Što je struja
U širem smislu, elektricitet je cijeli skup elektromagnetskih pojava, koje su različite manifestacije elektromagnetskog polja i njegove interakcije s materijom; u užem smislu koristi se u izrazu "količina elektriciteta", što je sinonim za "električni naboj" u kvantificiranju potonjeg.
Što vam pada na pamet kada čujete riječ "struja" ili "struja"? Netko će zamisliti električnu utičnicu, drugi - dalekovod, transformator ili aparat za zavarivanje, ribar će pomisliti na munju, domaćica na bateriju s prstom ili punjač za mobitel, tokar na pamet elektromotor, a netko će se i zamisliti Nikola Teslasjedi u svom laboratoriju u blizini rezonantne indukcijske zavojnice koja izbija munju.
Na ovaj ili onaj način, postoje mnoge manifestacije električne energije u suvremenom svijetu. Današnju civilizaciju u cjelini nemoguće je zamisliti bez električne energije. Ali što znamo o njemu? Pojasnimo ovu informaciju.
Od elektrane do električnih uređaja
Kada kod kuće uključimo utičnicu, uključimo kuhalo za vodu ili pritisnemo prekidač, u biti želeći upaliti žarulju, onda u tom trenutku zatvorimo strujni krug između izvor i prijemnik električne energijeosigurati put za kretanje električnog naboja, na primjer kroz spiralu kuhala za vodu.
Izvor električne energije u našem domu obično je utičnica. Električni naboj koji se kreće kroz žicu (koja je u našem primjeru nikromirana zavojnica na kuhalu za vodu) je struja… Žica povezuje utičnicu s korisnikom s dvije žice: duž jedne žice naboj se kreće od utičnice do korisnika, duž druge žice istovremeno — od korisnika — do utičnice. Ako je struja izmjenična, žice mijenjaju svoje uloge 50 puta svake sekunde.
Izvor energije za kretanje električnih naboja (ili, jednostavnije, izvor električne energije) u gradskoj mreži prvenstveno je elektrana. U elektrani se električna energija proizvodi snažnim generator, čiji rotor pokreće nuklearna instalacija ili elektrana drugog tipa (na primjer, hidroturbina).
Unutar generatora, magnetizirani rotor prelazi žice statora, uzrokujući elektromotorna sila (EMF)stvaranje napona između priključaka generatora. I uvijek je tako izmjenični napon frekvencije 50 Hz, jer rotor generatora ima 2 magnetska pola i vrti se frekvencijom od 3000 okretaja u minuti, odnosno ima 4 pola i brzinu od 1500 okretaja u minuti.
To je napetost u našem kontaktu koju svakodnevno koristimo bez razmišljanja. o dugom putu elektriciteta od elektrane do naše utičnice brzinom svjetlosti (299 792 458 metara u sekundi — brzina širenja električnog polja duž žica koje gura elektrone unutar njih stvarajući struju).
AC napon 220 volti na izlazu
Generirani napon za izlaze je varijabilan jer: prvo, može se lako transformirati (smanjiti ili povećati), i drugo, lakše se generira i prenosi s manjim gubicima u žicama od konstantnog napona.
Napajanjem žica na koje je spojen transformator, izmjenični napon, dobivamo naizmjenična struja, koji harmonijski mijenja svoj smjer 50 puta u sekundi, može generirati izmjenično magnetsko polje u magnetskom krugu transformatora, koje je opet u stanju pobuditi električnu struju u žicama sekundarnih namota koji namotavaju magnetski krug...
Kad bi magnetsko polje bilo konstantno u prostoru koji pokriva zavojnica, struja u zavojnicama jednostavno ne bi bila usmjerena (usp. zakon elektromagnetske indukcije).
Da bi se dobila struja, potrebno je promijeniti magnetski tok u prostoru, nakon čega će ona završiti okolo električno polje, djelovat će na električni naboj, koji se primjerice može nalaziti unutar bakrene žice (slobodni elektroni) koji se nalazi oko tog prostora s promjenjivim magnetskim tokom.
Rad i generatora i transformatora temelji se na ovom principu, s tom razlikom što u transformatoru nema pokretnih radnih dijelova: izvor izmjeničnog magnetskog toka u transformatoru je izmjenična struja primarnog namota, au generatoru postoji rotirajući rotor sa stalnim magnetskim poljem.
I tu i tamo, promjenjivo magnetsko polje, prema zakonu elektromagnetske indukcije, stvara vrtložno električno polje, koje djeluje na slobodne elektrone unutar žica, pokrećući te elektrone. Ako je strujni krug zatvoren prema potrošaču, struja će teći kroz potrošač.
Skladištenje električne energije i istosmjerna struja
Najzgodnije je akumulirati električnu energiju u svakodnevnom životu u obliku kemijske energije, naime u baterijama… Kemijska reakcija s elektrodama može stvoriti struju kada je vanjski krug zatvoren prema korisniku, a što je veća površina elektroda baterije, to se iz nje može dobiti veća struja i ovisno o materijalu elektroda i broja ćelija spojenih u seriju u bateriji, napon koji stvara baterija može biti različit.
Dakle, za litij-ionsku bateriju, standardni napon jedne ćelije je 3,7 volta i može ići do 4,2 volta. Tijekom pražnjenja pozitivno nabijeni ioni litija kreću se u elektrolitu od anode (-) na bazi bakra i grafita do katode (+) na bazi aluminija, a tijekom naboja od katode do anode, gdje pod djelovanjem EMF-a punjaču nastaje grafitno-litijev spoj, uslijed čega se energija akumulira u obliku kemijskog spoja.
Na sličan način rade i elektrolitički kondenzatori, koji se od baterija razlikuju manjim električnim kapacitetom, ali velikim brojem ciklusa punjenja i pražnjenja.
Za litij-ionsku bateriju puni životni vijek ograničen je na maksimalno 1000 ciklusa punjenja i pražnjenja, a specifični sadržaj energije doseže 250 Wh / kg. Što se tiče elektrolitskih kondenzatora, njihov korigirani trenutni vijek procjenjuje se na desetke tisuća sati, ali je potrošnja energije obično manja od 0,25 Wh / kg.
Statična struja
Ako stavite svilenu plahtu na vuneni pokrivač, dobro ih pritisnete jednu za drugu, a zatim ih pokušate raširiti, tada će biti elektrifikaciju... To će se dogoditi jer u uvjetima trenja tijela s različitim dielektričnim konstantama dolazi do razdvajanja naboja na njihovim površinama: materijal s većom dielektričnom konstantom bit će pozitivno nabijen, a materijal s nižom dielektričnom konstantom - negativno. .
Što je razlika u tim parametrima veća, to je naelektrisanje jače.Kad vunenim tepihom trljate stopala, naelektrišete se negativno, a tepih pozitivno. Ovdje potencijalne razine mogu doseći desetke tisuća volti, a dodirivanje, primjerice, slavine za vodu spojene na nešto uzemljeno dovest će do strujnog udara. No budući da je električni kapacitet oskudan, ovaj neugodni događaj neće predstavljati veliku prijetnju vašem životu.
Druga stvar je elektroforetski stroj, u kojem se statički naboj generiran trenjem nakuplja u kondenzatoru. Naboj nakupljen u Leyden banci već je opasan po život.
Najvažniji pojmovi i definicije
Što je elektromagnetsko polje
Elektromagnetsko polje je posebna vrsta materije koju karakterizira kontinuirana raspodjela u prostoru (elektromagnetski valovi) i otkrivanje diskretnosti strukture (fotoni), karakterizirana sposobnošću širenja u vakuumu (u nedostatku jakih gravitacijskih polja), djelujući silom na nabijene čestice, ovisno o njihovoj brzini.
Što je električni naboj
Električni naboj je svojstvo čestica materije ili tijela koje karakterizira njihov odnos s vlastitim elektromagnetskim poljem i njihovu interakciju s vanjskim elektromagnetskim poljem. Ima dvije vrste poznate kao pozitivni naboj (naboj protona, pozitrona itd.) i negativni naboj (naboj elektrona itd.). Kao veličina, kvantificira se snažnom interakcijom jednog nabijenog tijela s drugim nabijenim tijelom.
Što je nabijena čestica
Nabijena čestica je čestica materije koja ima električni naboj.
Što je električno polje
Električno polje je jedna od dviju strana elektromagnetskog polja, uzrokovana električnim nabojima i promjenama u magnetskom polju, koja djeluje silom na nabijene čestice i tijela i koja se očituje djelovanjem sile na nepokretna nabijena tijela i čestice.
Što je magnetsko polje
Magnetsko polje je jedna od dviju strana elektromagnetskog polja uzrokovana električnim nabojima na pokretnim nabijenim česticama i tijelima te promjenom električnog polja koja djeluje silom na pokretne nabijene čestice, a otkriva se djelovanjem sile usmjereno općenito u odnosu na smjer kretanja tih čestica i proporcionalno njihovoj brzini.
Što je električna struja
Električna struja je pojava gibanja nabijenih čestica i pojava promjene električnog polja tijekom vremena, praćena magnetskim poljem.
Kolika je energija električnog polja
Energija električnog polja — energija povezana s električnim poljem i pretvorena u druge oblike energije kada se električno polje promijeni.
Što je energija magnetskog polja
Energija magnetskog polja — energija povezana s magnetskim poljem i pretvorena u druge oblike energije pomoću tri promjene u magnetskom polju.
Što je elektromagnetska energija (električna energija)
Električna energija — energija elektromagnetskog polja, koja se sastoji od energije električnog polja i energije magnetskog polja.
Vidi također:
Uvjeti za postojanje električne struje