А то все изучаем темы по электричеству, а про основы и внутренние процессы его возникновения даже не задумываемся.
Сильно углубляться в изучение происхождения и возникновения электричества мы не будем, т.к. это очень трудоемко и время затратно, а вот рассмотреть основы я считаю нужно.
Как Вы все знаете из курса школьной физики, а может и не знаете, все тела состоят из следующих мельчайших частиц:
- молекула
- молекула в свою очередь состоит из атомов
- атом состоит из протонов, нейтронов и электронов
Так вот каждая из перечисленных частиц обладает своим электрическим зарядом.
Заряд бывает положительным, либо отрицательным. Соответственно, тело с положительным зарядом всегда притягивается к телу с отрицательным зарядом. А два тела с положительными зарядами, либо отрицательными, всегда отталкиваются друг от друга.
Разноименные заряженные тела притягиваются, а одноименные — отталкиваются, т.е. в этот момент можно наблюдать тенденцию движения этих тел.
Интенсивность и скорость движения мельчайших частиц в телах зависит от множества следующих факторов:
- температура
- деформация
- трение
- химические реакции
Происхождение и возникновение электричества
Чуть выше я упоминал, что атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Так вот протоны (положительно заряженные) и нейтроны (нейтрально заряженные) это и есть само ядро атома. На изображении ниже смотрите из чего состоит атом.
Ядро атома всегда имеет положительный заряд. Нейтрон (показаны красным цветом) не обладает электрическим зарядом. Протон (показаны голубым цветом) обладает всегда положительным зарядом.
Вокруг этого ядра вращаются отрицательно заряженные электроны (изображены синим цветом), которые могут находиться от ядра на различном расстоянии, в зависимости от материала вещества. Расстояние, а точнее, энергетический уровень электрона, зависит от энергии, которую электрон может поглощать из вне (обычно от фотонов) и излучать. Этим занимаются электроны внешних электронных оболочек (самые удалённые от ядра). Если электрон «захапает» слишком много энергии, то может покинуть атом, о чём и говорится чуть ниже. Т.е. взаимодействие атома с другими атомами и прочими частицами происходит благодаря внешним электронам.
Заряд электрона в точности равен заряду протона по величине и противоположен по знаку. Поэтому в целом атом нейтрален.
Взаимодействие положительных протонов ядра с отрицательными электронами не всегда постоянно, и по мере удаления электронов от ядра оно уменьшается.
Т.е. получается, что количество электронов в атомах мы можем изменить.
Способы воздействия и факторы, воздействующие на тела я упоминал выше — это свет, температура, деформация, трение и различные химические реакции. А теперь о каждом воздействии поговорим подробнее.
Свет
Например, под воздействием светового излучения на вещество, из него могут вылететь электроны, которые в свою очередь заряжаются положительным зарядом. Такое явление в физике названо фотоэффектом . О нем мы поговорим в следующих статьях. Чтобы не пропустить новые статьи — подпишитесь на получение уведомления о выходе новых статей на сайте.
На явлении фотоэффекта основан принцип действия фотоэлементов.
Температура
При воздействии на вещество (тело) высокой температурой, удаленные от ядра электроны увеличивают свою скорость вращения вокруг ядра и в один прекрасный момент им хватает кинетической энергии, чтобы оторваться от ядра. В этом случае электроны становятся свободными частицами с отрицательными зарядами.
Такое явление в физике называется термоэлектронной эмиссией . Применяется это явление достаточно обширно. Но об этом в следующих статьях. Следите за обновлениями на сайте.
Химическая реакция
При химических реакциях в результате переноса зарядов образуются положительные и отрицательные полюсы. На этом основано устройство аккумуляторов.
Трение и деформация
При воздействии на некоторые тела трением, сжатием, растяжением или же просто деформировать их, то на их поверхности могут появиться электрические заряды. Такое явление физики называют пьезоэлектрическим эффектом, или сокращенно, пьезоэффектом .
Электродвижущая сила
При каждом способе воздействия на тело, в результате появляются небольшие источники двух полярностей: положительной и отрицательной. Каждая из этих полярностей имеет свою величину, которая называется потенциалом. Все Вы наверное слышали такое выражение.
Потенциал — это запасенная потенциальная энергия единицы количества электричества, находящейся в определенной точке электрического поля.
Так вот, чем больше потенциал, тем больше разница между положительным и отрицательным полюсами. Эта вот самая разница потенциалов и есть электродвижущая сила (ЭДС).
Если цепь замкнуть, то под действием ЭДС источника в цепи появится электрический ток.
Единицей измерения разницы потенциалов является вольт. Измерить разницу потенциалов можно вольтметром, или .
P.S. Все перечисленные способы получения электричества являются лишь небольшими примерами. Человек же создал на их основе более крупные источники энергии, такие как генераторы, аккумуляторы и прочее.
Этот термин в основном используется для описания электрической энергии, электрической силы и электричества самого по себе. Электрическая – это наиболее разносторонне применяемый тип энергий из всех используемых человечеством. Она используется для освещения, обогрева, охлаждения, передвижения, связи и других повседневных целей.
Электричество наиболее просто описать с помощью теории атомного строения материи. Согласно ей, наименьшей структурной единицей вещества является . В центре атома находится ядро, которое в свою очередь состоит из протонов и нейтронов. Протоны обладают энергией, которую принято называть положительной. Нейтрона не обладают зарядом и остаются нейтрально заряженными. Вокруг ядра вращаются , которые имеют отрицательный заряд. Количество электронов равно количеству протонов, поэтому атом в сумме имеет нейтральный заряд. Однако в некоторых ситуациях атом может получать дополнительные электроны или терять их. В этом случае он становится положительно или отрицательно заряженным и тогда он будет называться .
Электрический заряд (ион) помещенный рядом с одним или несколькими другими будет испытывать электрические силы. Один из основных законов электричества состоит в притяжении разно заряженных зарядов и отталкивании одноименно заряженных зарядов. Область пространства, в котором заряды взаимодействуют друг с другом называют . Обычно электрическое поле изображается в виде линий, которые носят название силовых . Эта линия показывает направление, по которому следовал бы положительный заряд к отрицательному.
Когда , которые образуют какой-либо материальный объект теряют свои электроны, объект становится отрицательно заряженным. В этом случае он будет отталкиваться от отрицательно заряженных объектов и притягиваться к положительно заряженным.
Существует термин «статическое электричество», которое возникает, когда объект имеет положительный или отрицательный заряд, но не втекают и не вытекают из него. Если такой объект прикоснется к другому объекту, который нейтрально заряжен, либо положительно заряжен, то он потеряет часть или весь свой заряд.
Электрический ток возникает, когда есть поток электрически заряженных . В качестве таких частиц чаще всего выступают электроны. Некоторые электрические токи состоят из отрицательных и положительных ионов. По всеобщему соглашению направлением электрического тока называется направление, противоположное движению электронов. обладает энергией, которая может быть преобразована в тепловую, световую или другой вид энергии.
Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой движение от отрицательного полюса к положительному. В повседневно используемых электрических устройствах протекают миллиарды и миллиарды электронов каждую секунду. Однако отдельные электроны преодолевают расстояние со скоростью лишь около 14 см в час. Основная их сила в их числе!
Существую два основных вида тока: постоянный и переменный. Постоянный ток течет в одном постоянном направлении. Переменный ток течет попеременно в каждую сторону. В бытовой электрической сети течет переменный ток и направление его движения меняется 50 раз в секунду.
Переменный ток обладает рядом преимуществ: его параметры могут быть легко изменены, т.е. его легко трансформировать. Кроме того, устройства для переменного тока сделать и спроектировать гораздо проще, чем для постоянного. В тоже время постоянный проще хранить, поэтому те устройства которые питаются от батареек и аккумуляторов работают преимущественно на постоянном токе.
по некоторым материалам течет более легко, чем по другим. Другими словами разные материалы обладают разным электрическим сопротивлением. Материалы с небольшим сопротивлением называются проводниками. Практически все металлы являются проводниками, так как их легко теряют и принимают . , которые также обладают низким сопротивлением, называют электролитами.
Наряду с проводниками существуют диэлектрики, которые имеют высокое электрическое сопротивление. К ним относятся резина, бумага, древесина и мн. др. Несмотря на то что диэлектрики плохо проводят ток, они также широко используются в электрической технике. Например диэлектрики используются для изоляции проводов.
Материалы с сопротивлением между проводниками и диэлектриками называются полупроводниками. Они широко используются при построении электронных схем.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО , форма энергии, существующая в виде статических или подвижных ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ. Заряды могут быть положительными или отрицательными. Одинаковые заряды отталкиваются, противоположные притягиваются. Силы взаимодействия между зарядами описаны ЗАКОНОМ КУЛОНА. Когда заряды движутся в магнитном поле, они испытывают воздействие магнитной силы и в свою очередь создают противоположно направленное магнитное поле (ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ). Электричество и МАГНЕТИЗМ представляют собою различные аспекты одного и того же явления, ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА. Поток зарядов образует ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ток, который в проводнике представляет собою поток отрицательно заряженных ЭЛЕКТРОНОВ. Для того, чтобы в ПРОВОДНИКЕ возник электрический ток, необходима ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА или РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ между концами проводника. Ток, который движется только в одном направлении, называется постоянным. Такой ток создается, когда источником разности потенциалов является БАТАРЕЙКА. Ток, меняющий направление дважды за цикл, называется переменным. Источником такого тока являются центральные сети. Единицей измерения тока служит АМПЕР, единицей заряда - КУЛОН, ом - это единица сопротивления, а вольт - единица электродвижущей силы. Основными средствами для вычисления параметров электрической цепи являются ЗАКОН ОМА и ЗАКОНЫ КИРХГОФА (о суммировании величин напряжения и тока в цепи). см. также ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК , ЭЛЕКТРОНИКА .
Электрическую энергию можно получить при помощи индукции в генераторе; напряжение в первичной обмотке создает переменный ток во внешней цепи. Наличие индуктивности или емкости (либо того и другого вместе) приводит к смещению фазы (А) между напряжением V и током I. На рисунке показано, что емкость вызывала смещение фазы на 90°, в результате чего средняя величина мощности равна 0, хотя кривая мощности no-прежнему имеет вид синусоиды. Понижение мощности Р, вызванное смещением фаз, называют коэффициентом мощности. Если три фазы переменного тока смещены между собою, каждая на 120°, то сумма их величин тока или напряжения всегда будет равна нулю (В). Такие трехфазные токи используют в короткозамк-нугых асинхронных электродвигателях с ротором (С). В этой конструкции имеется три электромагнита, вращающихся в созданном магнитном поле. Переменный ток производится также в замкнутых (D) и открытых (Е) колебательных контурах. Высокочастотные электромаг нитные волны, используемые в некоторых системах коммуникации, ПРОИЗВОДЯТСЯ ТЭКИМ1 цепями.
Научно-технический энциклопедический словарь .
Синонимы :Смотреть что такое "ЭЛЕКТРИЧЕСТВО" в других словарях:
- (от греч. elektron янтарь, так как янтарь притягивает легкие тела). Особенное свойство некоторых тел, проявляющееся только при известных условиях, напр. при трении, теплоте, или химических реакциях, и обнаруживающееся притягиванием более легких… … Словарь иностранных слов русского языка
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, электричества, мн. нет, ср. (греч. elektron). 1. Субстанция, лежащая в основе строения материи (физ.). || Своеобразные явления, сопровождающие движение и перемещение частиц этой субстанции, форма энергии (электрический ток и т.п.) … Толковый словарь Ушакова
Совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц носителей электрических зарядов. Связь электричества и магнетизма взаимодействие неподвижных электрических зарядов осуществляется… …
- (от греч. elektron янтарь) совокупность явлений, в которых обнаруживается существование, движение и взаимодействие (посредством электромагнитного поля) заряженных частиц. Учение об электричестве один из основных разделов физики. Часто под… … Большой Энциклопедический словарь
Что такое электричество, знают все. Это страшная сила, которая живет в розетке, и без которой не может жить ни телевизор, ни холодильник, ни компьютер. Однако, знать – это одно, а понимать – совсем другое. Именно это непонимание приводит к тому, что мы зовем электрика, чтобы вкрутить лампочку или поменять розетку, хотя сделать это под силу практически любому. Достаточно знать основы электричества, хотя бы минимальные. Без них, конечно, не стоит проводить никаких экспериментов – это на самом деле опасно для жизни.
Так что же такое электричество? Из школьного курса физики помнится, что это «направленное движение отрицательно заряженных частиц под действием электрического поля». Ужас просто, попробуй пойми, что это значит… На самом деле это не так сложно понять, как кажется. Достаточно вспомнить строение вещества из все того же курса физики.
Как известно, любое вещество состоит из атомов, а те, в свою очередь – из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Это, конечно, упрощенное представление, но для понимания электричества хватит и этого. Так вот, эти самые электроны и есть таинственные отрицательно заряженные частицы. Когда электрон «отцепляется» от своего атома, он становится свободным. Это может происходить, например, при химической реакции между разноименно заряженными веществами. Вот и переходит наш свободный электрон к другому атому – «хозяину». А тот атом, который потерял этот электрон, становится положительно заряженным – ведь ему не хватает отрицательного заряда. Этот атом образует положительно заряженную частицу – ион. Но он недолго так живет – очень быстро ему попадается еще один «бродячий» электрон, который оказывается в плену. Затем атом теряет электрон снова и так может продолжаться очень долго, пока равновесие зарядов в веществе не восстановится. На этом принципе работают, например, обычные батарейки и все аккумуляторы, даже в наших любимых мобильниках и ноутбуках.
Вот этот поток электронов, а их вовсе не один и не два, и создает электрический ток. Так как электрон, по сути своей - отрицательно заряженная частица, то и ток течет от «минуса» к «плюсу». Ведь «плюс» - это вещество, у которого электронов не хватает. Вот они и движутся в том направлении. Еще положительный контакт называют «нулем», а отрицательный – «фазой».
Величина, или сила тока, измеряется в Амперах. Эта величина означает количество переносимого электронами заряда. Напряжение электрического тока означает разность потенциалов, которая заставляет течь ток, и измеряется она в Вольтах. Теперь понятен такой пример – если в проводе понизить напряжение, то сила тока станет больше. Это можно представить, как реку – если в одном месте ее сузить, то вода разольется и ее будет больше, но все – равно вся она протечет мимо нас. Так и заряд, а значит, сила тока, будет больше при снижении напряжения. Силу тока иногда специально повышают, например, в сварочном аппарате она очень большая – это позволяет расплавить металл.
Почему одни вещества проводят ток, а другие нет? Опять же, это зависит от строения вещества. Например, в металлах атомы очень плотно «прижаты» друг к другу – это позволяет электронам легко блуждать от одного атома к другому. Атомы газа находятся довольно далеко друг от друга, в них путь свободных электронов хаотичен, да и их количество ничтожно мало. Такие плохо проводящие ток вещества называют диэлектриками. Одним из лучших является резина, поэтому ручки всех соприкасающихся с током инструментов имеют резиновое покрытие. По той же причине работу под током нужно проводить в резиновых перчатках. Это касается и всех работ с домашней электропроводкой – сила тока там достаточно опасная. Ну а если есть сомнения в своих знаниях и навыках – лучше все-таки перестраховаться и вызвать специалиста, а не пытаться ремонтировать электроприборы, работающие от сети, самостоятельно. Все-таки цена за вызов гораздо меньше риска для жизни.
Несмотря на обманчивую простоту электрического тока, на самом деле все его свойства не совсем изучены, хотя он и есть в каждом доме и мы им пользуемся каждый день. В природе существует множество грандиозных явлений с его участием - вспомните хотя бы молнию. А как можно объяснить "прилипание" предметов к телу некоторых людей? Все тем же электричеством, конечно, но как он возникает? Ведь чтобы удержать сковороду на груди, ток нужен немалый... Не все еще объяснено в этой простой и сложной науке - физике электричества.
Электричество – это чрезвычайно полезная форма энергии. Оно легко превращается в другие формы, например в свет или тепло. Его можно без труда передавать по проводам. Слово «электричество» происходит от греческого слова «электрон» — «янтарь». При трении янтарь приобретает электрический заряд и начинает притягивать кусочки бумаги. Статическое электричество известно с древнейших времен, но лишь 200 лет назад люди научились создавать электрический ток. Электричество приносит нам тепло и свет, на нем работают разнообразные машины, в том числе ЭВМ и калькуляторы.
Что такое электричество
Электричество существует благодаря частицам, имеющим электрические заряды. Заряды есть во всяком веществе - ведь атомные ядра имеют положительный заряд, а вокруг них обращаются отрицательно заряженные электроны (см. статью «Атомы и молекулы «). Обычно атом электрически нейтрален, но когда он отдает свои электроны другим атомам, он обретает положительный заряд, а атом, получивший дополнительные электроны, заряжен отрицательно. Трением можно сообщить некоторым предметам электрический заряд, называемый статическим электричеством . Если потереть воздушный шар о шерстяной джемпер, часть электронов перейдет с джемпера на шар, и тот приобретет положительный заряд. Джемпер теперь заряжен положительно, и шарик прилипает к нему, так как противоположные заряды притягиваются друг к другу. Между заряженными телами действуют электрические силы, и тела с противоположными (положительными и отрицательными) зарядами притягивают друг друга. Предметы с одинаковыми зарядами, напротив, отталкиваются. В генераторе Ван-де-Граафа при трении резиновой ленты о валик возникает значительный статический заряд. Если человек дотронется до купола, его волосы встанут дыбом.
В некоторых веществах, например в металлах , электроны могут свободно передвигаться. Когда что-то приводит их в движение, возникает поток электрических зарядов, называемый током . Проводники - это вещества, способные проводить, электрический ток. Если вещество не проводит ток, его называют изолятором . Дерево и пластмасса - изоляторы. В целях изоляции электрический выключатель помещают в пластмассовый корпус. Провода, как правило, делают из меди и покрывают пластиком для изоляции.
Впервые статическое электричество обнаружили древние греки более 2000 лет назад. Сейчас статическое электричество используется для получения фотокопий, факсов, распечаток на лазерных принтерах. Отраженный зеркалом лазерный луч создает на барабане лазерного принтера точечные статические заряды. Тонер притягивается к этим точкам и прижимается к бумаге.
Молния
Молнию вызывает статическое электричество, накапливающееся в грозовой туче в результате трения капелек воды и кристалликов льда, друг о друга. При трении друг о друга и о капли воды и кристаллики льда приобретают заряд. Положительно заряженные капли собираются в верхней части тучи, а внизу накапливается отрицательный заряд. Большая искра, называемая лидером молнии, устремляется к земле, к точке, имеющей противоположный заряд. Перед возникновением лидера разность потенциалов в верхней и нижней областях тучи может составить до 100 млн. вольт. Лидер вызывает ответный разряд, устремляющийся тем же путем от к туче. Воздух внутри этого разряда в пять раз горячее поверхности Солнца - он нагревается до 33 000 °С. Разогретый разрядами молнии воздух быстро расширяется, создавая воздушную волну. Мы воспринимаем ее как гром.
Электрический ток
Электрический ток - это поток заряженных частиц, перемещающихся из области высокого электрического потенциала в область низкого потенциала. Частицы приводит в движение разность потенциалов, которая измеряется в вольтах . Для протекания тока между двумя точками необходима непрерывная «дорога» - цепь. Между двумя полюсами батарейки существует разность потенциалов. Если соединить их в цепь, возникнет ток. Сила тока зависит от разности потенциалов и сопротивления элементов цепи. Все вещества, даже проводники, оказывают току некоторое сопротивление и ослабляют его. Единица силы тока названа ампером (А) в честь французского ученого Андре-Мари Ампера (1775 - 1836).
Для разных устройств нужен ток разной силы . Электроприборы, например лампочки, превращают электрическую энергию тока в другие формы энергии, в тепло и свет. Эти устройства могут быть включены в цепь двумя способами: последовательно и параллельно. В последовательной цепи ток проходит по всем компонентам по очереди. Если один из компонентов перегорает, цепь размыкается и ток пропадает. В параллельной цепи ток идет по нескольким путям. Если один компонент цепи выходит из строя, по другой ветви ток идет по-прежнему.
Батареи
Батарея - это хранилище химической энергии, которую можно превратить в электричество. Наиболее типичная батарея, используемая в обиходе, называется сухим элементом
. В ней находится электролит
(вещество, содержащее способные двигаться заряженные частицы). В результате химической реакции противоположные заряды разделяются и двигаются к противоположным полюсам батарейки. Ученые обнаружили, что жидкость в теле мертвой лягушки действует как электролит и проводит электрический ток.
Алессандро Вольта (1745-1827) создал первую в мире батарею из стопки картонных дисков, пропитанных кислотой, и пропитанных кислотой, и проложенных между ними цинковых и медных дисков. В его честь единица напряжение названа вольтом
. Батарейка в 1,5 В называется элементом. Большие батареи состоят из нескольких элементов. Батарея в 9 В содержит 6 элементов. Сухие элементы называют первичными элементами
. Когда компоненты электролита израсходуются, срок службы батарейки заканчивается. Вторичные элементы
- это батареи, которые можно перезаряжать. Автомобильный аккумулятор - вторичный элемент. Он подзаряжается током, произведенным внутри машины. Солнечная батарея превращает Солнца в электрическую. При освещении солнечным светом слоев кремния электроны в них начинают двигаться, создавая разность потенциалов между слоями.
Электричество у нас дома
Напряжение в электросети в одних странах составляет 240 В, в других 110 В. Это высокое напряжение, и удар током может быть смертельным. Параллельные цепи подводят электричество в различные части дома. Все электронные приборы снабжены предохранителями. Внутри них находятся очень тонкие проволочки, которые плавятся и разрывают цепь, если сила тока чересчур велика. Каждая параллельная цепь обычно имеет три провода: под напряжением и заземляющий. По первым двум идет ток, а заземляющий провод нужен для безопасности. Он отведет электрический ток в землю в случае пробоя изоляции. Когда вилку включают в розетку, разъёмы соединяются с проводом под напряжением и нейтральным проводом, замыкая цепь. В некоторых странах используют вилки с двумя разъёмами, без заземления (см. рис.).