Elektřina je pro většinu lidí běžným a životně důležitým jevem. A jako každá známá věc je jen zřídka postřehnutelná. Málokoho zajímá, odkud pochází, jak funguje, co se s tím dá dělat. Jeho výzkumy však byly prováděny dávno před naším letopočtem a dodnes zůstávají některé záhady nezodpovězeny.
Obsah
Co znamená elektrický proud
Elektřina je komplex jevů spojených s existencí elektrických nábojů. Toto slovo nejčastěji znamená elektrický proud a všechny procesy, které způsobuje.
Elektrický proud je řízený pohyb částic nesoucích náboj pod vlivem elektrického pole.
Kdo vynalezl elektřinu - historie
Konkrétní projevy elektřiny byly studovány dávno před naším letopočtem.Ale spojit je do jedné teorie, která vysvětluje záblesky blesků na obloze, přitažlivost předmětů, schopnost způsobit požáry a znecitlivění částí těla nebo dokonce smrt člověka, se ukázalo jako obtížný úkol.
Od starověku vědci studovali tři projevy elektřiny:
- Ryby, které vyrábějí elektřinu;
- Statická elektřina;
- Magnetismus.
Ve starém Egyptě věděli léčitelé o podivných schopnostech sumce nilského a snažili se s ním léčit bolesti hlavy a další nemoci. Staří římští lékaři používali k podobným účelům elektrickou rampu. Staří Řekové podrobně studovali podivné schopnosti rejnoka a věděli, že tvor dokáže člověka omráčit bez přímého kontaktu přes trojzubec a rybářské sítě.
O něco dříve se zjistilo, že když kouskem vlny natřete jantar, začne přitahovat vlnu a drobné předměty. Později byl objeven další materiál s podobnými vlastnostmi – turmalín.
Kolem roku 500 př.n.l. Indičtí a arabští vědci věděli o látkách schopných přitahovat železo a tuto schopnost aktivně využívali v různých oblastech. Kolem roku 100 př.n.l. Čínští vědci vynalezli magnetický kompas.
V roce 1600 William Gilbert, dvorní lékař Alžběty I. a Jakuba I., zjistil, že celá planeta je jeden obrovský kompas, a zavedl pojem „elektřina“ (z řeckého „jantaru“). V jeho spisech se experimenty s třením jantaru o vlnu a schopnost kompasu ukazovat na sever začaly spojovat do jedné teorie. Na obrázku níže ukazuje magnet Alžbětě I.
V roce 1633 vynalezl inženýr Otto von Guericke elektrostatický stroj, který dokáže předměty nejen přitahovat, ale i odpuzovat, a v roce 1745 Peter van Muschenbroek sestrojí první zařízení pro ukládání elektrického náboje na světě.
V roce 1800 vynalezl Ital Alessandro Volta první aktuální zdroj - elektrická baterie, která vyrábí DC.. Byl také schopen přenášet elektrický proud na dálku. Tento rok je proto mnohými považován za rok vynálezu elektřiny.
V roce 1831 objevil Mike Faraday fenomén elektromagnetické indukce a otevřel cestu pro vynález různých zařízení na bázi elektrického proudu.
Na přelomu XIX-XX století bylo díky aktivitám Nikoly Tesly učiněno obrovské množství objevů a úspěchů. Mimo jiné vynalezl vysokofrekvenční generátor a transformátor, elektromotor, anténa pro rádiové signály.
Věda, která studuje elektřinu
Elektřina je přirozený jev. Částečně se studuje v biologii, chemii a fyzice. Nejúplnější elektrické náboje jsou uvažovány v rámci elektrodynamiky - jednoho z odvětví fyziky.
Teorie a zákony elektřiny
Existuje několik zákonů, které řídí elektřinu, ale plně popisují tento jev:
- Zákon zachování energie je základní zákon, kterému se řídí i elektrické jevy;
- Ohmův zákon je základním zákonem elektrického proudu;
- Zákon elektromagnetické indukce - o elektromagnetických a magnetických polích;
- Ampérův zákon - o interakci dvou vodičů s proudy;
- Joule-Lenzův zákon - o tepelném účinku elektřiny;
- Coulombův zákon – o elektrostatice;
- Pravidla pravé a levé ruky - určování směrů magnetických siločar a Ampérovy síly působící na vodič v magnetickém poli;
- Lenzovo pravidlo - určení směru indukčního proudu;
- Faradayovy zákony se týkají elektrolýzy.
První pokusy s elektřinou
První pokusy s elektřinou byly hlavně zábavné. Jejich podstata byla ve světelných objektech, které byly přitahovány a odpuzovány pod vlivem špatně pochopené síly. Dalším zábavným zážitkem je přenos elektřiny řetězem lidí, kteří se drží za ruce. Fyziologický účinek elektřiny aktivně studoval Jean Nollet, který nechal elektrický náboj projít 180 lidmi.
Z čeho se skládá elektrický proud?
Elektrický proud je řízený nebo uspořádaný pohyb nabitých částic (elektronů, iontů). Takové částice se nazývají nositelé elektrického náboje. Aby se objevil pohyb, musí být v látce volné nabité částice. Schopnost nabitých částic pohybovat se v látce určuje vodivost této látky. Podle vodivosti se látky rozlišují na vodiče, polovodiče, dielektrika a izolanty.
V kovech se náboj pohybuje elektrony. Látka samotná přitom nikam neuniká – kovové ionty jsou bezpečně fixovány v uzlech konstrukce a jen mírně kmitají.
V kapalinách nesou náboj ionty: kladně nabité kationty a záporně nabité anionty. Částice spěchají k elektrodám s opačným nábojem, kde se stávají neutrálními a usazují se.
Plazma vzniká v plynech působením sil s různým potenciálem. Náboj je nesen volnými elektrony a ionty obou pólů.
V polovodičích se náboj pohybuje elektrony, pohybuje se od atomu k atomu a zanechává za sebou diskontinuity, které jsou považovány za kladně nabité.
Odkud pochází elektrický proud
Elektřina, která přichází přes dráty do domů, je generována elektrickým generátorem v různých elektrárnách. Na nich je generátor napojen na neustále rotující turbínu.
V designu generátor existuje rotor - cívka, která je umístěna mezi póly magnetu. Když turbína otáčí tímto rotorem v magnetickém poli, podle fyzikálních zákonů se objeví nebo indukuje elektrický proud. Účelem generátoru je tedy přeměnit kinetickou sílu rotace na elektřinu.
Existuje mnoho způsobů, jak roztočit turbínu, za použití různých zdrojů energie. Jsou rozděleny do tří typů:
- Obnovitelné – energie získávaná z nevyčerpatelných zdrojů: proudy vody, sluneční světlo, vítr, geotermální zdroje a biopaliva;
- Neobnovitelná - energie získaná ze zdrojů, které vznikají velmi pomalu, nepřiměřené míře spotřeby: uhlí, ropa, rašelina, zemní plyn;
- Jaderná - energie získaná z procesu dělení jaderných buněk.
Nejčastěji se elektřina vyrábí prostřednictvím práce:
- Vodní elektrárny (VVE) - postavené na řekách a využívající sílu vodního toku;
- Tepelné elektrárny (TPP) - pracují na tepelné energii ze spalování paliva;
- Jaderné elektrárny (JE) - pracují na tepelné energii získané z procesu jaderné reakce.
Přeměněná energie je vodiči dodávána do transformoven a rozvaděčů a teprve poté se dostává ke konečnému spotřebiteli.
Nyní se aktivně rozvíjejí takzvané alternativní druhy energie. Patří mezi ně větrné turbíny, solární panely, využití geotermálních zdrojů a jakékoli další způsoby, jak získat elektřinu prostřednictvím neobvyklých jevů. Alternativní energie je z hlediska produktivity a návratnosti mnohem horší než tradiční zdroje, ale v určitých situacích pomáhá ušetřit peníze a snížit zatížení hlavních energetických sítí.
Existuje také mýtus o existenci BTG - bezpalivové generátory. Na internetu jsou videa demonstrující jejich práci a nabízení jejich prodeje. O spolehlivosti těchto informací se ale vedou mnohé spory.
Druhy elektřiny v přírodě
Nejjednodušším příkladem přirozeně se vyskytující elektřiny je blesk. Částice vody v oblacích se neustále srážejí a získávají kladný nebo záporný náboj. Lehčí, kladně nabité částice končí v horní části oblaku, zatímco těžší, záporné částice se pohybují dolů. Když jsou dva podobné mraky v dostatečně blízké vzdálenosti, ale v různých výškách, kladné náboje jednoho začnou být vzájemně přitahovány negativními částicemi druhého. V tomto okamžiku dochází k blesku. Také k tomuto jevu dochází mezi mraky a samotným zemským povrchem.
Dalším projevem elektřiny v přírodě jsou zvláštní orgány u ryb, rejnoků a úhořů. S jejich pomocí dokážou vytvořit elektrické náboje na obranu před predátory nebo omráčit svou kořist. Jejich potenciál sahá od velmi slabých výbojů, pro člověka nepostřehnutelných, až po smrtelné.Některé ryby kolem sebe vytvářejí slabé elektrické pole, které jim pomáhá hledat kořist a orientovat se v bahnité vodě. Jakýkoli fyzický objekt jej nějak deformuje, což pomáhá obnovit okolní prostor a „vidět“ bez očí.
Elektřina se projevuje i v práci nervové soustavy živých organismů. Nervový impuls přenáší informace z jedné buňky do druhé, což vám umožňuje reagovat na vnější a vnitřní podněty, přemýšlet a ovládat své pohyby.
Podobné články:
