L'elettricità è un fenomeno comune e vitale per la maggior parte delle persone. E come ogni cosa familiare, raramente si nota. Poche persone si chiedono da dove provenga, come funzioni, cosa si possa fare con esso. Tuttavia, la sua ricerca è stata condotta molto prima della nostra era e fino ad ora alcuni misteri rimangono senza risposta.
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Cosa si intende per corrente elettrica
L'elettricità è un complesso di fenomeni associati all'esistenza di cariche elettriche. Questa parola molto spesso significa corrente elettrica e tutti i processi che provoca.
La corrente elettrica è il movimento diretto di particelle che trasportano una carica sotto l'influenza di un campo elettrico.
Chi ha inventato l'elettricità - la storia
Particolari manifestazioni dell'elettricità sono state studiate molto prima della nostra era.Ma combinarli in un'unica teoria che spiega i lampi nel cielo, l'attrazione degli oggetti, la capacità di provocare incendi e intorpidimento di parti del corpo, o persino la morte di una persona, si è rivelato un compito difficile.
Sin dai tempi antichi, gli scienziati hanno studiato tre manifestazioni dell'elettricità:
- Pesci che generano elettricità;
- Elettricità statica;
- Magnetismo.
Nell'antico Egitto, i guaritori conoscevano le strane capacità del pesce gatto del Nilo e cercavano di curare il mal di testa e altre malattie con esso. Gli antichi medici romani usavano una rampa elettrica per scopi simili. Gli antichi greci studiavano in dettaglio le strane abilità della pastinaca e sapevano che una creatura poteva stordire una persona senza un contatto diretto attraverso un tridente e reti da pesca.
Un po 'prima, si è scoperto che se strofini l'ambra su un pezzo di lana, inizierà ad attirare lana e piccoli oggetti. Successivamente è stato scoperto un altro materiale con proprietà simili: la tormalina.
Intorno al 500 a.C. Gli scienziati indiani e arabi conoscevano le sostanze in grado di attirare il ferro e hanno utilizzato attivamente questa capacità in vari campi. Intorno al 100 a.C. Gli scienziati cinesi hanno inventato la bussola magnetica.
Nel 1600, William Gilbert, medico di corte di Elisabetta I e Giacomo I, scoprì che l'intero pianeta è un'unica grande bussola e introdusse il concetto di "elettricità" (dal greco "ambra"). Nei suoi scritti, gli esperimenti con lo sfregamento dell'ambra sulla lana e la capacità di una bussola di puntare a nord iniziarono a essere combinati in un'unica teoria. Nella foto sotto, mostra la calamita a Elisabetta I.
Nel 1633, l'ingegnere Otto von Guericke inventa una macchina elettrostatica che non solo può attrarre, ma anche respingere gli oggetti, e nel 1745 Peter van Muschenbroek costruisce il primo dispositivo di accumulo di carica elettrica al mondo.
Nel 1800 l'italiano Alessandro Volta inventa il primo fonte corrente - una batteria elettrica che produce DC. Era anche in grado di trasmettere corrente elettrica a distanza. Pertanto, quest'anno è considerato da molti l'anno dell'invenzione dell'elettricità.
Nel 1831 Mike Faraday scopre il fenomeno dell'induzione elettromagnetica e apre la strada all'invenzione di vari dispositivi basati sulla corrente elettrica.
A cavallo tra il XIX e il XX secolo, grazie alle attività di Nikola Tesla, furono fatte un numero enorme di scoperte e conquiste. Tra le altre cose, ha inventato il generatore di alta frequenza e trasformatore, motore elettrico, antenna per segnali radio.
La scienza che studia l'elettricità
L'elettricità è un fenomeno naturale. È parzialmente studiato in biologia, chimica e fisica. Le cariche elettriche più complete sono considerate nell'ambito dell'elettrodinamica, una delle branche della fisica.
Teorie e leggi dell'elettricità
Sono poche le leggi che regolano l'elettricità, ma descrivono completamente il fenomeno:
- La legge di conservazione dell'energia è una legge fondamentale alla quale obbediscono anche i fenomeni elettrici;
- La legge di Ohm è la legge fondamentale della corrente elettrica;
- La legge dell'induzione elettromagnetica - sui campi elettromagnetici e magnetici;
- Legge di Ampère - sull'interazione di due conduttori con le correnti;
- Legge Joule-Lenz - sull'effetto termico dell'elettricità;
- Legge di Coulomb - sull'elettrostatica;
- Le regole della mano destra e sinistra - determinare le direzioni delle linee del campo magnetico e la forza Ampère che agisce su un conduttore in un campo magnetico;
- Regola di Lenz: determinazione della direzione della corrente di induzione;
- Le leggi di Faraday riguardano l'elettrolisi.
Primi esperimenti con l'elettricità
I primi esperimenti con l'elettricità furono principalmente divertenti. La loro essenza era negli oggetti luminosi che erano attratti e respinti sotto l'influenza di una forza poco conosciuta. Un'altra esperienza divertente è la trasmissione di elettricità attraverso una catena di persone che si tengono per mano. L'effetto fisiologico dell'elettricità è stato attivamente studiato da Jean Nollet, che ha fatto passare una carica elettrica attraverso 180 persone.
Di cosa è fatta la corrente elettrica?
Una corrente elettrica è un movimento diretto o ordinato di particelle cariche (elettroni, ioni). Tali particelle sono dette portatrici di carica elettrica. Affinché appaia il movimento, nella sostanza devono esserci particelle cariche libere. La capacità delle particelle cariche di muoversi in una sostanza determina la conduttività di quella sostanza. Per conducibilità, le sostanze si distinguono in conduttori, semiconduttori, dielettrici e isolanti.
Nei metalli, la carica è mossa da elettroni. Allo stesso tempo, la sostanza stessa non perde da nessuna parte: gli ioni metallici sono fissati saldamente nei nodi della struttura e oscillano solo leggermente.
Nei liquidi, la carica è trasportata dagli ioni: cationi con carica positiva e anioni con carica negativa. Le particelle corrono agli elettrodi con la carica opposta, dove diventano neutre e si depositano.
Il plasma si forma nei gas sotto l'azione di forze con diversi potenziali. La carica è trasportata da elettroni liberi e ioni di entrambi i poli.
Nei semiconduttori, la carica viene mossa dagli elettroni, spostandosi da un atomo all'altro e lasciando dietro di sé discontinuità che sono considerate cariche positivamente.
Da dove viene la corrente elettrica
L'elettricità che arriva attraverso i cavi alle case è generata da un generatore elettrico in varie centrali elettriche. Su di essi, il generatore è collegato a una turbina in costante rotazione.
Nella progettazione Generatore c'è un rotore - una bobina che si trova tra i poli del magnete. Quando la turbina fa ruotare questo rotore in un campo magnetico, secondo le leggi della fisica, compare o viene indotta una corrente elettrica. Pertanto, lo scopo del generatore è convertire la forza cinetica di rotazione in elettricità.
Esistono molti modi per far girare una turbina, utilizzando una varietà di fonti di energia. Si dividono in tre tipologie:
- Rinnovabile - energia derivata da risorse inesauribili: corsi d'acqua, luce solare, vento, fonti geotermiche e biocarburanti;
- Non rinnovabile - energia ottenuta da risorse che nascono molto lentamente, sproporzionate al tasso di consumo: carbone, petrolio, torba, gas naturale;
- Nucleare: energia ottenuta dal processo di divisione delle cellule nucleari.
Molto spesso, l'elettricità viene generata attraverso il lavoro di:
- Centrali idroelettriche (HPP) - costruite sui fiumi e utilizzano la potenza del flusso d'acqua;
- Centrali termoelettriche (TPP) - funzionano con l'energia termica proveniente dalla combustione di combustibili;
- Centrali nucleari (NPP) - funzionano con l'energia termica ottenuta dal processo di reazione nucleare.
L'energia convertita viene fornita tramite cavi alle sottostazioni di trasformazione e ai quadri e solo allora raggiunge il consumatore finale.
Ora i cosiddetti tipi alternativi di energia si stanno sviluppando attivamente. Questi includono turbine eoliche, pannelli solari, l'uso di fonti geotermiche e qualsiasi altro modo per ottenere elettricità attraverso fenomeni insoliti. L'energia alternativa è molto inferiore in termini di produttività e ritorno alle fonti tradizionali, ma in determinate situazioni aiuta a risparmiare denaro e ridurre il carico sulle reti elettriche principali.
C'è anche un mito sull'esistenza BTG - generatori senza combustibile. Su Internet ci sono video che mostrano il loro lavoro e viene offerta la loro vendita. Ma ci sono molte polemiche sull'affidabilità di queste informazioni.
Tipi di elettricità in natura
L'esempio più semplice di elettricità presente in natura è il fulmine. Le particelle d'acqua nelle nuvole si scontrano costantemente tra loro, acquisendo una carica positiva o negativa. Le particelle più leggere e con carica positiva finiscono in cima alla nuvola, mentre quelle più pesanti e negative si spostano verso il basso. Quando due nubi simili si trovano a una distanza sufficientemente ravvicinata, ma ad altezze diverse, le cariche positive di una cominciano ad essere mutuamente attratte dalle particelle negative dell'altra. In questo momento si verifica un fulmine. Inoltre, questo fenomeno si verifica tra le nuvole e la superficie terrestre stessa.
Un'altra manifestazione dell'elettricità in natura sono gli organi speciali nei pesci, nelle razze e nelle anguille. Con il loro aiuto, possono creare cariche elettriche per difendersi dai predatori o stordire le loro prede. Il loro potenziale varia da scariche molto deboli, impercettibili per gli umani, a quelle mortali.Alcuni pesci creano un debole campo elettrico intorno a loro, che li aiuta a cercare la preda e a navigare in acque fangose. Qualsiasi oggetto fisico in qualche modo lo distorce, il che aiuta a ricreare lo spazio circostante e a "vedere" senza occhi.
L'elettricità si manifesta anche nel lavoro del sistema nervoso degli organismi viventi. Un impulso nervoso trasmette informazioni da una cellula all'altra, permettendoti di rispondere a stimoli esterni e interni, pensare e controllare i tuoi movimenti.
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