Elektros istorija

Daugumai žmonių elektra yra įprastas ir gyvybiškai svarbus reiškinys. Ir kaip ir bet koks pažįstamas dalykas, jis retai pastebimas. Nedaugelis žmonių klausia, iš kur jis gaunamas, kaip jis veikia ir ką su juo galima daryti. Tačiau ji buvo tyrinėjama dar gerokai prieš Kristų ir kai kurios paslaptys lieka neatsakytos.

Ką reiškia elektros srovė

Elektra yra sudėtingas reiškinys, susijęs su elektros krūviais. Dažniausiai vartojamas žodis, reiškiantis elektros srovę ir visus jos sukeliamus procesus.

Elektros srovė - tai kryptingas krūvį turinčių dalelių judėjimas veikiant elektriniam laukui.

Kas išrado elektrą - istorija

Konkrečios elektros energijos apraiškos tyrinėjamos dar gerokai prieš mūsų erą. Tačiau juos sujungti į vieną teoriją, paaiškinančią žaibų blyksnius danguje, objektų trauką, gebėjimą sukelti gaisrus, nutirpdyti kūno dalis ar net žmogaus mirtį, pasirodė esąs iššūkis.

Mokslininkai nuo seniausių laikų tyrinėjo tris elektros energijos apraiškas:

• Žuvys gamina elektros energiją;
• Statinė elektra.;
• Magnetizmas.

Senovės Egipte gydytojai žinojo apie keistus Nilo šamo gebėjimus ir bandė juo gydyti galvos skausmus ir kitus negalavimus. Senovės romėnų gydytojai panašiais tikslais naudojo elektrinę rają. Senovės graikai išsamiai tyrinėjo keistus rajų gebėjimus ir žinojo, kad šis padaras gali apsvaiginti žmogų be tiesioginio kontakto trišakiu ir žvejybiniais tinklais.

Kiek anksčiau buvo pastebėta, kad gintarą patrynus į vilnos gabalėlį, jis ima traukti vilną ir mažus daiktus. Vėliau buvo atrasta dar viena panašių savybių turmalinas.

Apie 500 m. pr. m. e. Indijos ir arabų mokslininkai žinojo apie medžiagas, galinčias pritraukti geležį, ir aktyviai naudojo šią savybę įvairiose srityse. Apie 100 m. pr. m. e. kinų mokslininkai išrado magnetinį kompasą.

1600 m. Elžbietos I ir Jokūbo I dvaro gydytojas Viljamas Gilbertas atrado, kad visa planeta yra vienas didžiulis kompasas, ir įvedė "elektros" (iš graikų kalbos žodžio "gintaras") sąvoką. Jo raštuose eksperimentai su gintaro trynimu į vilną ir kompaso gebėjimas rodyti šiaurę ėmė jungtis į vieną teoriją. Toliau pateiktoje nuotraukoje jis demonstruoja magnetą Elžbietai I.

1633 m. inžinierius Otto von Guericke išrado elektrostatinę mašiną, galinčią ne tik pritraukti, bet ir atstumti objektus, o 1745 m. Pieteris van Muschenbroekas sukonstravo pirmąjį pasaulyje elektros krūvio akumuliatorių.

1800 m. italas Alessandro Volta išrado pirmąjį maitinimo šaltinis - elektros akumuliatorius, kuris generuoja nuolatinė srovė. Jis taip pat galėjo perduoti elektros srovę per atstumą. Todėl daugelis šiuos metus laiko elektros išradimo metais.

1831 m. Maikas Faradėjus (Mike Faraday) atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį ir atvėrė kelią įvairiems prietaisams, pagrįstiems elektros srove, išrasti.

XIX ir XX amžių sandūroje Nikola Tesla padarė daugybę atradimų ir pasiekimų. Be kita ko, jis išrado aukšto dažnio generatorių ir transformatoriuselektros variklį, radijo signalų anteną.

Elektros mokslas

Elektra yra natūralus reiškinys. Jis iš dalies studijuojamas biologijos, chemijos ir fizikos srityse. Elektros krūviai išsamiausiai nagrinėjami vienoje iš fizikos šakų - elektrodinamikoje.

Elektros teorijos ir dėsniai

Elektrai taikomi keli dėsniai, tačiau jie išsamiai apibūdina šį reiškinį:

• Energijos išsaugojimo dėsnis yra pagrindinis dėsnis, kuriam paklūsta ir elektros reiškiniai;
• Omo dėsnis - pagrindinis elektros srovės dėsnis;
• Elektromagnetinės indukcijos dėsnis - apie elektromagnetinius ir magnetinius laukus;
• Ampero dėsnis - apie dviejų laidininkų sąveiką su srovėmis;
• Džaulio ir Lenco dėsnis - apie elektros energijos šiluminį poveikį;
• Kulono dėsnis - apie elektrostatiką;
• Dešiniosios ir kairiosios rankos taisyklės - magnetinio lauko jėgų linijų krypčių ir Ampero jėgos, veikiančios laidininką magnetiniame lauke, nustatymas;
• Lenco taisyklė - indukcinės srovės krypties nustatymas;
• Faradėjaus dėsniai - apie elektrolizę.

Pirmieji eksperimentai su elektra

Pirmieji eksperimentai su elektra daugiausia buvo pramoginio pobūdžio. Jų esmė buvo lengvi objektai, kurie traukėsi ir atstūmė veikiami menkai suprantamos jėgos. Dar viena linksma patirtis - elektros perdavimas per žmonių, besilaikančių už rankų, grandinę. Fiziologinį elektros poveikį aktyviai tyrinėjo Jeanas Nollet, kuris elektros krūviu paveikė 180 žmonių.

Iš ko susideda elektros srovė

Elektros srovė - tai kryptingas arba tvarkingas įkrautų dalelių (elektronų, jonų) judėjimas. Tokios dalelės vadinamos elektros krūvio nešėjais. Kad vyktų judėjimas, materijoje turi būti laisvų įkrautų dalelių. Įkrautų dalelių gebėjimas judėti medžiagoje lemia tos medžiagos laidumą. Pagal laidumą medžiagos skirstomos į laidininkus, puslaidininkius, dielektrikus ir izoliatorius.

Metaluose krūvį perneša elektronai. Pati medžiaga neišsiskiria - metalo jonai tvirtai laikosi struktūros mazguose ir tik nežymiai svyruoja.

Skysčiuose jonai turi krūvį: teigiamai įkrauti katijonai ir neigiamai įkrauti anijonai. Dalelės veržiasi prie priešingą krūvį turinčių elektrodų, kur jos tampa neutralios ir nusėda.

Dujose plazma susidaro veikiant skirtingų potencialų jėgoms. Įkrovą perneša laisvieji elektronai ir jonai iš abiejų polių.

Puslaidininkiuose krūvį perneša elektronai, kurie keliauja iš atomo į atomą ir palieka tarpus, kurie laikomi teigiamai įkrautais.

Iš kur atsiranda elektros srovė?

Elektros energiją, kuri laidais teka į namus, gamina elektros generatorius įvairiose elektrinėse. Juose generatorius prijungtas prie nuolat besisukančios turbinos.

Dizainas generatoriaus turi rotorių - ritę, kuri yra tarp magneto polių. Turbinai sukant rotorių, pagal fizikos dėsnius magnetiniame lauke susidaro arba indukuojasi elektros srovė. Taigi generatoriaus paskirtis - sukimosi kinetinę jėgą paversti elektros energija.

Turbiną galima priversti suktis įvairiais būdais, naudojant įvairius energijos šaltinius. Jie skirstomi į tris tipus:

• Atsinaujinančioji energija - energija, gaunama iš neišsenkančių išteklių: vandens srautų, saulės šviesos, vėjo, geoterminių šaltinių ir biokuro;
• Neatsinaujinanti energija - energija, gaunama iš išteklių, kurie išsenka labai lėtai, neproporcingai vartojimo tempui: anglis, nafta, durpės, gamtinės dujos;
• Branduolinė energija - energija, gaunama vykstant ląstelių branduolių dalijimosi procesui.

Elektros energija dažniausiai gaunama veikiant:

• Hidroelektrinės (HES) - pastatytos ant upių ir naudojančios vandens srauto galią;
• Šiluminės elektrinės (ŠE) - naudoja šiluminę energiją, gaunamą deginant kurą;
• Atominės elektrinės (AE) - naudoja šiluminę energiją, gaunamą vykstant branduolinei reakcijai.

Transformuota energija laidais teka į transformatorių ir skirstomųjų įrenginių stotis, o tada - į galutinį vartotoją.

Šiuo metu aktyviai kuriamos vadinamosios alternatyvios energijos rūšys. Tai vėjo turbinos, saulės baterijos, geoterminiai šaltiniai ir kitos priemonės, kuriomis elektros energija gaunama iš neįprastų reiškinių. Alternatyvioji energija savo efektyvumu ir atsiperkamumu gerokai nusileidžia tradiciniams šaltiniams, tačiau tam tikrais atvejais ji padeda sutaupyti pinigų ir sumažinti pagrindinių elektros tinklų apkrovą.

Taip pat egzistuoja mitas apie BTGS - Kuro nenaudojantys generatoriai. Internete yra vaizdo įrašų, kuriuose demonstruojama, kaip jie veikia, ir juos siūloma parduoti. Tačiau kyla didelių ginčų dėl šios informacijos autentiškumo.

Elektros energijos rūšys gamtoje

Paprasčiausias natūraliai atsirandančios elektros pavyzdys yra žaibas. Vandens dalelės debesyse nuolat susiduria viena su kita ir įgauna teigiamą arba neigiamą krūvį. Lengvesnės, teigiamai įkrautos dalelės atsiduria debesies viršuje, o sunkesnės, neigiamai įkrautos dalelės juda žemyn. Kai du tokie debesys yra pakankamai arti vienas kito, bet skirtingame aukštyje, vieno debesies teigiami krūviai pritraukia kito debesies neigiamas daleles. Tuomet žaibuoja. Šis reiškinys taip pat vyksta tarp debesų ir Žemės paviršiaus.

Kita elektros apraiška gamtoje - specialūs žuvų, rajų ir ungurių organai. Jais jie gali sukurti elektros krūvį, kad apsigintų nuo plėšrūnų arba apsvaigintų aukas. Jų potencialas svyruoja nuo labai silpnų, žmogui nematomų išlydžių iki mirtinų. Kai kurios žuvys aplink save sukuria silpną elektrinį lauką, kuris padeda joms rasti grobį ir orientuotis drumstame vandenyje. Bet koks fizinis objektas jį vienaip ar kitaip iškraipo, o tai padeda atkurti aplinką ir "matyti" be akių.

Elektra taip pat pasireiškia gyvų organizmų nervų sistemoje. Nervinis impulsas perduoda informaciją iš vienos ląstelės į kitą, todėl galite reaguoti į išorinius ir vidinius dirgiklius, mąstyti ir valdyti judesius.

Susiję straipsniai: