Ko je prvi koristio struju? Ko je izumeo električnu energiju i koje godine: istorija otkrića. Zakon naplate interakcije

Danas će život bez struje jednostavno stati. Međutim, to nije uvijek bio slučaj – ljudi nikada ranije nisu čuli takvu riječ. Tokom vekova, zahvaljujući naporima generacija talentovanih naučnika i istraživača, čovečanstvo je krenulo ka otkrivanju i upotrebi ovog divnog prirodnog fenomena. Razvoj električne struje lako se može smatrati jednim od glavnih dostignuća čovječanstva.

Otkriće električne energije: prvi koraci

Ne postoji tačan odgovor na pitanje kada se pojavila struja. Kao prirodna sila, on je oduvek postojao, ali dug put do pronalaska i korišćenja električne energije započeo je još u 8. veku pre nove ere. Istorija je čak sačuvala i ime osobe koja je dala ime ovom fenomenu. Filozof Thales iz Milleta, koji je živio u staroj Grčkoj, skrenuo je pažnju na činjenicu da ćilibar natrljan vunom može privući male predmete na sebe zbog neke sile. "Amber" na grčkom znači "elektron", odakle dolazi "elektricnost".

Povijest elektriciteta datira pravi nastanak istraživanja na ovim prostorima u sredinu 17. stoljeća, a vezuje se za ime burgomajstora iz njemačkog Magdeburga Otto f. Guericke (honovremeni fizičar i pronalazač). Godine 1663, nakon proučavanja Thalesovih djela, stvorio je posebnu mašinu za proučavanje efekata električnog privlačenja i odbijanja; ovo je bio prvi električni mehanizam na svijetu. Aparat se sastojao od sumporne kugle koja se okretala na metalnoj šipki i poput ćilibara privlačila i odbijala razne predmete.

Među pionirima koji su doprinijeli pojavi elektriciteta u našim životima može se navesti Englez W. Gilbert, koji je služio kao fizičar i ljekar na dvoru. Smatra se osnivačem elektrotehnike (nauke o svojstvima i primjeni električne energije), izumio je elektroskop i napravio nekoliko izvanrednih otkrića u ovoj oblasti.

Nova otkrića

Godine 1729. Englezi Stephen Gray i Granville Wheeler prvi su otkrili da električna struja slobodno prolazi kroz neka tijela (nazvana provodnicima), a ne prolazi kroz druga (neprovodnici), što je bio prvi korak ka korištenju električne energije u industrijske svrhe.

U Engleskoj, po prvi put u svijetu, pokušavaju prenijeti električnu energiju na neku udaljenost, time se bavio naučnik S. Grey, koji je u procesu eksperimenata naišao i na različite stepene provodljivosti tijela.

Holandski profesor matematike P. van Musschenbroek naziva se onim koji je izumio prvi kondenzator za električnu energiju - ovo je čuveni "Leyden jar" (nazvan po rodnom gradu pronalazača). Uređaj je bio obična staklena posuda, zatvorena na oba kraja tankim listovima legure kositra i olova. Tako postaje moguće akumulirati električnu energiju.

Među onima koji su otkrili električnu energiju za široku upotrebu u životu bio je i poznati američki političar Benjamin Franklin. Eksperimentalno je utvrdio da se električni naboji dijele na pozitivne i negativne, a proučavao je i električnu prirodu munje.

Na osnovu Franklinovih otkrića u Rusiji, naučnici Richman i veliki Mihail Vasiljevič Lomonosov izumili su gromobran, dokazujući u praksi da se munja proizvodi iz razlike potencijala atmosferskog elektriciteta. Lomonosov je općenito imao ogroman utjecaj na proučavanje električnih pojava (posebno atmosferskih).

Mlada nauka o elektricitetu nastavlja se ubrzano razvijati - tokom 18-19 stoljeća pojavila su se nova otkrića i izumi, napisani su novi naučne rasprave, čija je glavna tema bila električna struja.

Tako je 1791. godine objavljena knjiga o elektricitetu u mišićima ljudi i životinja, koji nastaje prilikom njihovog skupljanja, čiji je autor talijanski fizičar Galvani. Drugi Italijan, Alessandro Volta, bio je taj koji je 1800. godine stvorio do sada nepoznat izvor struje, nazvan “galvanska ćelija” (u čast tog istog Galvanija), koji se nekoliko stotina godina kasnije pojavljuje u obliku dobro poznate baterije.

„Volta stub“ je napravljen u obliku samog stuba, izlivenog od cinka i srebra, između čijih slojeva je položen slani papir.

Nekoliko godina kasnije u Rusiji, profesor fizike iz Sankt Peterburga V. Petrov uvodi snažan električni luk u naučni svijet, nazvavši ga “Volta Arc”. On je taj koji je došao na ideju da se svjetlošću iz električne energije osvijetli u zatvorenom prostoru. Prikazane su mogućnosti korištenja električnih pojava u gospodarskom životu. Baterija koju je sastavio naučnik bila je zaista gigantska (dužina - 12, a visina - oko 3 metra), njen napon je bio konstantan i iznosio je 1700 volti. Ovaj izum označio je početak eksperimenata u stvaranju žarulja sa žarnom niti i metodama električnog zavarivanja metala.

Velika otkrića u oblasti električne energije

Petrovi eksperimenti u Rusiji doprinijeli su tome da je 1809. godine naučnik Delaru u Engleskoj dizajnirao prvu svjetsku lampu sa žarnom niti. Stotinu godina kasnije, američki hemičar i nobelovac I. Langmuir objavio je prvu sijalicu, koja je imala svjetleću volframovu spiralu smještenu u zatvorenu tikvicu s inertnim plinom. Ovo je označilo početak nove ere. Mnogi naučnici u Evropi, SAD-u i Rusiji sproveli su brojne eksperimente i studije kako bi bolje razumeli prirodu električne energije i stavili je u službu čoveka.

Tako je 1820. Danac Oersred otkrio interakciju električnih čestica, a 1821. čuveni Ampere je iznio i dokazao teoriju o povezanosti magnetizma i električnih fenomena. Svojstva elektromagnetnog polja detaljno je proučavao Englez M. Faraday, otkrio je i zakon elektromagnetne indukcije, koji kaže da u zatvorenom provodnom kolu, kada se magnetski tok privremeno promijeni, nastaju električni impulsi, a također je dizajnirao prvi električni generator. Rad ovih naučnika i desetina drugih manje poznatih doveo je do pojave nove nauke, kojoj je njemački inženjer Werner von Siemens dao naziv „elektrotehnika“.

Godine 1826, G.S. Ohm, nakon brojnih eksperimenata, iznio je zakon električnog kola (takođe poznat kao "Ohmov zakon"), kao i nove pojmove: "provodljivost", "električna pokretačka sila", "napon električne struje". . Njegov sljedbenik, A-M. Ampera, izveo je poznato pravilo "desne ruke", tj. određivanje smjera strujanja električne struje pomoću magnetne igle. Izmislio je i uređaj za pojačavanje električnog polja - zavojnice bakrenih žica oko željeznih jezgara. Ovaj razvoj događaja postao je preteča jednog od glavnih izuma u oblasti elektrotehnike (elektromagnetni telegraf) njemačkog naučnika Samuela Thomasa Semmeringa.

U Rusiji je pronalazač Alexander Lodygin osmislio sijalicu koja veoma liči na svoje moderne kolege: vakumsku bocu, unutar koje je postavljena spiralna nit od vatrostalnog volframa. Naučnik je prodao prava na ovaj izum američkoj korporaciji General Electric, koja ih je pokrenula u masovnu proizvodnju. Stoga bi bilo pošteno smatrati Rusa otkrićem sijalica, iako je u svim američkim udžbenicima fizike „otac sijalice“ njihov naučnik T. Edison, koji je takođe dao značajan doprinos pronalasku električne energije.

Savremeni krug istraživanja

Nedavna grandiozna otkrića u oblasti električne energije povezana su sa imenom velikog Nikole Tesle, čiji značaj i razmjeri još nisu u potpunosti cijenjeni. Ovaj briljantni čovjek je izmislio stvari koje tek treba da se koriste:

• sinhroni generator i asinhroni elektromotor, koji su napravili industrijsku revoluciju u modernom svijetu;
• Fluorescentne svjetiljke za osvjetljavanje velikih prostora;
• koncept radija predstavio je Tesla nekoliko godina prije “zvaničnog oca” radija, Markonija;
• daljinski upravljani instrumenti (prvi je bio čamac s velikim baterijama, upravljan radiom);
• motor s rotirajućim magnetnim poljima (na ovoj osnovi sada se proizvode najnoviji automobili koji ne zahtijevaju benzin);
• industrijski laseri;
• “Laser Tower” je prvi uređaj na svijetu za bežičnu komunikaciju, prototip World Wide Weba;
• brojni kućni i industrijski električni aparati.

U Rusiji je tokom sovjetskih godina izvršena masivna elektrifikacija, masovno su se proizvodile „Iljičeve sijalice“, sovjetski naučnici su razvijali i usavršavali svoja znanja o elektricitetu i elektrotehnici.

Svi znaju šta je električna energija i sa njom se susreću stalno u svakodnevnom životu. Međutim, nemoguće je sa sigurnošću imenovati ko je izumio električnu energiju. Svaki od velikih naučnika i istraživača dao je svoj neprocjenjiv doprinos proučavanju i korištenju ovog divnog prirodnog fenomena.

Video

Šta je električna energija?

Elektricitet je skup fizičkih pojava povezanih s prisustvom električnog naboja. Iako se elektricitet u početku posmatrao kao fenomen odvojen od magnetizma, razvojem Maksvelovih jednačina, obe su prepoznate kao deo jednog fenomena: elektromagnetizma. S elektricitetom su povezane razne uobičajene pojave kao što su munje, statički elektricitet, električno grijanje, električna pražnjenja i mnoge druge. Osim toga, električna energija je osnova mnogih modernih tehnologija.

Prisutnost električnog naboja, koji može biti pozitivan ili negativan, stvara električno polje. S druge strane, kretanje električnih naboja, koje se naziva električna struja, stvara magnetsko polje.

Kada se naelektrisanje postavi u tačku sa električnim poljem različitim od nule, na njega deluje sila. Veličina ove sile određena je Coulombovim zakonom. Dakle, kada bi se ovaj naboj pomjerio, električno polje bi obavilo posao pomicanja (kočenja) električnog naboja. Dakle, možemo govoriti o električnom potencijalu u određenoj tački prostora, jednakom radu koji izvrši vanjski agens pri prijenosu jedinice pozitivnog naboja iz proizvoljno odabrane referentne točke u ovu tačku bez ikakvog ubrzanja i, po pravilu, mjereno u voltima.

U elektrotehnici se električna energija koristi za:

• snabdijevanje električnom energijom mjesta gdje se električna struja koristi za napajanje opreme;
• u elektronici, koji se bavi električnim krugovima koji uključuju aktivne električne komponente kao što su vakuumske cijevi, tranzistori, diode i integrirana kola, te povezani pasivni elementi.

Električni fenomeni proučavani su od davnina, iako je napredak u teorijskom razumijevanju započeo u 17. i 18. vijeku. Čak i tada, praktična upotreba električne energije bila je rijetka, a tek krajem 19. stoljeća inženjeri su je mogli koristiti u industrijske i stambene svrhe. Brza ekspanzija električne tehnologije tokom ovog vremena transformisala je industriju i društvo. Svestranost električne energije je da se može koristiti u gotovo neograničenom nizu industrija, kao što su transport, grijanje, rasvjeta, komunikacije i računarstvo. Električna energija je danas osnova modernog industrijskog društva.

Istorija električne energije

Mnogo prije nego što je bilo saznanja o elektricitetu, ljudi su već znali za električne udare riba. Drevni egipatski tekstovi koji datiraju iz 2750. godine prije Krista. prije Krista, nazvali su ove ribe "Gromove Nila" i opisali ih kao "zaštitnike" svih drugih riba. Dokazi o električnoj ribi ponovo se pojavljuju hiljadama godina kasnije od starogrčkih, rimskih i arapskih prirodnjaka i liječnika. Nekoliko antičkih pisaca, kao što su Plinije Stariji i Skribonije Largus, svjedoče o utrnulosti kao efektu električnih šokova proizvedenih od soma i električnih zraka, a znali su i da se takvi udari mogu prenijeti kroz provodne predmete. Pacijentima koji pate od bolesti poput gihta ili glavobolje prepisivali su se da dodiruju takve ribe u nadi da bi ih snažan strujni udar mogao izliječiti. Moguće je da su najraniji i najbliži pristup otkrivanju identiteta munje i elektriciteta iz bilo kojeg drugog izvora napravili Arapi, koji su do 15. stoljeća u svom jeziku imali riječ za munju (raad) koja se odnosila na električne zrake.

Drevne mediteranske kulture znale su da ako se određeni predmeti, kao što su štapići od ćilibara, trljaju mačjim krznom, to će privući lake predmete poput perja. Tales iz Mileta napravio je seriju zapažanja statičkog elektriciteta oko 600. godine prije Krista, iz kojih je zaključio da je trenje bilo neophodno da bi ćilibar bio sposoban da privlači predmete, za razliku od minerala poput magnetita, koji ne zahtijevaju trenje. Tales je pogriješio kada je vjerovao da je privlačnost ćilibara posljedica magnetskog efekta, ali je kasnije nauka dokazala vezu između magnetizma i elektriciteta. Prema kontroverznoj teoriji zasnovanoj na otkriću Bagdadske baterije 1936. godine, koja podsjeća na voltaičnu ćeliju, iako je nejasno da li je artefakt bio električne prirode, Parti su možda znali za galvanizaciju.

Elektrika je nastavila da generiše nešto više od intelektualne radoznalosti hiljadama godina sve do 1600. godine, kada je engleski naučnik William Gilbert sproveo temeljno proučavanje elektriciteta i magnetizma i napravio razliku između efekta "magnetita" od statičkog elektriciteta proizvedenog trljanjem ćilibara. On je skovao novu latinsku riječ electricus ("jantar" ili "kao ćilibar", od ἤλεκτρον, Elektron, od grčkog: "ćilibar") da označi svojstvo objekata da privlače male predmete nakon što se trljaju. Ova lingvistička asocijacija dovela je do engleskih riječi "električni" i "električnost", koje su se prvi put pojavile u štampi Thomasa Brownea Pseudodoxia Epidemica 1646. godine.

Dalji rad su izveli Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray i Charles Francois Dufay. U 18. veku, Benjamin Franklin je sproveo opsežna istraživanja električne energije, prodavši svoje vlasništvo kako bi finansirao svoj rad. U junu 1752. godine, on je slavno pričvrstio metalni ključ na dno uzice zmaja i poletio zmajem u olujno nebo. Niz iskri koje skaču s ključa na stražnji dio šake pokazao je da je munja zaista električna. Objasnio je i naizgled paradoksalno ponašanje Leyden tegle kao uređaja za skladištenje velikih količina električnog naboja u smislu električne energije, koji se sastoji od pozitivnih i negativnih naboja.

Godine 1791. Luigi Galvani je objavio svoje otkriće bioelektromagnetizma, pokazujući da je elektricitet sredstvo kojim neuroni prenose signale mišićima. Baterija ili naponski stup Alessandra Volte iz 1800-ih napravljen je od naizmjeničnih slojeva cinka i bakra. Za naučnike je to bio pouzdaniji izvor električne energije od elektrostatičkih mašina koje su se ranije koristile. Razumijevanje elektromagnetizma kao jedinstva električnih i magnetskih fenomena dogodilo se zahvaljujući Oerstedu i Andre-Marie Ampereu 1819-1820. Michael Faraday izumio je električni motor 1821. godine, a Georg Ohm je matematički analizirao električno kolo 1827. godine. Džejms Maksvel je konačno povezao elektricitet i magnetizam (i svetlost), posebno u svom delu O fizičkim linijama sile 1861. i 1862. godine.

Dok je svijet bio svjedok brzog napretka nauke o elektricitetu početkom 19. vijeka, najveći napredak dogodio se u oblasti elektrotehnike krajem 19. stoljeća. Uz pomoć ljudi kao što su Alexander Graham Bell, Otto Titus Blaty, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Anjos Istvan Jedlik, William Thomson, 1. Baron Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Wilson Swan, Reginald Fessenden, Nikole Tesle i Džordža Vestinghausa, električna energija je evoluirala od naučne radoznalosti do nezamenljivog alata za savremeni život, postavši pokretačka snaga druge industrijske revolucije.

Godine 1887. Heinrich Hertz je otkrio da elektrode osvijetljene ultraljubičastim svjetlom lakše stvaraju električne iskre od onih koje nisu osvijetljene. Godine 1905. Albert Einstein je objavio rad koji je objasnio eksperimentalne dokaze fotoelektričnog efekta kao rezultat prijenosa svjetlosne energije putem diskretnih kvantiziranih paketa koji pobuđuju elektrone. Ovo otkriće dovelo je do kvantne revolucije. Ajnštajn je 1921. dobio Nobelovu nagradu za fiziku za svoje „otkriće zakona fotoelektričnog efekta“. Fotonaponski efekat se također koristi u fotonaponskim ćelijama poput onih koje se nalaze u solarnim panelima, a često se koristi za proizvodnju električne energije u komercijalne svrhe.

Prvi poluprovodnički uređaj bio je detektor mačjih brkova, koji je prvi put korišten u radiju 1900-ih. Žica nalik na brkove dovodi se u lagani kontakt sa čvrstim kristalom (na primjer, kristalom germanija) kako bi se detektirao radio signal putem efekta kontakta. U poluvodičkom sklopu, struja se dovodi do poluvodičkih elemenata i spojeva dizajniranih posebno za prebacivanje i pojačavanje struje. Električna struja se može predstaviti u dva oblika: kao negativno nabijeni elektroni, kao i kao pozitivno nabijeni elektroni (nepopunjeni elektronski prostori u atomu poluvodiča), koji se nazivaju rupe. Ovi naboji i rupe shvaćeni su iz perspektive kvantne fizike. Građevinski materijal je najčešće kristalni poluvodič.

Razvoj poluvodičkih uređaja započeo je pronalaskom tranzistora 1947. godine. Uobičajeni poluvodički uređaji su tranzistori, mikroprocesorski čipovi i RAM čipovi. Specijalizovana vrsta memorije koja se zove fleš memorija koristi se u USB fleš diskovima, a u novije vreme SSD uređaji su počeli da zamenjuju mehanički rotirajuće magnetne hard diskove. Poluprovodnički uređaji postali su uobičajeni 1950-ih i 1960-ih, tokom prelaska sa vakuumskih cijevi na poluvodičke diode, tranzistore, integrirana kola (IC) i diode koje emituju svjetlost (LED).

Osnovni koncepti električne energije

Električno punjenje

Prisutnost naboja dovodi do pojave elektrostatičke sile: naboji djeluju silom jedno na drugo, ovaj efekat je bio poznat u drevnim vremenima, iako tada nije bio shvaćen. Lagana kugla okačena na uzicu može se nabiti dodirivanjem staklenom šipkom, koja je i sama prethodno bila nabijena trljanjem o tkaninu. Slična kugla nabijena istim staklenim štapićem će se odbiti od prve: naboj uzrokuje da se dvije kuglice odvoje jedna od druge. Dvije kuglice, koje su nabijene iz protrljanog ćilibarskog štapa, također se odbijaju. Međutim, ako je jedna kuglica nabijena staklenim štapićem, a druga ćilibarskom šipkom, tada se obje kugle počinju privlačiti jedna drugu. Ove pojave je krajem osamnaestog veka istraživao Charles Augustin de Coulomb, koji je zaključio da se naboj pojavljuje u dva suprotna oblika. Ovo otkriće dovelo je do dobro poznatog aksioma: slično nabijeni objekti se odbijaju, a suprotno nabijeni privlače.

Sila djeluje na same nabijene čestice, pa se naboj teži što ravnomjernijem širenju po provodnoj površini. Veličina elektromagnetne sile, bilo da je privlačna ili odbojna, određena je Coulombovim zakonom, koji kaže da je elektrostatička sila proporcionalna proizvodu naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Elektromagnetska interakcija je vrlo jaka, druga je po snazi ​​nakon jake interakcije, ali za razliku od ove druge, djeluje na bilo kojoj udaljenosti. U poređenju sa mnogo slabijom gravitacionom silom, elektromagnetna sila gura dva elektrona 1042 puta jače nego što ih gravitaciona sila privlači.

Studija je pokazala da su izvor naboja određene vrste subatomskih čestica koje imaju svojstvo električnog naboja. Električni naboj stvara i stupa u interakciju s elektromagnetskom silom, koja je jedna od četiri fundamentalne sile prirode. Najpoznatiji nosioci električnog naboja su elektron i proton. Eksperiment je pokazao da je naboj očuvana veličina, odnosno da će ukupni naboj unutar izolovanog sistema uvijek ostati konstantan, bez obzira na promjene koje se dešavaju unutar ovog sistema. U sistemu, naelektrisanje se može prenositi između tela bilo direktnim kontaktom ili prenosom kroz provodljivi materijal kao što je žica. Neformalni pojam "statički elektricitet" odnosi se na neto prisustvo naelektrisanja (ili "neravnotežu" naelektrisanja) na tijelu, obično uzrokovanu trljanjem različitih materijala i prenoseći naboj jedan s drugog.

Naboji elektrona i protona su suprotnog predznaka, stoga ukupni naboj može biti pozitivan ili negativan. Po konvenciji, naelektrisanje koje nose elektroni se smatra negativnim, a naelektrisanje koje nose protoni smatra se pozitivnim, slijedeći tradiciju uspostavljenu radom Benjamina Franklina. Količina naboja (količina električne energije) se obično simbolizira kao Q i izražava u kulonima; svaki elektron nosi isti naboj, otprilike -1,6022 × 10-19 kulona. Proton ima naelektrisanje jednake veličine i suprotnog predznaka, a time i + 1,6022 × 10-19 Kulona. Ne samo da materija ima naboj, već i antimaterija; svaka antičestica nosi jednak naboj, ali suprotan po predznaku od naboja odgovarajuće čestice.

Naboj se može mjeriti na nekoliko načina: Rani instrument je elektroskop sa zlatnim listićima, koji je, iako se još uvijek koristi za obrazovne demonstracije, sada zamijenjen elektronskim elektrometrom.

Struja

Kretanje električnih naboja naziva se električna struja, a njen intenzitet se obično mjeri u amperima. Struju mogu stvoriti bilo koje pokretne nabijene čestice; najčešće su to elektroni, ali u principu svako naelektrisanje koje se pokreće predstavlja struju.

Po istorijskoj konvenciji, pozitivna struja je određena smjerom kretanja pozitivnih naboja koji teku od pozitivnijeg dijela strujnog kola prema negativnijem dijelu. Ovako određena struja naziva se konvencionalna struja. Jedan od najpoznatijih oblika struje je kretanje negativno nabijenih elektrona kroz kolo, pa je tako pozitivan smjer struje orijentiran u smjeru suprotnom od kretanja elektrona. Međutim, ovisno o uvjetima, električna struja se može sastojati od struje nabijenih čestica koje se kreću u bilo kojem smjeru, pa čak i u oba smjera u isto vrijeme. Konvencija da se pozitivni smjer struje smatra smjerom kretanja pozitivnih naboja široko se koristi za pojednostavljenje ove situacije.

Proces kojim električna struja prolazi kroz materijal naziva se električna provodljivost, a njegova priroda varira ovisno o tome koje nabijene čestice ga nose i materijalu kroz koji se kreće. Primjeri električnih struja uključuju metalnu provodljivost, uzrokovanu protokom elektrona kroz provodnik kao što je metal, i elektrolizu, uzrokovanu protokom jona (nabijenih atoma) kroz tekućinu ili plazmu, kao u električnim varnicama. Dok se same čestice mogu kretati vrlo sporo, ponekad s prosječnom brzinom odvajanja od samo djelića milimetra u sekundi, električno polje koje ih pokreće putuje brzinom bliskom svjetlosti, omogućavajući električnim signalima da brzo putuju kroz žice.

Struja proizvodi brojne vidljive efekte koji su istorijski bili znak njenog prisustva. Mogućnost raspadanja vode pod utjecajem struje iz galvanskog stupa otkrili su Nicholson i Carlisle 1800. godine. Ovaj proces se danas zove elektroliza. Njihov rad je uveliko proširio Michael Faraday 1833. Struja koja teče kroz otpor uzrokuje lokalizirano zagrijavanje. Ovaj efekat je matematički opisao James Joule 1840. Jedno od najvažnijih otkrića u vezi sa strujom slučajno je napravio Oersted 1820. godine, kada je, pripremajući predavanje, otkrio da struja koja teče kroz žicu izaziva okretanje igle magnetskog kompasa. Tako je otkrio elektromagnetizam, osnovnu interakciju između elektriciteta i magnetizma. Nivo elektromagnetnih emisija koje stvara električni luk je dovoljno visok da proizvede elektromagnetne smetnje koje mogu naštetiti radu susjedne opreme.Otkrio je elektromagnetizam, osnovnu interakciju između elektriciteta i magnetizma. Nivo elektromagnetnog zračenja koje stvara električni luk dovoljno je visok da proizvede elektromagnetne smetnje koje mogu ometati rad opreme u blizini.

Za tehničku ili kućnu primjenu, struja se često karakterizira ili istosmjerna (DC) ili naizmjenična struja (AC). Ovi termini se odnose na to kako se aktuelnost mijenja tokom vremena. Jednosmjerna struja, poput one koju proizvodi baterija i koju zahtijeva većina elektroničkih uređaja, je jednosmjerni tok od pozitivnog potencijala kola do negativnog potencijala. Ako ovaj tok, kao što je često slučaj, nose elektroni, oni će se kretati u suprotnom smjeru. Naizmjenična struja je svaka struja koja kontinuirano mijenja smjer; gotovo uvijek ima oblik sinusnog vala. Naizmjenična struja pulsira naprijed-nazad unutar provodnika bez pomjeranja naboja na bilo koju konačnu udaljenost tokom dugog vremenskog perioda. Vremenski prosječna vrijednost naizmjenične struje je nula, ali ona isporučuje energiju prvo u jednom, a zatim u suprotnom smjeru. Naizmjenična struja ovisi o električnim svojstvima koja se ne pojavljuju u stacionarnoj jednosmjernoj struji, kao što su induktivnost i kapacitivnost. Ova svojstva, međutim, mogu postati očigledna kada je kolo podvrgnuto tranzijentima, kao što je pri početnoj aplikaciji napajanja.

Električno polje

Koncept električnog polja uveo je Michael Faraday. Električno polje stvara nabijeno tijelo u prostoru koji okružuje tijelo i rezultira silom koja djeluje na bilo koja druga naelektrisanja koja se nalaze u polju. Električno polje koje djeluje između dva naboja slično je gravitacijskom polju koje djeluje između dvije mase, a također se proteže do beskonačnosti i obrnuto je proporcionalno kvadratu udaljenosti između tijela. Međutim, postoji značajna razlika. Gravitacija uvijek privlači, uzrokujući da se dvije mase spoje, dok električno polje može rezultirati ili privlačenjem ili odbijanjem. Budući da velika tijela kao što su planete općenito imaju nulti neto naboj, njihovo električno polje na udaljenosti obično je nula. Dakle, gravitacija je dominantna sila na velikim udaljenostima u svemiru, uprkos činjenici da je sama po sebi mnogo slabija.

Električno polje se, po pravilu, razlikuje u različitim tačkama u prostoru, a njegov intenzitet u bilo kojoj tački se definiše kao sila (po jedinici naelektrisanja) koju bi stacionarni, zanemarljiv naboj doživeo ako bi se postavio u tu tačku. Apstraktno naelektrisanje, nazvano "testno naelektrisanje", mora biti nestajuće malo tako da se njegovo sopstveno električno polje koje remeti glavno polje može zanemariti, a takođe mora biti stacionarno (nepokretno) kako bi se sprečio uticaj magnetnih polja. Pošto je električno polje definisano u terminima sile, a sila je vektor, onda je i električno polje vektor, koji ima i veličinu i pravac. Preciznije, električno polje je vektorsko polje.

Proučavanje električnih polja stvorenih stacionarnim naelektrisanjem naziva se elektrostatika. Polje se može vizualizirati pomoću skupa zamišljenih linija čiji se smjer u bilo kojoj tački prostora poklapa sa smjerom polja. Ovaj koncept je uveo Faraday, a termin "linije polja" se još uvijek ponekad koristi. Linije polja su putevi duž kojih će se tačkasti pozitivni naboj kretati pod uticajem polja. Oni su, međutim, apstraktni, a ne fizički objekti, a polje prožima sav međuprostor između redova. Linije polja koje proizlaze iz stacionarnih naelektrisanja imaju nekoliko ključnih svojstava: prvo, počinju na pozitivnim naelektrisanjima i završavaju na negativnim naelektrisanjima; drugo, moraju ući u bilo koji idealni provodnik pod pravim uglom (normalno), i treće, nikada se ne ukrštaju ili zatvaraju oko sebe.

Šuplje provodno tijelo sadrži sav svoj naboj na svojoj vanjskoj površini. Stoga je polje nula na svim mjestima unutar tijela. Faradayev kavez radi na ovom principu - metalna školjka koja izoluje njegov unutrašnji prostor od vanjskih električnih utjecaja.

Principi elektrostatike su važni u projektovanju komponenti visokonaponske opreme. Postoji ograničeno ograničenje jačine električnog polja koje može izdržati bilo koji materijal. Iznad ove vrijednosti dolazi do električnog kvara, što uzrokuje električni luk između nabijenih dijelova. Na primjer, u zraku dolazi do električnog sloma u malim prazninama pri jačini električnog polja većom od 30 kV po centimetru. Kako se jaz povećava, krajnji probojni napon se smanjuje na približno 1 kV po centimetru. Najuočljiviji takav prirodni fenomen je munja. Nastaje kada se naboji razdvoje u oblacima uzdižućim stupovima zraka, a električno polje u zraku počinje da prelazi vrijednost proboja. Napon velikog grmljavinskog oblaka može doseći 100 MV i imati energiju pražnjenja od 250 kWh.

Na veličinu jačine polja u velikoj meri utiču obližnji provodni objekti, a jačina je posebno velika kada se polje mora savijati oko šiljatih objekata. Ovaj princip se koristi u gromobranima, čiji oštri tornjevi prisiljavaju munje da se ispuštaju u njih, a ne u zgrade koje štite.

Električni potencijal

Koncept električnog potencijala usko je povezan sa električnim poljem. Mali naboj stavljen u električno polje doživljava djelovanje sile i potreban je rad da bi se naboj pomjerio protiv te sile. Električni potencijal u bilo kojoj tački definira se kao energija koja se mora utrošiti da bi se jedinični probni naboj izuzetno sporo pomjerio od beskonačnosti do te točke. Potencijal se obično mjeri u voltima, a potencijal od jednog volta je potencijal pri kojem jedan džul rada mora biti utrošen da bi se naboj pomjerio za jedan kulon iz beskonačnosti. Ova formalna definicija potencijala ima malo praktične primjene, a korisniji je koncept razlike električnog potencijala, odnosno energije potrebne za pomicanje jedinice naboja između dvije date tačke. Električno polje ima jednu posebnost, konzervativno je, što znači da put koji pređe ispitni naboj nije bitan: ista energija će uvijek biti utrošena na prolazak svih mogućih putanja između dvije zadate tačke, pa tako postoji jedna vrijednost razlike potencijala između dvije pozicije. Volt se toliko učvrstio kao jedinica mjerenja i opisa razlike električnih potencijala da se termin napon koristi široko i svakodnevno.

U praktične svrhe, korisno je definirati zajedničku referentnu tačku prema kojoj se potencijali mogu izraziti i uporediti. Iako može biti u beskonačnosti, mnogo je praktičnije koristiti samu Zemlju, za koju se pretpostavlja da na svim mjestima ima isti potencijal kao nulti potencijal. Ova referentna tačka se prirodno naziva "zemlja". Zemlja je beskonačan izvor jednakih količina pozitivnih i negativnih naboja i stoga je električno neutralna i nenaelektrivna.

Električni potencijal je skalarna veličina, odnosno ima samo vrijednost i nema smjera. Može se smatrati analognim visini: kao što će oslobođeni objekt pasti kroz razliku u visini uzrokovanu gravitacijskim poljem, tako će naboj "pasti" kroz napon uzrokovan električnim poljem. Baš kao što karte označavaju reljef koristeći konturne linije koje povezuju tačke jednake visine, skup linija koje spajaju tačke jednakog potencijala (poznate kao ekvipotencijali) može se nacrtati oko elektrostatički naelektrisanog objekta. Ekvipotencijali sijeku sve linije sila pod pravim uglom. Oni također moraju ležati paralelno s površinom provodnika, inače će se stvoriti sila koja pomiče nosioce naboja duž ekvipotencijalne površine vodiča.

Električno polje je formalno definirano kao sila koja djeluje po jedinici naboja, ali koncept potencijala daje korisniju i ekvivalentniju definiciju: električno polje je lokalni gradijent električnog potencijala. Obično se izražava u voltima po metru, a smjer vektora polja je linija najveće promjene potencijala, odnosno u smjeru najbliže lokacije drugog ekvipotencijala.

Elektromagneti

Oerstedovo otkriće 1821. da magnetno polje postoji oko svih strana žice koja nosi električnu struju pokazalo je da postoji direktna veza između elektriciteta i magnetizma. Štaviše, činilo se da je interakcija drugačija od gravitacionih i elektrostatičkih sila, dvije tada poznate sile prirode. Sila je djelovala na iglu kompasa, ne usmjeravajući je prema niti od žice koja vodi struju, već je djelovala pod pravim uglom u odnosu na nju. Oersted je izrazio svoje zapažanje pomalo nejasnim riječima „električni sukob ima rotirajuće ponašanje“. Ova sila je zavisila i od smera struje, jer ako je struja promenila smer, onda je i magnetna sila promenila i njega.

Ersted nije u potpunosti razumio svoje otkriće, ali učinak koji je primijetio bio je recipročan: struja djeluje silom na magnet, a magnetsko polje djeluje silom na struju. Fenomen je dalje proučavao Ampere, koji je otkrio da dvije paralelne žice koje vode struju djeluju jedna na drugu silom: dvije žice, kroz koje struje teku u istom smjeru, privlače jedna drugu, dok žice koje sadrže struje u suprotnim smjerovima jedna od druge , odbiti. Ova interakcija se odvija kroz magnetno polje koje svaka struja stvara, a na osnovu te pojave se određuje jedinica mjerenja struje - Amper u međunarodnom sistemu jedinica.

Ova veza između magnetnih polja i struja je izuzetno važna jer je dovela do izuma električnog motora Michaela Faradaya 1821. godine. Njegov unipolarni motor sastojao se od trajnog magneta smještenog u posudu koja sadrži živu. Struja je propuštena kroz žicu okačenu na kardan iznad magneta i uronjena u živu. Magnet je vršio tangencijalnu silu na žicu, što je dovelo do toga da se ova potonja rotira oko magneta sve dok se struja održava u žici.

Eksperiment koji je proveo Faraday 1831. godine pokazao je da žica koja se kreće okomito na magnetsko polje stvara potencijalnu razliku na krajevima. Dalja analiza ovog procesa, poznatog kao elektromagnetna indukcija, omogućila mu je da formuliše princip danas poznat kao Faradejev zakon indukcije, da je razlika potencijala indukovana u zatvorenom kolu proporcionalna brzini promjene magnetskog fluksa koji prolazi kroz kolo. Razvoj ovog otkrića omogućio je Faradeju da izume prvi električni generator, 1831. godine, koji je pretvarao mehaničku energiju rotirajućeg bakrenog diska u električnu energiju. Faradejev disk je bio neefikasan i nije se koristio kao praktičan generator, ali je pokazao mogućnost generiranja električne energije pomoću magnetizma, a tu mogućnost su prihvatili oni koji su pratili njegov razvoj.

Sposobnost hemijskih reakcija da proizvede električnu energiju, i inverzna sposobnost električne energije da proizvodi hemijske reakcije, ima širok spektar primena.

Elektrohemija je oduvek bila važan deo proučavanja elektriciteta. Od prvobitnog izuma voltaičnog stupa, voltaične ćelije su evoluirale u široku paletu tipova baterija, naponskih ćelija i ćelija za elektrolizu. Aluminij se u velikim količinama proizvodi elektrolizom, a mnogi prijenosni elektronički uređaji koriste punjive izvore energije.

Električna kola

Električno kolo je veza električnih komponenti na način da električni naboj, prisiljen da teče duž zatvorenog puta (kola), obično obavlja niz nekih korisnih zadataka.

Komponente u električnom kolu mogu imati različite oblike, služeći kao elementi kao što su otpornici, kondenzatori, prekidači, transformatori i elektronske komponente. Elektronska kola sadrže aktivne komponente, kao što su poluvodiči, koji obično rade u nelinearnom režimu i zahtevaju složenu analizu da bi se primenila na njih. Najjednostavnije električne komponente su one koje se nazivaju pasivne i linearne: iako mogu privremeno skladištiti energiju, one ne sadrže izvore energije i rade u linearnom načinu rada.

Otpornik je možda najjednostavniji od pasivnih elemenata kola: kao što mu ime govori, on se opire struji koja teče kroz njega, rasipajući električnu energiju kao toplinu. Otpor je posljedica kretanja naboja kroz provodnik: u metalima, na primjer, otpor je prvenstveno posljedica sudara između elektrona i jona. Ohmov zakon je osnovni zakon teorije kola i kaže da je struja koja prolazi kroz otpor direktno proporcionalna razlici potencijala na njemu. Otpor većine materijala je relativno konstantan u širokom rasponu temperatura i struja; materijali koji zadovoljavaju ove uslove poznati su kao "omski". Ohm je jedinica otpora, nazvana po Georgu Ohmu i označena grčkim slovom Ω. 1 ohm je otpor koji stvara razliku potencijala od jednog volta kada kroz njega prođe struja od jednog ampera.

Kondenzator je modernizacija Leyden tegle i uređaj je koji može pohraniti naboj, a time i pohraniti električnu energiju u rezultirajućem polju. Sastoji se od dvije provodne ploče odvojene tankim izolacijskim slojem dielektrika; u praksi je to par tankih traka metalne folije namotanih zajedno kako bi se povećala površina po jedinici volumena, a time i kapacitet. Jedinica kapacitivnosti je farad, nazvana po Michaelu Faradayu i simbolizirana simbolom F: jedan farad je kapacitet koji stvara potencijalnu razliku od jednog volta kada se pohrani naboj od jednog kulona. Struja u početku teče kroz kondenzator spojen na izvor napajanja dok se naboj akumulira u kondenzatoru; ova struja će se, međutim, smanjiti kako se kondenzator puni i na kraju će postati nula. Kondenzator stoga ne propušta jednosmjernu struju, već je blokira.

Induktivnost je provodnik, obično namotaj žice, koji pohranjuje energiju u magnetskom polju stvorenom kada struja prolazi kroz njega. Kada se struja promijeni, mijenja se i magnetsko polje, stvarajući napon između krajeva vodiča. Inducirani napon je proporcionalan brzini promjene struje. Faktor proporcionalnosti naziva se induktivnost. Jedinica induktivnosti je henry, nazvana po Džozefu Henriju, Faradejevom savremeniku. Induktivnost od jednog henryja je induktivnost koja proizvodi potencijalnu razliku od jednog volta kada je brzina promjene struje koja prolazi kroz nju jedan amper u sekundi. Ponašanje induktivnosti je suprotno od onog kod kondenzatora: slobodno će proći jednosmernu struju i blokirati struju koja se brzo mijenja.

Električna energija

Električna snaga je brzina kojom se električna energija prenosi električnim krugom. SI jedinica snage je vat, jednaka jednom džulu u sekundi.

Električna snaga, kao i mehanička snaga, je brzina kojom se obavlja rad, mjerena u vatima i označena slovom P. Termin ulazna snaga, koji se kolokvijalno koristi, znači "električna snaga u vatima". Električna snaga u vatima koju proizvodi električna struja I jednaka je prolasku naboja Q kulona svakih t sekundi kroz električnu potencijalnu razliku (napon) V jednaka je

P = QV/t = IV

• Q - električni naboj u kulonima
• t - vrijeme u sekundama
• I - električna struja u amperima
• V - električni potencijal ili napon u voltima

Proizvodnja električne energije se često proizvodi električnim generatorima, ali se može proizvesti i kemijskim izvorima kao što su električne baterije ili na druge načine korištenjem širokog spektra izvora energije. Električnom energijom preduzeća i domove obično isporučuju elektroenergetske kompanije. Računi za struju se obično plaćaju po kilovat-satu (3,6 MJ), što predstavlja snagu proizvedenu u kilovatima pomnoženu s radnim vremenom u satima. U elektroenergetskoj industriji mjerenja snage vrše se pomoću brojila koji pohranjuju količinu ukupne električne energije isporučene klijentu. Za razliku od fosilnih goriva, električna energija je oblik energije niske entropije i može se pretvoriti u pogonsku energiju ili mnoge druge oblike energije sa visokom efikasnošću.

Elektronika

Elektronika se bavi električnim krugovima, koji uključuju aktivne električne komponente kao što su vakuumske cijevi, tranzistori, diode i integrirana kola, te pridružene pasivne i prekidačke elemente. Nelinearno ponašanje aktivnih komponenti i njihova sposobnost da kontrolišu protok elektrona omogućavaju pojačavanje slabih signala i široku upotrebu elektronike u obradi informacija, telekomunikacijama i obradi signala. Sposobnost elektronskih uređaja da djeluju kao prekidači omogućavaju digitalnu obradu informacija. Preklopni elementi kao što su štampane ploče, tehnologije pakovanja i drugi različiti oblici komunikacione infrastrukture dopunjuju funkcionalnost kola i pretvaraju različite komponente u zajednički radni sistem.

Danas većina elektronskih uređaja koristi poluvodičke komponente za obavljanje elektronske kontrole. Proučavanje poluvodičkih uređaja i srodnih tehnologija smatra se granom fizike čvrstog stanja, dok projektovanje i konstrukcija elektronskih kola za rješavanje praktičnih problema spada u područje elektronike.

Elektromagnetski talasi

Rad Faradaya i Amperea pokazao je da vremenski promjenjivo magnetsko polje stvara električno polje, a vremenski promjenjivo električno polje je izvor magnetnog polja. Dakle, kada se jedno polje promeni u vremenu, uvek se indukuje drugo polje. Ovaj fenomen ima valna svojstva i prirodno se naziva elektromagnetski talas. Elektromagnetne talase je teoretski analizirao Džejms Maksvel 1864. Maxwell je razvio niz jednačina koje bi mogle nedvosmisleno opisati odnos između električnog polja, magnetskog polja, električnog naboja i električne struje. Također je uspio dokazati da se takav val nužno širi brzinom svjetlosti, pa je sama svjetlost oblik elektromagnetnog zračenja. Razvoj Maksvelovih zakona, koji objedinjuju svetlost, polja i naboj, jedna je od najvažnijih faza u istoriji teorijske fizike.

Tako je rad mnogih istraživača omogućio korištenje elektronike za pretvaranje signala u visokofrekventne oscilirajuće struje, a kroz odgovarajuće oblikovane provodnike električna energija omogućava da se ti signali prenose i primaju putem radio valova na vrlo velike udaljenosti.

Proizvodnja i korištenje električne energije

Proizvodnja i prijenos električne struje

U 6. veku pne. e. Grčki filozof Tales iz Mileta eksperimentisao je sa štapovima od ćilibara i ovi eksperimenti su postali prvo istraživanje proizvodnje električne energije. Iako je ova metoda, sada poznata kao triboelektrični efekat, mogla samo podizati lagane objekte i stvarati iskre, bila je krajnje neefikasna. Sa pronalaskom naponskog pola u osamnaestom veku, postao je dostupan održiv izvor električne energije. Voltaični stup i njegov moderni potomak, električna baterija, pohranjuju energiju u kemijskom obliku i oslobađaju je kao električnu energiju na zahtjev. Baterija je svestran i vrlo uobičajen izvor napajanja koji je idealan za mnoge primjene, ali energija pohranjena u njoj je ograničena i kada se potroši, bateriju se mora odložiti ili napuniti. Za velike potrebe, električna energija se mora proizvoditi i prenositi kontinuirano kroz provodne dalekovode.

Električnu energiju obično generiraju elektromehanički generatori koji se pokreću parom proizvedenom iz sagorijevanja fosilnih goriva ili toplinom proizvedenom nuklearnim reakcijama; ili iz drugih izvora kao što je kinetička energija izvučena iz vjetra ili tekuće vode. Moderna parna turbina, koju je razvio Sir Charles Parsons 1884. godine, danas proizvodi oko 80 posto svjetske električne energije koristeći različite izvore topline. Takvi generatori nemaju nikakve sličnosti sa generatorom homopolarnog Faradejevog diska iz 1831. godine, ali se i dalje oslanjaju na njegov elektromagnetski princip, prema kojem provodnik, kada je spojen na promjenjivo magnetsko polje, inducira razliku potencijala na svojim krajevima. Pronalazak transformatora u kasnom 19. vijeku značio je da se električna energija može efikasnije prenositi pri višim naponima, ali nižim strujama. Efikasan električni prijenos znači, zauzvrat, da se električna energija može proizvoditi u centraliziranim elektranama uz prednosti ekonomije obima, a zatim prenositi na relativno velike udaljenosti gdje je potrebna.

Budući da se električna energija ne može lako skladištiti u količinama dovoljnim da zadovolje nacionalne potrebe, ona se mora proizvoditi u bilo koje vrijeme u količinama koje su trenutno potrebne. To zahtijeva od komunalnih preduzeća da pažljivo prognoziraju svoja električna opterećenja i kontinuirano usklađuju ove podatke s elektranama. Određenu količinu proizvodnog kapaciteta uvijek treba držati u rezervi kao sigurnosnu mrežu za elektroenergetsku mrežu u slučaju naglog povećanja potražnje za električnom energijom.

Potražnja za električnom energijom raste velikom brzinom kako se zemlja modernizuje i njena ekonomija se razvija. Sjedinjene Države su doživjele rast potražnje od 12 posto svake godine u prve tri decenije 20. stoljeća. Ova stopa rasta trenutno se primjećuje u ekonomijama u razvoju kao što su Indija ili Kina. Istorijski gledano, stopa rasta potražnje za električnom energijom nadmašila je stopu rasta potražnje za drugim vrstama energije.

Brige za životnu sredinu povezane s proizvodnjom električne energije dovele su do povećanog fokusa na proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora, posebno vjetroelektrana i hidroelektrana. Iako možemo očekivati ​​nastavak debate o uticaju različitih sredstava za proizvodnju električne energije na životnu sredinu, njen konačni oblik je relativno čist.

Načini korištenja električne energije

Električni prijenos je vrlo zgodan način prijenosa energije, a prilagođen je velikom i rastućem broju primjena. Izum praktične sijalice sa žarnom niti 1870-ih doveo je do toga da je rasvjeta jedna od prvih masovno proizvedenih upotreba električne energije. Iako je elektrifikacija nosila svoje rizike, zamjena otvorenog plamena plinske rasvjete uvelike je smanjila rizik od požara u kućama i fabrikama. Komunalije su stvorene u mnogim gradovima kako bi se zadovoljilo rastuće tržište električne rasvjete.

Otporni Joule efekat na grijanje koristi se u žarnim nitima žarulja i također nalazi direktniju primjenu u električnim sustavima grijanja. Iako je ovaj način grijanja svestran i podložan kontroli, može se smatrati rasipničkim jer većina metoda proizvodnje električne energije već zahtijeva proizvodnju toplinske energije u elektrani. Brojne zemlje, poput Danske, izdale su zakone kojima se ograničava ili zabranjuje korištenje električnog otpornog grijanja u novim zgradama. Električna energija je, međutim, još uvijek vrlo praktičan izvor energije za grijanje i hlađenje, pri čemu klima uređaji ili toplotne pumpe predstavljaju rastući sektor potražnje za električnom energijom za grijanje i hlađenje, o čijim posljedicama komunalna preduzeća sve više moraju voditi računa.

Električna energija se koristi u telekomunikacijama, a zapravo je električni telegraf, čiju su komercijalnu upotrebu pokazali 1837. Cook i Wheatstone, bio jedna od najranijih primjena električnih telekomunikacija. Izgradnjom prvih interkontinentalnih, a potom i transatlantskih telegrafskih sistema 1860-ih, električna energija je omogućila komunikaciju u roku od nekoliko minuta sa cijelim globusom. Optika i satelitske komunikacije preuzele su tržište komunikacijskih sistema, ali se može očekivati ​​da će električna energija ostati važan dio ovog procesa.

Najočiglednija upotreba efekata elektromagnetizma je u elektromotoru, koji obezbeđuje čist i efikasan način pokretanja snage. Stacionarni motor kao što je vitlo može se lako napajati, ali motor za mobilnu aplikaciju kao što je električno vozilo mora ili sa sobom nositi izvore energije kao što su baterije ili prikupljati struju pomoću kliznog kontakta poznatog kao pantograf.

Elektronski uređaji koriste tranzistor, možda jedan od najvažnijih izuma 20. stoljeća, koji je temeljna gradivna jedinica svih modernih kola. Moderno integrirano kolo može sadržavati nekoliko milijardi minijaturiziranih tranzistora na površini od samo nekoliko kvadratnih centimetara.

Električna energija se također koristi kao izvor goriva za javni prijevoz, uključujući električne autobuse i vozove.

Utjecaj električne energije na žive organizme

Utjecaj električne struje na ljudski organizam

Napon primijenjen na ljudsko tijelo uzrokuje da električna struja teče kroz tkivo, i iako ovaj odnos nije linearan, što se više napona primjenjuje, to uzrokuje veću struju. Prag percepcije varira u zavisnosti od frekvencije napajanja i lokacije struje, i iznosi približno 0,1 mA do 1 mA za električnu energiju mrežne frekvencije, iako se struja od samo jednog mikroampera može detektovati kao efekat elektrovibracije pod određenim uslovima. Ako je struja dovoljno velika, može uzrokovati kontrakciju mišića, srčanu aritmiju i opekline tkiva. Odsustvo bilo kakvih vidljivih znakova da je provodnik pod naponom čini električnu energiju posebno opasnom. Bol uzrokovan električnom strujom može biti intenzivan, što dovodi do toga da se električna energija ponekad koristi kao metoda mučenja. Smrtna kazna koja se izvodi strujnim udarom naziva se strujni udar. Strujni udar je još uvijek sredstvo sudske kazne u nekim zemljama, iako je njegova upotreba u posljednje vrijeme sve manje uobičajena.

Električne pojave u prirodi

Elektricitet nije ljudski izum, ali se može posmatrati u nekoliko oblika u prirodi, čija je značajna manifestacija munja. Mnoge interakcije poznate na makroskopskom nivou, kao što su dodir, trenje ili hemijska veza, uzrokovane su interakcijama između električnih polja na atomskom nivou. Vjeruje se da Zemljino magnetsko polje nastaje prirodnom proizvodnjom cirkulirajućih struja u jezgru planete. Neki kristali, poput kvarca, ili čak šećera, mogu stvoriti potencijalne razlike na svojim površinama kada su izloženi vanjskom pritisku. Ovaj fenomen, poznat kao piezoelektricitet, od grčkog piezein (πιέζειν), što znači "pritisnuti", otkrili su 1880. Pjer i Žak Kiri. Ovaj efekat je reverzibilan, a kada je piezoelektrični materijal izložen električnom polju, dolazi do male promene u njegovim fizičkim dimenzijama.

Neki organizmi, kao što su morski psi, u stanju su da otkriju i reaguju na promjene u električnim poljima, što je sposobnost poznata kao elektrorecepcija. U isto vrijeme, drugi organizmi, koji se nazivaju elektrogeni, sposobni su sami generirati napone, što im služi kao odbrambeno ili grabežljivo oružje. Ribe iz reda Gymnotiiformes, od kojih je električna jegulja najpoznatiji član, mogu otkriti ili omamiti svoj plijen koristeći visoke napone koje stvaraju modificirane mišićne stanice zvane elektrociti. Sve životinje prenose informacije kroz ćelijske membrane naponskim impulsima zvanim akcioni potencijali, čija je funkcija da nervnom sistemu obezbede komunikaciju između neurona i mišića. Električni udar stimuliše ovaj sistem i izaziva kontrakciju mišića. Akcijski potencijali su također odgovorni za koordinaciju aktivnosti pojedinih postrojenja.

Godine 1850. William Gladstone je pitao naučnika Michaela Faradaya kolika je vrijednost električne energije. Faraday je odgovorio: "Jednog dana, gospodine, moći ćete da ga oporezujete."

U 19. i ranom 20. vijeku električna energija nije bila dio svakodnevnog života mnogih ljudi, čak ni u industrijaliziranom zapadnom svijetu. U skladu s tim, popularna kultura tog vremena ga je često opisivala kao misterioznu, kvazi-magičnu silu koja je mogla ubijati žive, podizati mrtve ili na drugi način mijenjati zakone prirode. Ovo gledište je počelo da vlada sa Galvanijevim eksperimentima iz 1771. godine, koji su pokazali da se noge mrtvih žaba trzaju kada se primeni životinjski elektricitet. "Reanimacija" ili reanimacija naizgled mrtvih ili utopljenih osoba prijavljena je u medicinskoj literaturi ubrzo nakon Galvanijevog rada. Ovi izvještaji su postali poznati Mary Shelley kada je počela pisati Frankenstein (1819), iako ona ne ukazuje na takav metod oživljavanja čudovišta. Oživljavanje čudovišta pomoću električne energije kasnije je postalo popularna tema u horor filmovima.

Kako je jačala svijest javnosti o elektricitetu, izvoru žile druge industrijske revolucije, njeni korisnici su često prikazivani u pozitivnom svjetlu, kao što su električari za koje je opisano da „umiru kroz rukavice od kojih im jeze prste dok pletu žice“ u Pesma Rudyarda Kiplinga iz 1907. "Martini sinovi" Razna vozila na električni pogon zauzimala su istaknuto mjesto u avanturističkim pričama Julesa Vernea i Toma Swifta. Stručnjaci za elektriku, bilo izmišljeni ili stvarni - uključujući naučnike kao što su Thomas Edison, Charles Steinmetz ili Nikola Tesla - bili su naširoko percipirani kao mađioničari sa magičnim moćima.

Kako je struja u drugoj polovini 20. veka prestala da bude novina i postala neophodna u svakodnevnom životu, posebnu pažnju popularne kulture je dobila tek kada je prestala da se snabdeva, što je događaj koji obično signalizira katastrofu. Ljudi koji podržavaju njegov dolazak, poput neimenovanog junaka pjesme Džimija Veba "Wichita Lineman" (1968), sve više su predstavljani kao herojski i magični likovi.

Struja

Struja ili strujni udar naziva se struja naelektrisanih čestica koja se kreće u pravcu, kao što su elektroni. Električna energija se takođe odnosi na energiju dobijenu kao rezultat takvog kretanja naelektrisanih čestica, kao i na osvetljenje koje se dobija na osnovu te energije. Termin "elektricitet" uveo je engleski naučnik Vilijam Gilbert 1600. godine u svom eseju "O magnetu, magnetnim tijelima i velikoj magnet-zemlji".

Gilbert je provodio eksperimente s ćilibarom, koji je, kao rezultat trenja o tkaninu, mogao privući druga svjetlosna tijela, odnosno dobio je određeni naboj. A pošto se ćilibar sa grčkog prevodi kao elektron, fenomen koji je naučnik primetio nazvan je "elektricitet".

Struja

Malo teorije o elektricitetu

Električna energija može stvoriti električno polje oko vodiča električne struje ili nabijenih tijela. Pomoću električnog polja moguće je utjecati na druga tijela električnim nabojem.fv

Električni naboji, kao što svi znaju, dijele se na pozitivne i negativne. Ovaj izbor je uslovljen, međutim, s obzirom na činjenicu da je dugo napravljen istorijski, samo iz tog razloga se svakom naboju dodeljuje određeni znak.

Tijela koja su nabijena istim znakom međusobno se odbijaju, a ona koja imaju različit naboj, naprotiv, privlače.

Prilikom kretanja naelektrisanih čestica, odnosno postojanja elektriciteta, pored električnog nastaje i magnetno polje. Ovo vam omogućava da postavite odnos elektriciteta i magnetizma.

Zanimljivo je da postoje tijela koja provode električnu struju ili tijela sa vrlo velikim otporom.Ovo je otkrio engleski naučnik Stephen Gray 1729. godine.

Proučavanje elektriciteta, najpotpunije i fundamentalno, provodi takva nauka kao što je termodinamika. Međutim, kvantna svojstva elektromagnetskih polja i nabijenih čestica proučava potpuno druga nauka - kvantna termodinamika, ali neke kvantne pojave mogu se sasvim jednostavno objasniti običnim kvantnim teorijama.

Osnove električne energije

Istorija otkrića elektriciteta

Za početak, mora se reći da ne postoji takav naučnik koji bi se mogao smatrati otkrićem elektriciteta, jer od davnina do danas mnogi naučnici proučavaju njegova svojstva i saznaju nešto novo o elektricitetu.

• Prva osoba koja se zainteresovala za električnu energiju bio je starogrčki filozof Tales. Otkrio je da ćilibar, koji se utrlja o vunu, dobija svojstvo da privlači druga svjetlosna tijela.
• Zatim je drugi drevni grčki naučnik, Aristotel, proučavao određene jegulje koje su udarale neprijatelje, kao što sada znamo, električnim pražnjenjem.
• 70. godine nove ere rimski pisac Plinije proučavao je električna svojstva smole.
• Međutim, tada se dugo vremena nije steklo znanje o elektricitetu.
• I tek u 16. stoljeću, dvorski liječnik engleske kraljice Elizabete 1, William Gilbert, počeo je proučavati električna svojstva i napravio niz zanimljivih otkrića. Nakon toga je počelo doslovno “električno ludilo”.
• Tek 1600. godine pojavio se pojam "električna energija", koji je uveo engleski naučnik William Gilbert.
• Godine 1650., zahvaljujući burgomastru Magdeburga, Ottu von Guerickeu, koji je izumio elektrostatičku mašinu, postalo je moguće posmatrati efekat odbijanja tela pod uticajem struje.
• Godine 1729., engleski naučnik Stephen Gray, dok je provodio eksperimente o prenošenju električne struje na daljinu, slučajno je otkrio da nemaju svi materijali sposobnost jednakog prijenosa električne energije.
• Godine 1733. francuski naučnik Charles Dufay otkrio je postojanje dvije vrste elektriciteta, koje je nazvao staklo i smola. Ova imena su dobili zbog činjenice da su otkrivena trljanjem stakla o svilu i smole o vuni.
• Prvi kondenzator, odnosno uređaj za skladištenje električne energije, izumio je Holanđanin Pieter van Musschenbroek 1745. godine. Ovaj kondenzator se zvao Leyden jar.
• Godine 1747. Amerikanac B. Franklin stvorio je prvu svjetsku teoriju elektriciteta. Prema Franklinu, električna energija je nematerijalna tekućina ili tekućina. Još jedna Franklinova usluga nauci je da je izumio gromobran i uz pomoć njega dokazao da munja ima električno porijeklo. Uveo je i koncepte pozitivnih i negativnih naboja, ali nije otkrio naboje. Ovo otkriće je napravio naučnik Simmer, koji je dokazao postojanje polova naelektrisanja: pozitivnih i negativnih.
• Proučavanje svojstava elektriciteta preselilo se u egzaktne nauke nakon što je 1785. Coulomb otkrio zakon o sili interakcije koja se javlja između tačkastih električnih naboja, koji je nazvan Kulonov zakon.
• Zatim je 1791. godine talijanski naučnik Galvani objavio raspravu u kojoj se navodi da se električna struja javlja u mišićima životinja kada se kreću.
• Pronalazak baterije od strane drugog italijanskog naučnika, Volte, 1800. godine, doveo je do brzog razvoja nauke o elektricitetu i potonjeg niza važnih otkrića u ovoj oblasti.
• Nakon toga su uslijedila otkrića Faradaya, Maxwella i Amperea, koja su se dogodila za samo 20 godina.
• Godine 1874. ruski inženjer A.N. Lodygin dobio je patent za lampu sa žarnom niti sa karbonskom šipkom, izumenu 1872. Tada je lampa počela koristiti volframovu šipku. A 1906. godine prodao je svoj patent kompaniji Tomasa Edisona.
• Godine 1888. Herc je snimio elektromagnetne talase.
• Joseph Thomson je 1879. otkrio elektron, koji je materijalni nosilac električne energije.
• 1911. godine Francuz Georges Claude izumio je prvu neonsku lampu na svijetu.
• Dvadeseti vijek je svijetu dao teoriju kvantne elektrodinamike.
• Godine 1967. napravljen je još jedan korak ka proučavanju svojstava električne energije. Ove godine je stvorena teorija elektroslabih interakcija.

Međutim, ovo su samo glavna otkrića naučnika koja su doprinijela korištenju električne energije. Ali istraživanja se nastavljaju i danas, a otkrića u oblasti električne energije događaju se svake godine.

Svi su sigurni da je najveći i najmoćniji u pogledu otkrića vezanih za električnu energiju bio Nikola Tesla. I sam je rođen u Austrijskom Carstvu, sada na području Hrvatske. Njegov prtljag izuma i naučnih radova uključuje: naizmjeničnu struju, teoriju polja, etar, radio, rezonanciju i još mnogo toga. Neki priznaju mogućnost da fenomen „Tunguskog meteorita” nije ništa drugo do delo samog Nikole Tesle, odnosno eksplozija ogromne snage u Sibiru.

Gospodar sveta - Nikola Tesla

Neko vrijeme se vjerovalo da električna energija ne postoji u prirodi. Međutim, nakon što je B. Franklin ustanovio da munja ima električno porijeklo, ovo mišljenje je prestalo da postoji.

Značaj električne energije u prirodi, kao i u životu ljudi, je ogroman. Uostalom, munja je dovela do sinteze aminokiselina i, posljedično, do pojave života na zemlji.

Procesi u nervnom sistemu ljudi i životinja, kao što su kretanje i disanje, nastaju usled nervnih impulsa koji proizlaze iz struje koja postoji u tkivima živih bića.

Neke vrste riba koriste struju, odnosno električna pražnjenja, kako bi se zaštitile od neprijatelja, traže hranu pod vodom i dobijaju je. Takve ribe su: jegulje, lampuge, električne zrake, pa čak i neke morske pse. Sve ove ribe imaju poseban električni organ koji radi na principu kondenzatora, odnosno akumulira prilično veliki električni naboj, a zatim ga ispušta na žrtvu koja dotakne takvu ribu. Također, takav organ radi s frekvencijom od nekoliko stotina herca i ima napon od nekoliko volti. Snaga struje električnog organa ribe mijenja se s godinama: što riba postaje starija, to je jačina struje veća. Također, zahvaljujući električnoj struji, ribe koje žive na velikim dubinama plove u vodi. Električno polje je izobličeno djelovanjem objekata u vodi. A ova izobličenja pomažu ribama da se kreću.

Smrtonosni eksperimenti. Struja

Dobivanje struje

Elektrane su posebno stvorene za proizvodnju električne energije. U elektranama se uz pomoć generatora stvara električna energija, koja se dalje putem dalekovoda prenosi do mjesta potrošnje. Električna struja nastaje pretvaranjem mehaničke ili unutrašnje energije u električnu energiju. Elektrane se dijele na: hidroelektrane ili HE, termonuklearne, vjetroelektrane, plimne, solarne i druge elektrane.

U hidroelektranama, generatorske turbine koje pokreće protok vode proizvode električnu struju. U termoelektranama ili, drugim riječima, termoelektranama proizvodi se i električna struja, ali se umjesto vode koristi vodena para, koja nastaje pri zagrijavanju vode pri sagorijevanju goriva, na primjer, uglja.

Vrlo sličan princip rada koristi se u nuklearnoj elektrani ili nuklearnoj elektrani. Samo nuklearne elektrane koriste drugu vrstu goriva - radioaktivne materijale, na primjer, uranijum ili plutonijum. Njihova jezgra fisije, što rezultira oslobađanjem vrlo velike količine topline, koja se koristi za zagrijavanje vode i pretvaranje u vodenu paru, koja zatim ulazi u turbinu koja stvara električnu struju. Takve stanice zahtijevaju vrlo malo goriva za rad. Dakle, deset grama uranijuma proizvodi istu količinu električne energije kao automobil uglja.

Korištenje električne energije

U današnje vrijeme život bez struje postaje nemoguć. Postalo je prilično integrisano u živote ljudi u dvadeset prvom veku. Električna energija se često koristi za rasvjetu, na primjer pomoću električne ili neonske lampe, te za prijenos svih vrsta informacija putem telefona, televizije i radija, a u prošlosti i telegrafa. Također, još u dvadesetom stoljeću pojavilo se novo područje primjene električne energije: izvor napajanja za elektromotore tramvaja, podzemnih vlakova, trolejbusa i električnih vozova. Električna energija je neophodna za rad različitih kućanskih aparata, koji značajno poboljšavaju život moderne osobe.

Danas se električna energija koristi i za proizvodnju kvalitetnih materijala i njihovu preradu. Električne gitare, napajane električnom energijom, mogu se koristiti za stvaranje muzike. Struja se i dalje koristi kao humana metoda ubijanja kriminalaca (električna stolica) u zemljama koje dozvoljavaju smrtnu kaznu.

Također, s obzirom na to da život modernog čovjeka postaje gotovo nemoguć bez kompjutera i mobitela, koji zahtijevaju struju za rad, značaj električne energije bit će prilično teško precijeniti.

Elektricitet u mitologiji i umjetnosti

U mitologiji gotovo svih naroda postoje bogovi koji su sposobni bacati munje, odnosno koji mogu koristiti struju. Na primjer, kod Grka je ovaj bog bio Zeus, kod Hindusa Agni, koji se mogao pretvoriti u munju, kod Slavena Perun, a kod skandinavskih naroda Thor.

Crtani filmovi imaju i struju. Tako se u Diznijevom crtanom filmu Crni rt nalazi anti-heroj Megavolt, koji može kontrolirati struju. U japanskoj animaciji, elektricitetom upravlja Pokemon Pikachu.

Zaključak

Proučavanje svojstava elektriciteta počelo je u antičko doba i traje do danas. Pošto su naučili osnovna svojstva električne energije i naučili da ih pravilno koriste, ljudi su sebi znatno olakšali život. Električna energija se koristi i u fabrikama, fabrikama itd., odnosno može se koristiti za ostvarivanje drugih pogodnosti. Značaj električne energije, kako u prirodi tako i u životu savremenog čovjeka, je ogroman. Bez takvog električnog fenomena kao što je munja, život ne bi nastao na Zemlji, a bez nervnih impulsa, koji nastaju i zbog elektriciteta, ne bi bilo moguće osigurati usklađen rad između svih dijelova organizama.

Ljudi su oduvijek bili zahvalni struji, čak i kada nisu znali za njeno postojanje. Svoje glavne bogove obdarili su sposobnošću da bacaju munje.

Savremeni čovjek također ne zaboravlja na struju, ali je li moguće zaboraviti na nju? On daje električnu energiju crtanim i filmskim likovima, gradi elektrane za proizvodnju električne energije i još mnogo toga.

Dakle, električna energija je najveći dar koji nam je dala sama priroda i koji smo, srećom, naučili koristiti.

Elektricitet se lako može nazvati jednim od najvažnijih otkrića koje je čovjek ikada napravio. Pomogao je razvoju naše civilizacije od samog početka njenog nastanka....

Elektricitet se lako može nazvati jednim od najvažnijih otkrića koje je čovjek ikada napravio. Pomogao je razvoju naše civilizacije od samog početka njenog nastanka. Ovo je ekološki najprihvatljivija vrsta energije na planeti, te je vjerovatno da će električna energija moći zamijeniti sve sirovine ako više ne ostanu na Zemlji.

Termin dolazi iz grčkog. "elektron" i znači "ćilibar". Još u 7. veku pre nove ere, starogrčki filozof Tales je primetio da ćilibar ima svojstvo da privlači kosu i lagane materijale, kao što su strugotine od plute. Tako je postao otkrivač elektriciteta. Ali tek sredinom 17. stoljeća Talesova zapažanja je detaljno proučavao Otto von Guericke. Ovaj njemački fizičar stvorio je prvi električni uređaj na svijetu. Bila je to rotirajuća lopta od sumpora pričvršćena na metalnu iglu i izgledala je kao ćilibar sa silom privlačenja i odbijanja.

Tales - otkrivač elektriciteta

Tokom nekoliko vekova, Guerickeovu „električnu mašinu“ primetno su poboljšali nemački naučnici kao što su Bose, Winkler i Englez Hoxby. Eksperimenti sa električnom mašinom dali su podsticaj novim otkrićima u 18. veku: 1707. godine, fizičar Du Fay, porijeklom iz Francuske, otkrio je razliku između električne energije koju dobijemo trljanjem staklenog kruga i električne energije koju dobijemo trljanjem kruga napravljenog od smole drveta. Godine 1729. engleski naučnici Gray i Wheeler otkrili su da neka tijela mogu prenositi električnu energiju kroz sebe i prvi su naglasili da se tijela mogu podijeliti na dvije vrste: provodne i neprovodne struje.

Vrlo značajno otkriće iznio je 1729. holandski fizičar Muschenbroek, koji je rođen u Leidenu. Ovaj profesor filozofije i matematike prvi je otkrio da staklena posuda zatvorena s obje strane listovima staniola može akumulirati električnu energiju. Budući da su eksperimenti izvedeni u gradu Leidenu, Uređaj se zvao Leyden jar..

Naučnik i društveni aktivista Benjamin Franklin iznio je jednu teoriju u kojoj je rekao da postoji i pozitivan i negativan elektricitet. Naučnik je bio u stanju da objasni sam proces punjenja i pražnjenja staklene posude i pružio dokaze da se obloga Leyden tegle može lako naelektrisati različitim naelektrisanjem.

Benjamin Franklin posvetio je više nego dovoljno pažnje poznavanju atmosferskog elektriciteta, kao i ruski naučnici G. Richman, kao i M.V. Lomonosov. Naučnik je izmislio gromobran, uz pomoć kojih je potkrijepio da sama munja nastaje iz razlike u električnim potencijalima.

Godine 1785. izveden je Coulombov zakon, koji opisuje električnu interakciju između tačkastih naelektrisanja. Zakon je otkrio C. Coulomb, naučnik iz Francuske, koji ga je stvorio na osnovu ponovljenih eksperimenata sa čeličnim kuglicama.

Jedno od velikih otkrića koje je napravio italijanski naučnik Luiđi Galvani 1791. godine bilo je da se električna energija može proizvesti kada dva različita metala dođu u kontakt sa telom secirane žabe.

Godine 1800. italijanski naučnik Alessandro Volta izumio je hemijsku bateriju. Ovo otkriće bilo je važno u proučavanju elektriciteta. Ovaj galvanski element sastojao se od okruglih srebrnih ploča, između ploča su se nalazili komadići papira prethodno namočeni u slanu vodu. Zahvaljujući hemijskim reakcijama, hemijska baterija je redovno dobijala električnu struju.

Godine 1831. poznati naučnik Michael Faraday otkrio je elektromagnetnu indukciju i na osnovu toga izumio prvi električni generator na svijetu. Otkrio koncepte kao što su magnetsko i električno polje i izumio elementarni električni motor.

Čovek koji je dao ogroman doprinos proučavanju magnetizma i elektriciteta i sproveo svoja istraživanja u praksu, bio je pronalazač Nikola Tesla. Kućanski i električni aparati koje je naučnik stvorio su nezamjenjivi. Ovaj čovek se može nazvati jednim od velikih pronalazača 20. veka.

Ko je prvi otkrio elektricitet?

Teško je naći ljude koji ne znaju šta je struja. Ali ko je otkrio elektricitet? Nemaju svi pojma o tome. Moramo otkriti o kakvom se fenomenu radi, ko ga je prvi otkrio i koje godine se sve dogodilo.

Nekoliko riječi o elektricitetu i njegovom otkriću

Istorija otkrića elektriciteta je prilično opsežna. Ovo se prvi put dogodilo 700. godine prije Krista. Radoznali filozof iz Grčke po imenu Thales primijetio je da ćilibar može privući male predmete kada dođe do trenja s vunom. Istina, nakon toga su se sva zapažanja završila na duže vrijeme. Ali on je bio taj koji se smatra otkrićem statičkog elektriciteta.

Dalji razvoj dogodio se mnogo kasnije - nakon nekoliko stoljeća. Liječnik William Gilbert, koji se zanimao za osnove fizike, postao je osnivač nauke o elektricitetu. Izmislio je nešto slično elektroskopu, nazvavši ga versorom. Zahvaljujući njemu, Gilbert je shvatio da mnogi minerali privlače male predmete. Među njima su dijamanti, staklo, opali, ametisti i safiri.

Koristeći versor, Gilbert je napravio nekoliko zanimljivih zapažanja:

• plamen utiče na električna svojstva tijela koja nastaju prilikom trenja;
• Munja i grmljavina su fenomeni električne prirode.

Reč "električna energija" pojavila se u 16. veku. Šezdesetih godina 17. stoljeća, burgomajstor Otto von Guericke stvorio je posebnu mašinu za eksperimente. Zahvaljujući njoj, uočio je efekte privlačnosti i odbojnosti.

Nakon toga, istraživanja su nastavljena. Čak su koristili i elektrostatičke mašine. Početkom 30-ih godina 18. stoljeća, Stephen Gray je transformirao Guerickeov dizajn. Zamijenio je sumpornu kuglu za staklenu. Stephen je nastavio svoje eksperimente i otkrio fenomen kao što je električna provodljivost. Nešto kasnije Charles Dufay je otkrio dvije vrste naboja - od smole i stakla.

U 40. godini 18. vijeka, Kleist i Muschenbruck osmislili su "Leyden teglu", koja je postala prvi kondenzator na Zemlji. Benjamin Franklin je rekao da staklo akumulira naboj. Zahvaljujući njemu pojavile su se oznake "plus" i "minus" za električne naboje, kao i "provodnik", "naboj" i "kondenzator".

Benjamin Franklin je vodio život pun događaja. Nevjerovatna stvar je da je čak imao dovoljno vremena da proučava elektricitet. Međutim, upravo je Benjamin Franklin izumio prvi gromobran.

Krajem 18. vijeka, Galvani je objavio svoju raspravu o sili elektriciteta u mišićnom kretanju. Početkom 19. stoljeća, talijanski pronalazač Volta došao je do novog izvora struje, nazvavši ga Galvanski element. Ovaj dizajn izgleda kao stub napravljen od srebrnih i cink prstenova. Razdvojeni su papirima koji su natopljeni slanom vodom. Tako se dogodilo otkriće galvanskog elektriciteta. Dvije godine kasnije, ruski pronalazač Vasilij Petrov otkrio je Voltajski luk.

Otprilike u istom vremenskom periodu, Jean Antoine Nollet je dizajnirao elektroskop. Snimio je brzo "odvođenje" struje iz oštro oblikovanih tijela. Na osnovu toga se pojavila teorija da struja utiče na živa bića. Zahvaljujući otkrivenom efektu pojavio se medicinski elektrokardiograf.

Od 1809. godine došlo je do revolucije u oblasti električne energije. Pronalazač iz Engleske, Delarue, izumio je sijalicu sa žarnom niti. Stoljeće kasnije stvoreni su uređaji sa spiralom od volframa, koji su bili punjeni inertnim plinom. Irving Langmuir je postao njihov osnivač.

Druga otkrića

U 18. veku, kasnije slavni Majkl Faradej došao je sa doktrinom o elektromagnetnim poljima.

Elektromagnetnu interakciju otkrio je tokom svojih eksperimenata danski naučnik po imenu Ørsted 1820. Godine 1821., fizičar Ampere je povezao elektricitet i magnetizam u svojoj raspravi. Zahvaljujući ovim studijama, rođena je elektrotehnika.

Godine 1826, Georg Simon Ohm je sproveo eksperimente i izložio glavni zakon električnog kola. Nakon toga su se pojavili specijalizovani termini:

• elektromotorna sila;
• provodljivost;
• pad napona u mreži.

Andre-Marie Ampere je kasnije smislio pravilo za određivanje smjera struje na magnetskoj igli. Imao je mnogo imena, ali ono koje se najviše zadržalo je „pravilo desne ruke“. Amper je bio taj koji je dizajnirao pojačalo elektromagnetnog polja - zavojnicu s mnogo zavoja. Izrađene su od bakrenih žica sa ugrađenim željeznim jezgrom. 30-ih godina 19. stoljeća izumljen je elektromagnetski telegraf na osnovu gore opisanog pravila.

Tokom 1920-ih, vlada Sovjetskog Saveza započela je globalnu elektrifikaciju. U tom periodu nastao je termin "Iljičeva sijalica".

Čarobna struja

Djeca moraju znati šta je struja. Ali morate podučavati na razigran način kako stečeno znanje ne bi dosadilo već u prvim minutama. Da biste to učinili, možete prisustvovati otvorenoj lekciji „Čarobni elektricitet“. Uključuje sljedeće obrazovne ciljeve:

• generalizacija informacija o elektricitetu kod djece;
• proširiti znanje o tome gdje struja živi i kako može pomoći ljudima;
• upoznajte svoje dijete sa uzrocima statičkog elektriciteta;
• Objasniti sigurnosna pravila za rukovanje električnim aparatima za domaćinstvo.

Postavljeni su i drugi zadaci:

• dijete razvija želju da otkrije nešto novo;
• djeca uče interakciju sa svijetom oko sebe i njegovim objektima;
• razvijaju se razmišljanje, zapažanje, analitičke sposobnosti i sposobnost donošenja ispravnih zaključaka;
• Sprovode se aktivne pripreme za školu.

Aktivnost je neophodna i u obrazovne svrhe. Tokom događaja:

• jača interes za proučavanje svijeta oko nas;
• postoji zadovoljstvo zbog otkrića koja su rezultat eksperimenata;
• Razvija se sposobnost timskog rada.

Obezbeđeni su sledeći materijali:

• igračke s baterijama;
• plastični štapići prema broju prisutnih;
• vunene i svilene tkanine;
• edukativna igračka “Sakupi predmet”;
• kartice “Pravila za upotrebu električnih aparata za domaćinstvo”;
• kuglice u boji.

Ovo bi bila odlična ljetna aktivnost za dijete.

Zaključak

Ne možemo sa sigurnošću reći ko je zapravo prvi otkrio elektricitet. Postoje svi razlozi za vjerovanje da su za njega znali i prije Talesa. Ali većina naučnika (William Gilbert, Otto von Guericke, Volt Ohm, Ampere) u potpunosti je doprinijela razvoju električne energije.

Alternativna verzija istorije otkrića elektriciteta

Nauka ne zna kada je došlo do otkrića elektriciteta. Čak su i drevni ljudi posmatrali munje. Kasnije su primijetili da neka tijela, ako se trljaju jedno o drugo, mogu privlačiti ili odbijati. Sposobnost privlačenja ili odbijanja malih predmeta dobro je dokazana u ćilibaru.
Godine 1600. pojavio se prvi termin povezan sa elektricitetom: elektron. Uveo ga je William Gilbert, koji je ovu riječ pozajmio iz grčkog jezika, gdje je značila ćilibar. Kasnije su takva svojstva otkrivena kod dijamanta, opala, ametista i safira. Te materijale je nazvao električarima, a samu pojavu - strujom.
Otto von Guericke je nastavio Gilbertovo istraživanje. Izumio je elektrostatičku mašinu, prvi instrument za proučavanje električnih pojava. Bio je to rotirajući metalni štap sa loptom napravljenom od sumpora. Prilikom rotacije, lopta se trljala o vunu i stekla značajan naboj statičkog elektriciteta.

Godine 1729. Englez Stephen Grey je poboljšao Guerickeovu mašinu, zamenivši sumpornu kuglu staklenom.

Godine 1745. Jürgen Kleist i Peter Muschenbruck izumili su Leyden teglu, koja je staklena posuda s vodom koja može akumulirati značajan naboj. Postao je prototip modernih kondenzatora. Naučnici su pogrešno vjerovali da je akumulator naboja voda, a ne staklo. Kasnije je umjesto vode korištena živa.
Benjamin Franklin je proširio skup pojmova da opiše električne fenomene. Uveo je pojmove: naboj, dvije vrste naboja, plus i minus da ih označi. On posjeduje pojmove kondenzator i provodnik.
Mnogi eksperimenti sprovedeni u 17. veku bili su deskriptivne prirode. Nisu dobili praktičnu primjenu, ali su poslužili kao temelj za razvoj teorijskih i praktičnih osnova električne energije.

Prvi naučni eksperimenti sa strujom

Naučno istraživanje električne energije počelo je u 18. veku.

Godine 1791., talijanski liječnik Luigi Galvani otkrio je da struja koja teče kroz mišiće seciranih žaba uzrokuje njihovo kontrakciju. Svoje otkriće nazvao je životinjskim elektricitetom. Ali Luigi Galvani nije mogao u potpunosti objasniti dobivene rezultate.

Otkriće životinjskog elektriciteta zainteresovalo je Italijana Alexandra Voltu. Čuveni naučnik je ponovio Galvanijeve eksperimente. Više puta je dokazao da žive ćelije proizvode električni potencijal, ali uzrok njegove pojave je hemijski, a ne životinjski. Tako je otkriven galvanski elektricitet.
Nastavljajući svoje eksperimente, Alexandro Volta je dizajnirao uređaj koji stvara napon bez elektrostatičke mašine. Bio je to hrpa naizmjeničnih bakarnih i cinkanih ploča razdvojenih komadićima papira natopljenim otopinom soli. Uređaj je nazvan naponski stub. Postao je prototip modernih galvanskih ćelija koje se koriste za proizvodnju električne energije.
Važno je napomenuti da je Napoleon Bonaparte bio veoma zainteresovan za Voltin izum, te mu je 1801. godine dodijelio titulu grofa. A kasnije su poznati fizičari odlučili nazvati jedinicu napona 1 V (volt) u njegovu čast.

Luigi Galvani i Alexandro Volta veliki su eksperimentatori u oblasti električne energije. Ali u 18. veku. nisu mogli da objasne suštinu fenomena. Izgradnja teorije elektriciteta i magnetizma počela je u 19. veku.

Naučno istraživanje električne energije u 19. veku

Ruski pronalazač Vasilij Petrov, nastavljajući Voltine eksperimente, otkrio je Voltajev luk 1802. godine. U njegovim eksperimentima korištene su ugljične elektrode koje su se prvo pomicale, zagrijavale uslijed protoka struje, a zatim su se razmicale. Između njih je nastao stabilan luk, sposoban da gori na naponu od samo 40-50 volti. To je stvorilo značajnu količinu topline. Petrovi eksperimenti su prvi pokazali mogućnosti praktične upotrebe električne energije i doprinijeli pronalasku žarulje sa žarnom niti i električnog zavarivanja. Za svoje eksperimente V. Petrov je dizajnirao bateriju dugu 12 m. Ona je mogla stvoriti napon od 1700 volti.

Nedostaci naponskog luka bili su brzo sagorijevanje uglja, oslobađanje ugljičnog dioksida i čađi. Nekoliko najvećih izumitelja tog vremena preuzelo je zadatak poboljšanja izvora svjetlosti, od kojih je svaki dao svoj doprinos razvoju električne rasvjete. Svi su vjerovali da izvor topline i svjetlosti treba biti u staklenoj tikvici iz koje se ispumpa zrak.
Ideju o korištenju metalne niti predložio je engleski fizičar Delarue još 1809. godine. Ali dugi niz godina nastavljeni su eksperimenti s karbonskim šipkama i nitima.
Američki udžbenici o elektricitetu tvrde da je otac lampe sa žarnom niti njihov sunarodnik Thomas Edison. Dao je ogroman doprinos istoriji otkrića elektriciteta. Ali Edisonovi eksperimenti u poboljšanju žarulja sa žarnom niti okončani su kasnih 1870-ih, kada je napustio metalnu nit i vratio se karbonskim šipkama. Njegove lampe su mogle neprekidno da gore oko 40 sati.

20 godina kasnije, ruski pronalazač Aleksandar Nikolajevič Lodigin izumio je lampu koja je koristila vatrostalnu metalnu nit uvijenu u spiralu. Vazduh je ispumpan iz tikvice, što je uzrokovalo oksidaciju i izgaranje filamenta.
Najveća svjetska kompanija za proizvodnju električnih proizvoda, General Electric, kupila je patent od Lodygina za proizvodnju svjetiljki sa volframovim vlaknom. To nam omogućava da pretpostavimo da je otac žarulje sa žarnom niti naš sunarodnjak.
Hemičari i fizičari radili su na poboljšanju sijalice sa žarnom niti, a njihova otkrića, izumi i poboljšanja doveli su do stvaranja sijalice sa žarnom niti koju ljudi danas koriste.

U 19. vijeku električna energija se počela koristiti ne samo za rasvjetu.
Godine 1807. engleski hemičar Humphry Davy uspio je elektrolitičkom metodom izolirati alkalne metale natrijum i kalij iz otopine. U to vrijeme nije bilo drugih načina za dobivanje ovih metala.
Njegov sunarodnik William Sturgeon izumio je elektromagnet 1825. Nastavljajući svoja istraživanja, stvorio je prvi model električnog motora, čiji je rad pokazao 1832. godine.

Formiranje teorijskih osnova elektriciteta

Pored izuma koji su dobili praktičnu primenu, u 19.st. počela je izgradnja teorijskih osnova elektriciteta, otkrivanje i formulisanje osnovnih zakona.

Godine 1826. njemački fizičar, matematičar i filozof Georg Ohm eksperimentalno je ustanovio i teorijski potkrijepio svoj poznati zakon, koji opisuje ovisnost struje u provodniku od njegovog otpora i napona. Ohm je proširio raspon pojmova koji se koriste u električnoj energiji. Uveo je pojmove elektromotorne sile, provodljivosti i pada napona.
Zahvaljujući publikacijama G. Ohma, koje su bile senzacionalne u naučnom svijetu, teorija elektriciteta je počela naglo da se razvija, ali je i sam autor bio proganjan od strane svojih pretpostavljenih i otpušten je s mjesta školskog nastavnika matematike.

Veliki doprinos razvoju teorije elektriciteta dao je francuski filozof, biolog, matematičar i hemičar Andre-Marie Ampere. Zbog siromaštva roditelja bio je primoran da se samoškoluje. Sa 13 godina već je savladao integralni i diferencijalni račun. To mu je omogućilo da dobije matematičke jednačine koje opisuju interakcije kružnih struja. Zahvaljujući Ampereovom radu, u elektricitetu su se pojavila dva srodna polja: elektrodinamika i elektrostatika. Iz nepoznatih razloga, Ampere je prestao proučavati elektricitet u odrasloj dobi i počeo se zanimati za biologiju.

Mnogi fizičari različitih nacionalnosti radili su na razvoju teorije elektriciteta. Proučavajući njihove radove, izvanredni engleski fizičar James Clerk Maxwell izgradio je jedinstvenu teoriju električnih i magnetskih interakcija. Maxwellova elektrodinamika predviđa prisustvo posebnog oblika materije - elektromagnetnog polja. Svoj rad o ovom problemu objavio je 1862. Maksvelova teorija je omogućila da se opišu već poznate elektromagnetne pojave i predvide nepoznate.

Istorija razvoja električnih komunikacija

Čim su drevni ljudi imali potrebu za komunikacijom, pojavila se potreba za organiziranjem razmjene poruka. Povijest razvoja komunikacija prije otkrića električne energije je višestruka i svaka nacija ima svoju.

Kada su ljudi cijenili mogućnosti električne energije, postavilo se pitanje o prenošenju informacija uz njegovu pomoć.
Prvi pokušaji prenošenja električnih signala učinjeni su odmah nakon Galvanijevih eksperimenata. Izvor energije bio je naponski stup, a prijemnik žablji krakovi. Tako je nastao prvi telegraf, koji je tokom dužeg vremenskog perioda unapređivan i modernizovan.

Da bi se prenijela informacija, prvo je morala biti kodirana, a zatim dekodirana nakon prijema. Kako bi kodirao informacije, američki umjetnik Samuel Morse je 1838. smislio posebnu abecedu koja se sastojala od kombinacija tačaka i crtica, razdvojenih razmacima. Poznat je tačan datum prvog telegrafskog prenosa - 27. maj 1844. Uspostavljena je komunikacija između Baltimora i Vašingtona, koji se nalaze na udaljenosti od 64 km.

Komunikacija ove vrste mogla su prenositi poruke na velike udaljenosti i pohranjivati ​​ih na papirnu traku, ali su imala i niz nedostataka. Mnogo vremena je potrošeno na kodiranje i dekodiranje poruka, prijemnik i predajnik su morali biti povezani žicama.

Godine 1895. ruski pronalazač Aleksandar Popov uspio je demonstrirati rad prvog bežičnog predajnika i prijemnika. Antena (ili Hertz vibrator) je korištena kao prijemni element, a koherer je korišten kao element za snimanje. Za napajanje uređaja korištena je DC baterija napona od nekoliko volti.
Za pronalazak koherera je u velikoj mjeri zaslužan francuski fizičar Edwart Branly, koji je otkrio mogućnost promjene otpornosti metalnog praha izlaganjem elektromagnetnim valovima.
Komunikacioni objekti izgrađeni na bazi Popovovog predajnika i prijemnika i danas su u upotrebi.

Senzacionalan izveštaj o svojim otkrićima u oblasti prenosa elektromagnetnih talasa 1891. godine napravio je srpski naučnik Nikola Tesla. Ali čovečanstvo nije bilo spremno da prihvati njegove ideje i shvati kako Tesline izume primeniti u delo. Mnogo decenija kasnije, oni su činili osnovu današnjih sredstava elektronskih komunikacija: radija, televizije, celularne i svemirske komunikacije.

Malo ljudi razmišlja o tome kada se pojavila struja. A njegova istorija je prilično zanimljiva. Struja čini život ugodnijim. Zahvaljujući njemu, televizija, internet i još mnogo toga su postali dostupni. I više nije moguće zamisliti savremeni život bez struje. To je značajno ubrzalo razvoj čovječanstva.

Istorija električne energije

Ako počnete shvaćati kada se pojavila električna energija, onda se morate sjetiti grčkog filozofa Thalesa. On je prvi skrenuo pažnju na ovaj fenomen 700. godine prije Krista. e. Thalles je otkrio da kada se ćilibar trlja o vunu, kamen počinje da privlači lagane predmete.

Koje godine se pojavila struja? Nakon grčkog filozofa, dugo vremena niko nije proučavao ovaj fenomen. A znanje u ovoj oblasti nije se povećalo sve do 1600. godine. Ove godine William Gilbert je uveo pojam "elektricitet" proučavajući magnete i njihova svojstva. Od tog vremena, naučnici su počeli intenzivno da proučavaju ovaj fenomen.

Prva otkrića

Kada se pojavila električna energija i kada je korištena u tehničkim rješenjima? Godine 1663. stvorena je prva električna mašina koja je omogućila posmatranje efekata odbijanja i privlačenja. Godine 1729. engleski naučnik Stephen Grey izveo je prvi eksperiment u kojem se električna energija prenosila na daljinu. Četiri godine kasnije, francuski naučnik C. Dufay otkrio je da električna energija ima 2 vrste naboja: smolu i staklo. Godine 1745. pojavio se prvi električni kondenzator - Leydenska posuda.

Godine 1747. Benjamin Franklin je stvorio prvu teoriju koja je objasnila ovaj fenomen. A 1785. godine pojavila se električna energija koju su dugo proučavali Galvani i Volt. Napisana je rasprava o djelovanju ovog fenomena tokom pokreta mišića i izmišljen je galvanski objekt. A ruski naučnik V. Petrov postao je otkrivač

Osvetljenje

Kada se pojavila struja u kućama i stanovima? Za mnoge se ovaj fenomen prvenstveno odnosi na rasvjetu. Stoga treba uzeti u obzir kada je izumljena prva sijalica. To se dogodilo 1809. godine. Izumitelj je bio Englez Delarue. Nešto kasnije pojavile su se sijalice u obliku spirale, koje su bile punjene inertnim gasom. Počeli su da se proizvode 1909. godine.

Pojava električne energije u Rusiji

Neko vrijeme nakon uvođenja pojma "električna energija", ovaj fenomen se počeo proučavati u mnogim zemljama. Početak promjene može se smatrati pojavom rasvjete. Koje godine se u Rusiji pojavila struja? Prema ovom datumu - 1879. Tada je prvi put u Sankt Peterburgu izvršena elektrifikacija pomoću lampi.

Ali godinu dana ranije u Kijevu, u jednoj od željezničkih radionica, postavljeno je električno svjetlo. Stoga je datum pojave električne energije u Rusiji pomalo kontroverzno pitanje. Ali pošto je ovaj događaj prošao nezapaženo, zvaničnim datumom se može smatrati paljenje Liteinog mosta.

Ali postoji još jedna verzija kada se struja pojavila u Rusiji. Sa pravne tačke gledišta, ovaj datum je trideseti januar 1880. godine. Na današnji dan u Ruskom tehničkom društvu pojavio se prvi odjel za elektrotehniku. Njegove dužnosti bile su da nadgleda uvođenje električne energije u svakodnevni život. Carskoe Selo je 1881. godine postalo prvi evropski grad koji je bio potpuno osvetljen.

Drugi značajan datum je petnaesti maj 1883. Na ovaj dan je Kremlj prvi put osvijetljen. Događaj je bio tempiran da se poklopi sa stupanjem na ruski tron ​​Aleksandra III. Da bi osvijetlili Kremlj, električari su postavili malu elektranu. Nakon ovog događaja, rasvjeta se prvo pojavila na glavnoj ulici Sankt Peterburga, a potom i u Zimskom dvorcu.

U ljeto 1886. godine, carevim ukazom, osnovano je Društvo za električnu rasvjetu. Bavila se elektrifikacijom cijelog Sankt Peterburga i Moskve. A 1888. godine počele su se graditi prve elektrane u najvećim gradovima. U ljeto 1892. u Rusiji je pušten debitantski električni tramvaj. A pojavio se 1895. Sagrađen je u Sankt Peterburgu, na rijeci. Bolshaya Okhta.

A u Moskvi se prva elektrana pojavila 1897. Izgrađena je na nasipu Raushskaya. Elektrana je proizvodila trofaznu naizmjeničnu struju. I to je omogućilo prijenos električne energije na velike udaljenosti bez značajnog gubitka snage. U drugim gradovima gradnja je počela u zoru dvadesetog veka, pre Prvog svetskog rata.