическим по своей природе.

Электричество оставалось лишь интеллектуальным курьезом на протяжении тысячелетий до 1600 года, когда английский врач Уильям Гилберт провел тщательное исследование электричества и магнетизма, отличив магнитный эффект от статического электричества, возникающего при натирании янтаря.Он придумал новое латинское слово electricus («янтарь» или «как янтарь» от ???????? [электрон], греческого слова «янтарь») для обозначения свойства притягивать маленькие предметы после того, как они были потер. Эта ассоциация породила английские слова «электрический» и «электричество», которые впервые появились в печати в книге Томаса Брауна «Pseudodoxia Epidemica» 1646 года.

Дальнейшую работу проводили Отто фон Герике, Роберт Бойль, Стивен Грей и К. Ф. дю Фэй. В 18 веке Бенджамин Франклин провел обширные исследования в области электричества, продав свое имущество для финансирования своей работы.Считается, что в июне 1752 года он прикрепил металлический ключ к нижней части смоченной струны воздушного змея и запустил воздушного змея в грозовом небе. Последовательность искр, прыгающих от ключа к тыльной стороне руки, показала, что молния действительно имела электрическую природу.

В 1791 году Луиджи Гальвани опубликовал свое открытие биоэлектричества, продемонстрировав, что электричество является средой, с помощью которой нервные клетки передают сигналы мышцам. Батарея Алессандро Вольта, или гальваническая батарея 1800 г., сделанная из чередующихся слоев цинка и меди, предоставила ученым более надежный источник электроэнергии, чем использовавшиеся ранее электростатические машины.Признание электромагнетизма, единства электрических и магнитных явлений, принадлежит Гансу Кристиану Эрстеду и Андре-Мари Амперу в 1819-1820 годах; Майкл Фарадей изобрел электродвигатель в 1821 году, а Георг Ом математически проанализировал электрическую схему в 1827 году.

В то время как начало 19 века ознаменовалось быстрым прогрессом электротехники, конец 19 века станет свидетелем наибольшего прогресса в электротехнике. Благодаря таким людям, как Никола Тесла, Томас Эдисон, Отто Блати, сэр Чарльз Парсонс, Джордж Вестингауз, Эрнст Вернер фон Сименс, Александр Грэм Белл и лорд Кельвин, электричество было превращено из научного любопытства в важный инструмент современной жизни, став двигателем. сила Второй промышленной революции.

Концепции

Электрический заряд

Электрический заряд — это свойство определенных субатомных частиц, которое порождает электромагнитную силу, одну из четырех фундаментальных сил природы, и взаимодействует с ней. Заряд возникает в атоме, в котором его наиболее известными носителями являются электрон и протон. Это постоянная величина, то есть чистый заряд в изолированной системе всегда будет оставаться постоянным, независимо от любых изменений, происходящих в этой системе.Внутри системы заряд может передаваться между телами либо путем прямого контакта, либо путем прохождения по проводящему материалу, например по проводу. Неофициальный термин «статическое электричество» относится к чистому наличию (или «дисбалансу») заряда на теле, обычно вызываемому трением разнородных материалов друг о друга, передавая заряд от одного к другому.

Наличие заряда приводит к возникновению электромагнитной силы: заряды действуют друг на друга, эффект, который был известен, хотя и не понят, в древности.Легкий шар, подвешенный на веревке, можно зарядить, коснувшись его стеклянным стержнем, который сам заряжается путем трения тканью. Если такой же шар заряжается тем же стеклянным стержнем, обнаруживается, что он отталкивает первый: этот заряд заставляет два шара разойтись. Два шара, заряженные натертым янтарным стержнем, также отталкиваются друг от друга. Однако, если один шар заряжается стеклянным стержнем, а другой — янтарным, оказывается, что два шара притягиваются друг к другу. Эти явления исследовал в конце восемнадцатого века Шарль-Огюстен де Кулон, который пришел к выводу, что обвинение проявляется в двух противоположных формах.Это открытие привело к хорошо известной аксиоме: объекты с одинаковым зарядом отталкиваются, а объекты с противоположным зарядом — притягиваются.

Сила действует на сами заряженные частицы, поэтому заряд имеет тенденцию максимально равномерно распространяться по проводящей поверхности. Величина электромагнитной силы, притягивающей или отталкивающей, задается законом Кулона, который связывает силу с произведением зарядов и имеет отношение обратных квадратов к расстоянию между ними. Электромагнитная сила очень сильна, уступая по силе только сильному взаимодействию, но в отличие от этой силы она действует на всех расстояниях.По сравнению с гораздо более слабой гравитационной силой, электромагнитная сила, отталкивающая два электрона, в 1042 раза больше, чем гравитационное притяжение, стягивающее их вместе.

Заряд электронов и протонов противоположен по знаку, поэтому величина заряда может быть выражена как отрицательная или положительная. По соглашению заряд, переносимый электронами, считается отрицательным, а заряд протонов — положительным, что возникло в результате работы Бенджамина Франклина. Величина заряда обычно обозначается символом Q и выражается в кулонах; каждый электрон несет одинаковый заряд примерно? 1.6022 × 10? 19 кулон. Протон имеет заряд, равный и противоположный, и, следовательно, +1,6022 × 10 ~ 19 кулонов. Зарядом обладает не только материя, но и антивещество, каждая античастица несет равный и противоположный заряд соответствующей частице.

Заряд можно измерить несколькими способами. Одним из первых инструментов был электроскоп с золотым листом, который, хотя до сих пор используется для демонстраций в классе, был заменен электронным электрометром.

Электрический ток

Движение электрического заряда называется электрическим током, сила которого обычно измеряется в амперах.Ток может состоять из любых движущихся заряженных частиц; чаще всего это электроны, но любой движущийся заряд представляет собой ток.

Исторически сложилось так, что положительный ток определяется как имеющий то же направление потока, что и любой положительный заряд, который он содержит, или как протекающий от наиболее положительной части цепи к наиболее отрицательной части. Определенный таким образом ток называется обычным током. Таким образом, движение отрицательно заряженных электронов по электрической цепи, одна из наиболее известных форм тока, считается положительным направлением, противоположным движению электронов.Однако, в зависимости от условий, электрический ток может состоять из потока заряженных частиц в любом направлении или даже в обоих направлениях одновременно. Для упрощения этой ситуации широко используется переход от положительного к отрицательному.

Процесс прохождения электрического тока через материал называется электропроводностью, и его природа зависит от заряженных частиц и материала, через который они проходят. Примеры электрических токов включают металлическую проводимость, когда электроны проходят через проводник, такой как металл, и электролиз, когда ионы (заряженные атомы) проходят через жидкости.Хотя сами частицы могут двигаться довольно медленно, иногда со средней скоростью дрейфа всего доли миллиметра в секунду, электрическое поле, которое их движет, само распространяется со скоростью, близкой к скорости света, позволяя электрическим сигналам быстро проходить по проводам.

Ток вызывает несколько наблюдаемых эффектов, которые исторически были средством распознавания его присутствия. То, что вода может быть разложена током от гальванической батареи, было обнаружено Николсоном и Карлайлом в 1800 году. Этот процесс теперь известен как электролиз.Их работа была значительно расширена Майклом Фарадеем в 1833 году. Ток через сопротивление вызывает локальное нагревание — эффект, который Джеймс Прескотт Джоуль изучил математически в 1840 году. Одно из самых важных открытий, касающихся тока, было случайно сделано Гансом Кристианом Орстедом в 1820 году, когда , готовясь к лекции, он стал свидетелем того, как ток в проводе мешал стрелке магнитного компаса. Он открыл электромагнетизм, фундаментальное взаимодействие между электричеством и магнетизмом.

В инженерных или бытовых приложениях ток часто описывается как постоянный (DC) или переменный (AC) ток. Эти термины относятся к тому, как ток изменяется во времени. Постоянный ток, вырабатываемый, например, батареей и требуемый большинством электронных устройств, представляет собой однонаправленный поток от положительной части цепи к отрицательной. Если, как это обычно бывает, этот поток переносится электронами, они будут двигаться в противоположном направлении. Переменный ток — это любой ток, который неоднократно меняет направление; почти всегда это принимает форму синусоидальной волны.Таким образом, переменный ток пульсирует вперед и назад внутри проводника, при этом заряд не перемещается на какое-либо расстояние с течением времени. Усредненное по времени значение переменного тока равно нулю, но он передает энергию сначала в одном направлении, а затем в обратном. На переменный ток влияют электрические свойства, которые не наблюдаются при установившемся постоянном токе, такие как индуктивность и емкость. Однако эти свойства могут стать важными, когда схема подвержена переходным процессам, например, при первом включении.

Электрическое поле

Понятие электрического поля было введено Майклом Фарадеем. Электрическое поле создается заряженным телом в пространстве, которое его окружает, и приводит к силе, действующей на любые другие заряды, помещенные в поле. Электрическое поле действует между двумя зарядами аналогично тому, как гравитационное поле действует между двумя массами, и, подобно ему, распространяется к бесконечности и показывает обратную квадратичную зависимость от расстояния. Однако есть важное отличие.Гравитация всегда действует как притяжение, сближая две массы, в то время как электрическое поле может приводить либо к притяжению, либо к отталкиванию. Поскольку большие тела, такие как планеты, обычно не несут чистого заряда, электрическое поле на расстоянии обычно равно нулю. Таким образом, гравитация является доминирующей силой на расстоянии во Вселенной, несмотря на то, что она намного слабее.

Электрическое поле обычно изменяется в пространстве, и его сила в любой точке определяется как сила (на единицу заряда), которую чувствовал бы неподвижный, незначительный заряд, если бы он был помещен в эту точку.Концептуальный заряд, называемый «пробным зарядом», должен быть исчезающе малым, чтобы его собственное электрическое поле не мешало основному полю, а также должен быть стационарным, чтобы предотвратить действие магнитных полей. Поскольку электрическое поле определяется в терминах силы, а сила — это вектор, отсюда следует, что электрическое поле также является вектором, имеющим как величину, так и направление. В частности, это векторное поле.

Изучение электрических полей, создаваемых стационарными зарядами, называется электростатикой.Поле может быть визуализировано набором воображаемых линий, направление которых в любой точке совпадает с направлением поля. Эта концепция была введена Фарадеем, чей термин «силовые линии» все еще иногда находит применение. Линии поля — это пути, по которым точечный положительный заряд будет стремиться пройти, когда он был вынужден перемещаться внутри поля; однако они представляют собой воображаемую концепцию, не имеющую физического существования, и поле пронизывает все промежуточное пространство между линиями. Силовые линии, исходящие от стационарных зарядов, обладают несколькими ключевыми свойствами: во-первых, они возникают при положительных зарядах и заканчиваются при отрицательных зарядах; во-вторых, они должны входить в любой хороший проводник под прямым углом, и в-третьих, чтобы они никогда не пересекались или не приближались друг к другу.

Полое проводящее тело несет весь свой заряд на своей внешней поверхности. Таким образом, поле равно нулю во всех точках тела. Это принцип действия клетки Фарадея, проводящей металлической оболочки, которая изолирует ее внутреннее пространство от внешних электрических воздействий.

Принципы электростатики важны при проектировании высоковольтного оборудования. Существует конечный предел напряженности электрического поля, которому может противостоять любая среда. За пределами этой точки происходит электрический пробой, и электрическая дуга вызывает пробой между заряженными частями.Например, воздух имеет тенденцию образовывать дугу через небольшие промежутки при напряженности электрического поля, превышающей 30 кВ на сантиметр. На больших зазорах его прочность на пробой ниже, возможно, 1 кВ на сантиметр. Наиболее очевидным естественным явлением этого является молния, возникающая, когда заряд отделяется в облаках от восходящих столбов воздуха и увеличивает электрическое поле в воздухе до уровня, превышающего его способность выдерживать. Напряжение большого грозового облака может достигать 100 МВ, а энергия разряда — 250 кВтч.

На напряженность поля сильно влияют близлежащие проводящие объекты, и она особенно интенсивна, когда поле вынуждено огибать резко заостренные объекты. Этот принцип используется в громоотводе, острый острие которого способствует развитию удара молнии в нем, а не в здании, которое он служит для защиты.

Электрический потенциал

Понятие электрического потенциала тесно связано с понятием электрического поля. Небольшой заряд, помещенный в электрическое поле, испытывает силу, и для того, чтобы подвести этот заряд к этой точке против силы, требуется работа.Электрический потенциал в любой точке определяется как энергия, необходимая для медленного переноса тестового заряда с бесконечного расстояния в эту точку. Обычно он измеряется в вольтах, а один вольт — это потенциал, на который необходимо затратить один джоуль работы, чтобы вывести из бесконечности заряд в один кулон. Это определение потенциала, хотя и формальное, имеет мало практического применения, и более полезное понятие — это понятие разности электрических потенциалов, которое представляет собой энергию, необходимую для перемещения единичного заряда между двумя заданными точками.Электрическое поле обладает особым свойством консервативности, что означает, что путь, пройденный испытательным зарядом, не имеет значения: все пути между двумя заданными точками расходуют одинаковую энергию, и, таким образом, можно указать уникальное значение разности потенциалов. Вольт настолько четко обозначен как единица измерения и описания разности электрических потенциалов, что термин «напряжение» находит все большее применение в повседневной жизни.

Для практических целей полезно определить общую точку отсчета, с которой можно выражать и сравнивать потенциалы.Хотя это может быть бесконечность, гораздо более полезным ориентиром является сама Земля, которая, как предполагается, имеет одинаковый потенциал повсюду. Эта точка отсчета естественным образом носит название «земля» или «земля». Предполагается, что Земля является бесконечным источником равных количеств положительного и отрицательного заряда и, следовательно, электрически незаряжена — и не заряжается.

Электрический потенциал — это скалярная величина, то есть он имеет только величину, а не направление. Его можно рассматривать как аналог высоты: точно так же, как выпущенный объект упадет через разницу в высоте, вызванную гравитационным полем, так и заряд «упадет» на напряжение, вызванное электрическим полем.Поскольку на рельефных картах показаны контурные линии, обозначающие точки одинаковой высоты, ряд линий, обозначающих точки с одинаковым потенциалом (известные как эквипотенциалы), можно провести вокруг электростатически заряженного объекта. Эквипотенциалы пересекают все силовые линии под прямым углом. Они также должны лежать параллельно поверхности проводника, иначе это создаст силу, которая переместит носители заряда в соответствие с потенциалом поверхности.

Электрическое поле формально определялось как сила, действующая на единицу заряда, но концепция потенциала допускает более полезное и эквивалентное определение: электрическое поле — это локальный градиент электрического потенциала.Обычно выражается в вольтах на метр, направление вектора поля — это линия наибольшего наклона потенциала, где эквипотенциалы лежат ближе всего друг к другу.

Электромагнетизм

Открытие Эрстеда в 1821 году, что магнитное поле существует вокруг всех сторон провода, по которому проходит электрический ток, указывает на прямую связь между электричеством и магнетизмом. Более того, взаимодействие казалось отличным от гравитационных и электростатических сил, двух известных тогда сил природы.Сила, действующая на стрелку компаса, не направляла ее к токоведущему проводу или от него, а действовала под прямым углом к ​​нему. Слегка неясные слова Эрстеда заключались в том, что «электрический конфликт действует вращающимся образом». Сила также зависела от направления тока, так как если поток был обратным, то сила тоже.

Эрстед не полностью понимал свое открытие, но он заметил, что эффект был обратным: ток воздействует на магнит, а магнитное поле действует на ток.Это явление было дополнительно исследовано Ампером, который обнаружил, что два параллельных токоведущих провода оказывают друг на друга силу: два провода, проводящие токи в одном направлении, притягиваются друг к другу, а провода, содержащие токи в противоположных направлениях, раздвигаются. Взаимодействие опосредуется магнитным полем, которое создает каждый ток, и составляет основу международного определения ампера.

Эта взаимосвязь между магнитными полями и токами чрезвычайно важна, поскольку она привела к изобретению электродвигателя Майклом Фарадеем в 1821 году.Униполярный двигатель Фарадея состоял из постоянного магнита, находящегося в луже ртути. Пропускали ток через проволоку, подвешенную на стержне над магнитом, и погружали в ртуть. Магнит оказывал на провод тангенциальную силу, заставляя его вращаться вокруг магнита до тех пор, пока поддерживался ток.

Эксперименты Фарадея в 1831 году показали, что провод, движущийся перпендикулярно магнитному полю, создает разность потенциалов между своими концами. Дальнейший анализ этого процесса, известного как электромагнитная индукция, позволил ему сформулировать принцип, ныне известный как закон индукции Фарадея, согласно которому разность потенциалов, индуцированная в замкнутой цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока в контуре.Использование этого открытия позволило ему в 1831 году изобрести первый электрический генератор, в котором он преобразовал механическую энергию вращающегося медного диска в электрическую. Диск Фарадея был неэффективен и бесполезен в качестве практического генератора, но он показал возможность генерирования электроэнергии с помощью магнетизма, и эта возможность была использована теми, кто последовал за его работой.

Работа Фарадея и Ампера показали, что изменяющееся во времени магнитное поле действует как источник электрического поля, а изменяющееся во времени электрическое поле является источником магнитного поля.Таким образом, когда одно поле изменяется во времени, обязательно индуцируется поле другого. Такое явление имеет свойства волны и, естественно, называется электромагнитной волной. Электромагнитные волны были теоретически проанализированы Джеймсом Клерком Максвеллом в 1864 году. Максвелл разработал систему уравнений, которые могли однозначно описать взаимосвязь между электрическим полем, магнитным полем, электрическим зарядом и электрическим током. Более того, он мог доказать, что такая волна обязательно будет двигаться со скоростью света, и, таким образом, сам свет был формой электромагнитного излучения.Законы Максвелла, объединяющие свет, поля и заряд, — одна из важнейших вех теоретической физики.

Электрические схемы

Электрическая цепь — это соединение электрических компонентов таким образом, что электрический заряд движется по замкнутому пути (цепи), обычно для выполнения некоторой полезной задачи.

Компоненты в электрической цепи могут принимать различные формы, включая такие элементы, как резисторы, конденсаторы, переключатели, трансформаторы и электронику.Электронные схемы содержат активные компоненты, обычно полупроводники, и обычно демонстрируют нелинейное поведение, требующее сложного анализа. Простейшими электрическими компонентами являются те, которые называются пассивными и линейными: хотя они могут временно накапливать энергию, они не содержат ее источников и демонстрируют линейные ответы на стимулы.

Резистор, пожалуй, самый простой из пассивных элементов схемы: как следует из названия, он сопротивляется протекающему через него току, рассеивая свою энергию в виде тепла.Сопротивление является следствием движения заряда через проводник: например, в металлах сопротивление в первую очередь возникает из-за столкновений между электронами и ионами. Закон Ома — это основной закон теории цепей, гласящий, что ток, проходящий через сопротивление, прямо пропорционален разности потенциалов на нем. Сопротивление большинства материалов относительно постоянно в диапазоне температур и токов; материалы в этих условиях известны как «омические». Ом, единица сопротивления, был назван в честь Георга Ома и обозначается греческой буквой?.1? сопротивление, которое будет создавать разность потенциалов в один вольт в ответ на ток в один ампер.

Конденсатор — это устройство, способное накапливать заряд и тем самым накапливать электрическую энергию в результирующем поле. Концептуально он состоит из двух проводящих пластин, разделенных тонким изолирующим слоем; на практике тонкие металлические фольги скручиваются вместе, увеличивая площадь поверхности на единицу объема и, следовательно, емкость. Единица измерения емкости — фарад, названная в честь Майкла Фарадея, и обозначенная символом F: один фарад — это емкость, которая развивает разность потенциалов в один вольт, когда он хранит заряд в один кулон.Конденсатор, подключенный к источнику напряжения, первоначально вызывает ток по мере накопления заряда; этот ток, однако, со временем спадет по мере заполнения конденсатора, в конечном итоге упав до нуля. Следовательно, конденсатор не пропускает установившийся ток, а вместо этого блокирует его.

Катушка индуктивности представляет собой проводник, обычно катушку с проволокой, который накапливает энергию в магнитном поле в ответ на ток, проходящий через него. Когда меняется ток, меняется и магнитное поле, вызывая напряжение между концами проводника.Индуцированное напряжение пропорционально скорости изменения тока во времени. Константа пропорциональности называется индуктивностью. Единицей измерения индуктивности является генри, названный в честь Джозефа Генри, современника Фарадея. Один генри — это индуктивность, которая вызывает разность потенциалов в один вольт, если ток через нее изменяется со скоростью один ампер в секунду. Поведение индуктора в некотором смысле противоположно поведению конденсатора: он свободно пропускает неизменный ток, но противодействует быстро меняющемуся.

Производство и использование

Генерация и трансмиссия

Эксперименты Фалеса с янтарными стержнями были первыми исследованиями в области производства электроэнергии. Хотя этот метод, теперь известный как трибоэлектрический эффект, позволяет поднимать легкие объекты и даже генерировать искры, он крайне неэффективен. Только после изобретения гальванической батареи в восемнадцатом веке стал доступен жизнеспособный источник электричества. Гальваническая батарея и ее современный потомок, электрическая батарея, хранят энергию химически и делают ее доступной по запросу в виде электрической энергии.Батарея является универсальным и очень распространенным источником питания, который идеально подходит для многих приложений, но ее запас энергии ограничен, и после разрядки ее необходимо утилизировать или перезарядить. При больших потребностях в электроэнергии электрическая энергия должна генерироваться и непрерывно передаваться по проводящим линиям передачи.

Электроэнергия обычно вырабатывается электромеханическими генераторами, приводимыми в действие паром, образующимся при сгорании ископаемого топлива, или теплом, выделяемым в результате ядерных реакций; или из других источников, таких как кинетическая энергия, извлекаемая из ветра или текущей воды.Современная паровая турбина, изобретенная сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году, сегодня вырабатывает около 80 процентов электроэнергии в мире, используя различные источники тепла. Такие генераторы не похожи на униполярный дисковый генератор Фарадея 1831 года, но они по-прежнему полагаются на его электромагнитный принцип, согласно которому проводник, соединяющий изменяющееся магнитное поле, индуцирует разность потенциалов на своих концах. Изобретение в конце девятнадцатого века трансформатора означало, что электрическая энергия могла передаваться более эффективно при более высоком напряжении, но более низком токе.Эффективная передача электроэнергии означала, в свою очередь, что электроэнергию можно было вырабатывать на централизованных электростанциях, где она извлекала выгоду из эффекта масштаба, а затем отправлять ее на относительно большие расстояния туда, где она была необходима.

Поскольку электрическая энергия не может быть легко сохранена в количествах, достаточно больших, чтобы удовлетворить потребности в национальном масштабе, всегда должно производиться ровно столько, сколько требуется. Это требует от электроэнергетических компаний тщательного прогнозирования своих электрических нагрузок и поддержания постоянной координации со своими электростанциями.Определенное количество генерации всегда должно храниться в резерве, чтобы защитить электрическую сеть от неизбежных сбоев и потерь.

Спрос на электроэнергию растет очень быстро по мере модернизации страны и развития ее экономики. В Соединенных Штатах в течение первых трех десятилетий двадцатого века каждый год в течение первых трех десятилетий двадцатого века спрос увеличивался на 12%, и этот темп роста наблюдается сейчас в странах с формирующейся рыночной экономикой, таких как Индия или Китай. Исторически сложилось так, что темпы роста спроса на электроэнергию опережали рост спроса на другие виды энергии.

Экологические проблемы с производством электроэнергии привели к тому, что все большее внимание уделяется производству из возобновляемых источников, в частности из ветра и гидроэнергии. Хотя можно ожидать продолжения дебатов по поводу воздействия на окружающую среду различных способов производства электроэнергии, его окончательная форма относительно чиста.

использует

Электричество — это чрезвычайно гибкий вид энергии, который был адаптирован для огромного и постоянно растущего числа применений. Изобретение практичной лампы накаливания в 1870-х годах привело к тому, что освещение стало одним из первых общедоступных приложений электроэнергии.Хотя электрификация принесла с собой свои опасности, замена открытого огня газового освещения значительно снизила опасность возгорания в домах и на фабриках. Коммунальные предприятия были созданы во многих городах, нацеленных на растущий рынок электрического освещения.

Эффект Джоуля, используемый в лампочке, также находит более прямое применение в электрическом нагреве. Хотя это универсально и поддается контролю, это можно рассматривать как расточительное, поскольку для большей части выработки электроэнергии уже потребовалось производство тепла на электростанции.Ряд стран, например Дания, издали законы, ограничивающие или запрещающие использование электрического отопления в новых зданиях. Однако электричество является весьма практичным источником энергии для охлаждения, при этом кондиционирование воздуха представляет собой растущий сектор спроса на электроэнергию, влияние которого электроэнергетические компании все чаще вынуждены учитывать.

Электричество используется в телекоммуникациях, и действительно, электрический телеграф, коммерчески продемонстрированный в 1837 году Куком и Уитстоном, был одним из первых его применений.С созданием в 1860-х годах первой межконтинентальной, а затем трансатлантической телеграфной системы электричество позволило за считанные минуты установить связь по всему миру. Оптоволокно и технологии спутниковой связи заняли свою долю рынка систем связи, но можно ожидать, что электричество останется важной частью этого процесса.

Эффекты электромагнетизма наиболее заметно проявляются в электродвигателе, который обеспечивает чистые и эффективные средства движения.Стационарный двигатель, такой как лебедка, легко снабжен источником энергии, но двигатель, который движется вместе с ним, например электромобиль, обязан либо нести с собой источник энергии, такой как аккумулятор, либо собирать ток от скользящий контакт, такой как пантограф, что накладывает ограничения на его диапазон или производительность.

Электронные устройства используют транзистор, возможно, одно из самых важных изобретений двадцатого века и фундаментальный строительный блок всех современных схем.Современная интегральная схема может содержать несколько миллиардов миниатюрных транзисторов на площади всего в несколько квадратных сантиметров.

Электричество и мир природы

Физиологические эффекты

Напряжение, приложенное к человеческому телу, вызывает электрический ток через ткани, и, хотя это соотношение является нелинейным, чем больше напряжение, тем больше ток. Порог восприятия зависит от частоты источника питания и пути прохождения тока, но составляет около 0.От 1 мА до 1 мА для электричества с частотой сети, хотя ток величиной в микроампер может быть обнаружен как эффект электровибрации при определенных условиях. Если сила тока достаточно высока, это вызовет сокращение мышц, фибрилляцию сердца и ожоги тканей. Отсутствие видимых признаков того, что проводник электрифицирован, делает электричество особенно опасным. Боль, вызванная поражением электрическим током, может быть очень сильной, и иногда электричество может использоваться как метод пытки. Смерть от поражения электрическим током называется поражением электрическим током.Казнь на электрическом стуле по-прежнему является средством судебной казни в некоторых юрисдикциях, хотя в последнее время его использование стало более редким.

Электрические явления в природе

Электричество — это не изобретение человека, и его можно наблюдать в природе в нескольких формах, ярким проявлением которых является молния. Многие взаимодействия, известные на макроскопическом уровне, такие как прикосновение, трение или химическая связь, происходят из-за взаимодействий между электрическими полями на атомном уровне. Считается, что магнитное поле Земли возникает из-за естественной динамо-машины циркулирующих токов в ядре планеты.Некоторые кристаллы, такие как кварц или даже сахар, при внешнем давлении создают разность потенциалов на своих гранях. Это явление известно как пьезоэлектричество, от греческого слова piezein (???????), что означает нажимать, и было открыто в 1880 году Пьером и Жаком Кюри. Эффект является обратным, и когда пьезоэлектрический материал подвергается воздействию электрического поля, происходит небольшое изменение физических размеров.

Некоторые организмы, такие как акулы, способны обнаруживать изменения в электрических полях и реагировать на них — способность, известная как электрорецепция, в то время как другие, называемые электрогенными, способны сами генерировать напряжение, которое служит хищным или защитным оружием.Отряд Gymnotiformes, наиболее известным примером которого является электрический угорь, обнаруживает или оглушает свою добычу с помощью высокого напряжения, генерируемого модифицированными мышечными клетками, называемыми электроцитами. Все животные передают информацию через свои клеточные мембраны с помощью импульсов напряжения, называемых потенциалами действия, функции которых включают коммуникацию нервной системы между нейронами и мышцами. Электрический шок стимулирует эту систему и заставляет мышцы сокращаться. Потенциалы действия также отвечают за координацию действий у некоторых растений и млекопитающих.

Культурное восприятие

В 19-м и начале 20-го века электричество не было частью повседневной жизни многих людей, даже в промышленно развитых странах Запада. Соответственно, популярная культура того времени часто изображает его как загадочную, квази-магическую силу, способную убивать живых, воскрешать мертвых или иным образом нарушать законы природы. Такое отношение началось с экспериментов Луиджи Гальвани 1771 года, в которых было показано, что ноги мертвых лягушек подергиваются под действием животного электричества.«Оживление» или реанимация явно мертвых или утонувших людей появилось в медицинской литературе вскоре после работы Гальвани. Эти результаты были известны Мэри Шелли, когда она написала Франкенштейна (1819), хотя она не называет метод оживления монстра. Оживление монстров электричеством позже стало основной темой фильмов ужасов.

По мере того, как общественное знакомство с электричеством как источником жизненной силы Второй промышленной революции росло, его обладатели все чаще воспринимались в позитивном свете, например, рабочие, которые «пальцами кончают смертью кончиком своих перчаток, когда они соединяют и перетирают живые провода». в стихотворении Редьярда Киплинга 1907 года «Сыновья Марфы».Электромобили всех видов широко фигурировали в приключенческих историях, таких как истории Жюля Верна или книги Тома Свифта. Мастера электричества, вымышленного или реального, включая таких ученых, как Томас Эдисон, Чарльз Стейнмец или Никола Тесла, обычно считались обладателями волшебных способностей.

Поскольку электричество перестало быть новинкой и стало необходимостью повседневной жизни во второй половине 20-го века, оно потребовало особого внимания со стороны массовой культуры только тогда, когда оно перестало течь, а это событие обычно сигнализирует о катастрофе.Люди, которые поддерживают его, такие как безымянный герой песни Джимми Уэбба «Wichita Lineman» (1968), по-прежнему часто изображаются героическими фигурами, похожими на волшебников.

электричество — определение и значение

Электроэнергия — это вид энергии?

Многие справочники утверждают, что электричество — это вид энергии, а электрический ток — это поток энергии, однако это не совсем так.

Да, электрическая энергия существует, но эту энергию нельзя назвать «электричеством», поскольку кулоны электричества сильно отличаются от джоулей электромагнитной энергии. Энергия и заряд — две разные вещи, поэтому они не могут быть одновременно электричеством.

Противоречие заключается в определении слова «электричество». Ученые определили электричество как вещество, протекающее по проводу. Электроны, протекающие по проводу, называются количеством электричества, а поток электричества упоминается как «электрический ток».”

Большинство людей относятся к электричеству совершенно по-другому, они используют слово «электричество» для описания электрической энергии. Электрические компании, учебники, написанные для учащихся K-6 классов, словари и энциклопедии — все это определение используется для описания электричества.

Физики постоянно пытались разъяснить, что заряды электричества не являются энергией и что поток зарядов не является потоком энергии. Что касается определения «электричества», используемого всеми не-учеными, электрический ток — это не поток электричества.

Большинство ученых в истории, включая Бена Франклина, Майкла Фарадея, Джеймса К. Максвелла и Роберта Милликена, все принимали одно и то же определение электричества. Электричество — это положительное и отрицательное вещество, которое содержится во всех электронах и протонах. Это вещество, которое течет по внутренним проводам. Те же ученые называют поток электричества «зарядом электричества». Они также заявляют, что электроны и протоны являются «частицами электричества.

Прочие факты об электроэнергии

• Что касается цепи постоянного тока, то электричество проходит по проводам намного медленнее, всего несколько дюймов в минуту, тогда как электрическая энергия течет со скоростью, близкой к скорости света.
• Даже если вы знаете точное количество электричества, протекающего в секунду по проводу (амперы), вы все равно не сможете рассчитать количество энергии, доставляемой лампочке в секунду.
• В электрической цепи поток электричества измеряется в кулонах в секунду. Поток энергии измеряется в Джоулях в секунду.
• Электрическая энергия — это электромагнетизм, состоящий из электромагнитного поля. Напротив, частицы электричества, текущие внутри провода, мало похожи на электромагнитное поле.
• Если вы измените полярность напряжения в электрической цепи, содержащей катушки, в то время как направление протекающего электричества останется прежним, тогда направление протекающей энергии не будет соответствовать направлению протекающего электричества.

Статьи по теме:

Разница между энергией и мощностью

Понимание основ ветроэнергетики

Разница между энергией и мощностью

Что такое электрический проводник

Сетевое хранилище энергии: как оно будет работать?

Что такое электричество?

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: Научное определение электричества Цитаты известных ученых Электричество — это не энергия Что такое электричество, ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ?! Все статьи здесь Что такое электричество? На этот вопрос невозможно ответить, потому что Слово « Электричество » имеет несколько противоречивых значений.Эти разные значения несовместимы, и противоречия сбивают с толку все. Если вы не разбираетесь в электричестве, вы не одиноки. Даже учителя, инженеры и ученые тяжелое время схватив концепцию. Очевидно, что «электричество» не может быть одновременно несколькими разными вещами. время. К сожалению, мы определили слово Электричество в сумасшедший способ. Поскольку у этого слова нет одного четкого значения, мы никогда не может определить природу электричества. В конце концов мы вынуждены заявляю, что нет вообще никакого «электричества»! Вот быстрый пример, чтобы проиллюстрировать проблему. Производят ли генераторы электричество? Чтобы ответить на этот вопрос вопрос, рассмотрим бытовые лампочки. Внутри шнура лампы заряды (электроны) сидят на одном месте и покачиваются взад и вперед. Это переменный или переменный ток. В то же время волны электромагнитное поле быстро движется вперед. Эта волновая энергия не покачиваться, вместо этого он мчится по проводам, когда течет из далекой генераторы и в лампочку. Хорошо, теперь спросите себя: когда «электричество» течет, это называется электрическим током? Да? Если так, тогда «электричество» — это просто заряды, уже находящиеся внутри проводов, где поток электричество — это поток заряда.И поэтому мы должны сказать, что «электричество» сидит внутри проводов и колеблется взад и вперед. Генераторы не создают, и электричество не течет вперед через провода. Далее спросите себя, если электричество — это форма энергии. Если это энергия, то электричество это не движимые расходы. Вместо этого электричество сделаны из невидимых электромагнитных полей, и это не перекручивает в кабелях переменного тока. Вместо этого он может существуют только в пространстве за пределами проводов, а не внутри металла.Генераторы действительно вырабатывают электричество, и оно движется по проводам на высокой скорости. скорость. Но учтите, что электричество не может и то, и другое, это не могут быть одновременно заряды и поля, электроны и энергия. Так какой на самом деле «электричество?» Это шевелящиеся электроны внутри проводов? Или это это энергия высокоскоростного ЭМ поля? Эксперты, к сожалению, не могут согласиться на узком определение. Справочники дают противоречивые ответы, поэтому * есть * нет ответа. Если кто-то спросит, производят ли генераторы электричество, он обнаружит серьезный недостаток. в том смысле, что мы говорим об «электричестве».Если мы сможем исправить этот недостаток, возможно, наши объяснения наконец обретут смысл. Ниже приведены пять наиболее распространенных значений слова Электричество . Как вы думаете, какой из них правильный? Подумайте об этом внимательно, потому что если один из эти значения верны, все остальные должны быть неправильными! В конце концов, нет «научный термин» всегда должен иметь несколько противоречивых определений. К сожалению, наши словари и энциклопедии содержат все это. противоречия. (Щелкните ссылки, чтобы узнать больше о каждом.) 1. Ученый определение: «Электричество» означает только одно вещь: количество электричества измеряется в кулонах, поэтому «электричество» — это сами электроны и протоны; это электрический заряд внутри металлов. Все провода содержат электричество, все раз, поэтому они дирижеры. Примеры: ТОК ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. Куломбы ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. 2. Обыденное определение: «Электричество» означает только одно: энергия электромагнитного поля рассылается батареями и генераторами. Примеры: СТОИМОСТЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. КИЛОВАТТ-ЧАСЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. 3. Определение в начальной школе: «Электричество» означает только одно: оно относится к потоку электроны, текущее движение электрического заряда. Когда они остановятся течет, электричество исчезает. Примеры: «ТОЧНОЕ» ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. АМПЕР ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. 4. «Электричество» означает только одно: оно относится к сумма дисбаланса между количествами электронов и протонов. Пример: «СТАТИЧЕСКОЕ» ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. РАЗРЯД ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. 5. «Электричество» — это не что иное, как классы явлений. с электрическими зарядами. Примеры: БИОЭЛЕКТРИЧЕСТВО, ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО, ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСТВО, ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВО, АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО … И Т.Д. 6. Другое менее распространенные определения: «Электричество» относится к проточное движение электрической энергии (электрическая мощность, Ватт электроэнергии) «Электричество» на самом деле означает электрический потенциал или электронное поле (Вольт электричества) «Электричество» означает только светящаяся азотно-кислородная плазма (электрические искры) «Электричество» — не что иное, как область науки (Basic Electricity, Advanced Electricity) ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, н. Сила, вызывающая все природные явления, которые, как известно, не вызваны что-то другое. <ухмылка!> (Амвросий Бирс, Словарь дьявола, 1911) Если мы хотим договориться о единственном правильном определении «электричества», которое определение следует выбирать? Научная версия, номер один выше? Но это означало бы, что все наши книги ошибочны, поскольку книги настаивают на том, чтобы что электричество — это энергия, или что электричество — это движение зарядов: текущие.За исключением Справочника CRC и NIST SI стандарты физики, несколько учебников, в которых используется научное определение, — все семьдесят лет или старше. Что ж, может быть, нам не нужно выбирать только одно определение. Можем ли мы смешать их? Можем ли мы позволить электричеству быть «эластичным термином»? Предположим, мы игнорируем все эти противоречия и вместо этого делают вид, что все из вышеперечисленных определения верны. Ниже приводится «ясное» и «простое» описание электричество, в результате чего: Электричество довольно простое: «электричество» — это всего лишь плавное движение . электричества! Электричество — загадочная непонятная сущность который невидим и видим, оба одновременно. Также, электричество — это одновременно форма энергии и вид материи. Оба. Электричество — это разновидность низкочастотной радиоволны, которая состоит из протоны. Это таинственная сила, которую нельзя увидеть, но, тем не менее, она выглядит как сине-белый огонь, изгибающийся над облаками. Он движется вперед на скорость света … но он сидит и вибрирует внутри вашего шнура переменного тока без течет вперед вообще. Он совершенно невесом, но имеет небольшой масса. Когда электричество проходит через нить накаливания лампочки, она становится полностью превратился в свет.Тем не менее, ни один бит электричества никогда не используется лампочкой, и все электричество течет из нити накала и снова опустите другой провод. В учебниках полно электричества, но у них нет электрического заряда! Электричество похоже на звуковые волны, нет, нет, это как ветер, нет, электричество как молекулы воздуха. Электричество — это как машины на шоссе, нет, электричество — это скорость машины, нет, электричество — это просто «волны движения». Электричество — это класс явлений…класс явлений, которые можно сохранить в батарейки! Если вы хотите измерить количество электроэнергии, в каких единицах следует использовать? Почему вольт электричества, конечно. А также кулоны электричество. И Амперы электричества. Ватт электроэнергии и Джоуля, все одновременно. И все же «электричество» определенно относится к классу явления; просто тип события. Поскольку у нас не может быть суммы событие, мы вообще не можем измерить количество электричества … Правильно? Верно? Хе-хе. Мое описание выше кажется глупым и невозможным? Ты прав. Это является. Слово «электричество» имеет противоречивые значения, и я пытаюсь Показать что происходит, когда мы принимаем более одного значения. Электричество — это не одновременно медленные и быстрые. Это не является одновременно видимыми и невидимыми. И электричество это не текущее движение … электричества. Вместо этого примерно десять отдельных вещей имеют имя «электричество.«Не существует единственной штуки под названием« электричество ». электричества нет. Франклин, Эдисон, Томпсон и миллионы учителям естественных наук следовало бы долго поговорить с миссис Маккейв, прежде чем они решили дать одно имя большому количеству независимых научные концепции. Миссис Маккейв была изобретена доктором Сьюзом. У нее было двадцать три сына. Она назвала их всех «Дэйв». Всякий раз, когда мы спрашиваем: « What Is Electricity, », это все равно, что спрашивать миссис Дж.McCave «, кто такой Дэйв? » Как она может описать своего сына? Не может быть ответа так как сам вопрос неправильный. Неправильно спрашивать «кто такой Дэйв?» потому что мы молча предполагаем, что есть только один Дэйв, хотя на самом деле там много разных людей. Их всех случайно зовут Дэйв. Кто Дэйв? Миссис Маккейв не сможет ответить нам, пока не исправит наши недоразумение. Дэйва не существует. Она желает, чтобы она отдала им все отдельные имена. По той же причине мы никогда не найдем простого ответа на вопрос «что такое электричество?» потому что сам вопрос неправильный.Сначала мы надо понимать, что «электричества» не существует. Нет одноместный вещь под названием «электричество». Мы должны принять тот факт, что, хотя несколько другой что-то действительно существует внутри проводов, люди ошибочно называют все из них одно имя. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника