Sähkö on fysikaalinen ominaisuus aineen. Se koostuu protonien ja aineelektronien välisestä negatiivisesta tai positiivisesta vuorovaikutuksesta. Termi viittaa keltaiseen väriin sen monipuolisen ja kirkkaan värin vuoksi. Englanninkielinen tiedemies William Gilbert (1544-1603) toi tämän termin tiedeyhteiskuntaan ensimmäistä kertaa 1500-luvulla kuvaamaan hiukkasten välisen energia-vuorovaikutuksen ilmiötä.
Mikä on sähkö
Sisällysluettelo
Fyysisenä sähköä pidetään ilmiöinä, jotka ilmenevät ruumiissa olevien sähkövarauksien läsnäololla, koska ne koostuvat molekyyleistä ja atomista, joiden alipartikkeleiden vuorovaikutus tuottaa sähköisiä impulsseja. Atomien positiiviset ja negatiiviset varaukset ovat staattista sähköä, kun taas elektronien liike ja niiden vapautuminen atomista tuottavat sähkövirtoja.
Tämä on osa sähkömagneettisuutta, joka muodostaa painovoiman ja heikon ydinvoiman ja vahvan ydinvoiman kanssa luonnon perustavanlaatuisen vuorovaikutuksen.
Sen etymologia tulee latinalaisesta electrumista, myös kreikkalaisesta élektronista, joka tarkoittaa "meripihkaa". Kreikkalainen filosofi Thales Miletoksesta (624-546 eKr.) Havaitsi, kuinka kitka magnetoi meripihkan staattisella sähköllä, ja vuosisatoja myöhemmin tiedemies Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) huomasi kuinka positiiviset sähkön varaukset ne paljastettiin, kun lasia hierottiin, ja puolestaan negatiivisia näytettiin, kun hartsit, kuten keltainen, hierottiin.
Virtauksen energian liikkuvien tai staattisten varausten on ns sähköä, tai elektronien siirtoa yhden atomin toiseen, ja syntyvä sähköinen voima mitataan volttia tai wattia, termi, jota käytetään sähkön Englanti, ja Se nimettiin höyrykoneen keksijän James Wattin (1736-1819) mukaan.
On kuitenkin mahdollista löytää sähköä luonnossa, kuten tapauksessa ilmakehän tapahtumien biosähkö (sähkö esiintyy joissakin eläimissä) ja magnetosfäärin.
Yksi tunnetuimmista tapauksista eläimistä, jotka tuottavat sähköä, on sähköangerian tapaus, jonka kehossa koko kehossa esiintyvät elektrosyytit (tämän eläimen elin, joka tuottaa sähkökenttiä) toimivat samalla tavalla kuin hermosoluista ja voivat tuottaa jopa 500 voltin purkauksia.
Koska elementtejä on monenlaisia, niiden atomit ovat erilaisia; siksi jotkut materiaalit kantavat sähköä ja muita eristimiä. Parhaat johtimet ovat metalleja, koska niiden atomissa on vain vähän elektroneja, joten suurempaa energiamäärää ei tarvita, jotta nämä atomiatomolekyylit voivat hypätä yhdestä atomista toiseen.
Sähkön ominaisuudet
Sen dynamiikan, alkuperän, suorituskyvyn ja tuottamien ilmiöiden mukaan sillä on ominaisuuksia, jotka tekevät siitä erottuvan. Tärkeimpiä ovat:
- Kumulatiivinen. On laitteita, jotka kykenevät varastoimaan sähköä akkujen sisällä oleviin kemiallisiin aineisiin, mikä mahdollistaa sen säilyttämisen myöhempää käyttöä varten (paristot).
- Sen tapa saada. Paristojen tai kennojen tapauksessa se saadaan kemiallisesti; myös sähkömagneettisella induktiolla liikuttaessa johtinta magneettikentässä, kuten vaihtovirtageneraattoreita; ja valosta, kun tietyntyyppiset metallit vapauttavat elektroneja, kun auringonvalo putoaa niihin (aurinkopaneelit).
- Sen vaikutukset. Ne voivat olla fysikaalisia, mekaanisia tai kineettisiä, termisiä, kemiallisia, magneettisia ja valoisia.
- Sen ilmentymät. Ne voivat olla muun muassa salamoita, staattista sähköä, virtaa.
- Vaarallisuus. Lämpöä tuottamalla se voi aiheuttaa vakavia palovammoja ja voimakkaamman altistumisen tapauksessa kuoleman.
- Resistiivisyys ja johtavuus. Se on tietyn tyyppisen aineen vastakohta sen kulkemisen edessä ja vastaavasti sen helppo virtaus.
Sähkön tyypit
Sähköä on useita, tärkeimmät ovat:
Staattinen
Staattinen syntyy ylimääräisestä sähkövarauksesta, joka kerääntyy johtavaan tai eristävään materiaaliin.
Tiedetään, että atomit koostuvat tietystä määrästä protoneja (positiivinen varaus) niiden ytimessä ja samasta määrästä elektronia (negatiivinen varaus), jotka kiertävät sen ympärillä, mikä tekee mainitusta atomista sähköisesti neutraalin tai tasapainossa; mutta kun kahden ruumiin tai aineen välillä syntyy kitkaa, mainituissa esineissä voi syntyä varauksia.
Tämä johtuu siitä, että molempien materiaalien elektronit joutuvat kosketuksiin, mikä aiheuttaa epätasapainoa atomien varauksissa, mikä johtaa staattiseen. Sitä kutsutaan, koska se syntyy levossa olevissa atomeissa ja sen varaus ei liiku, vaan pysyy paikallaan. Esimerkki tästä on se, kun siirrämme harjan hiusten läpi ja jotkut nostetaan saman ja hiuksen materiaalin kitan staattisuudesta. Artefaktit, kuten tulostimet, käyttävät staattista materiaalia paljastamaan väriaineen tai musteen paperille.
Dynaaminen
Tämän tyyppinen tuottaa liikkeessä oleva kuorma tai sen virtaus. Tätä varten tarvitset sähkölähteen (joka voi olla kemiallinen, kuten akku, tai sähkömekaaninen, kuten dynamo), joka saa elektronit virtaamaan johtavan materiaalin läpi, jonka läpi nämä sähkövarat voivat kiertää.
Siinä elektronit liikkuvat atomista toiseen ja niin edelleen. Tätä kiertoa kutsutaan sähkövirraksi. Esimerkki tällaisesta sähköstä on pistorasiat, jotka ovat dynaamisen sähkön lähde laitteille ja muille sähköä vaativille laitteille.
On tärkeää korostaa muun tyyppisen sähkön olemassaoloa, muun muassa:
- Perus: Tämä tyyppi viittaa positiivisten ja negatiivisten varausten vetovoimaan, jossa esineitä veloitetaan. Se syntyy kahdesta napasta, joiden ei tarvitse välttämättä koskettaa toisiaan, vaan houkutella toisiaan. Tämän tyyppistä sähköä löytyy jokapäiväisistä esineistä.
- Käyttäytyminen: Sitä pidetään osana dynamiikkaa, koska se kulkeutuu johtimien avulla, minkä vuoksi se liikkuu jatkuvasti piirien läpi. Johtimia on useita, kuten metalleja (erityisesti kuparia), alumiinia, kultaa, hiiltä.
- Sähkömagneettinen: Sen synnyttää magneettikenttä, joka voidaan varastoida ja lähettää säteilynä, joten on suositeltavaa, ettet altista itseäsi tällaiselle kentälle pitkään aikaan. Fyysikko Hans Christian Ørsted (1777-1851) löysi magneettisuuden ja sähkön välisen suhteen havaitsemalla, että sähkövirta luo magneettikentän.
Tämäntyyppisen sähkön sovellukset erottuvat lääketieteessä esimerkiksi röntgenlaitteissa tai magneettikuvantamisen suorittamisessa.
- Teollinen: Tämä on tuotettava suurille koneille, joita käytetään tuotteiden massatuotantoon, jotka vaativat suuria määriä energiaa, koska ne ovat suuritehoisia.
Se kehitettiin sen jälkeen, kun tiede osoitti, että luonnollinen energialähde, kuten salama, voisi kanavoida ja käyttää ihmistä, jolloin siitä tulisi voimakas sähköenergian lähde, joka mahdollisti teollisuuden tarpeiden tyydyttämisen.
Sähköiset ilmenemismuodot
Sähkövaraus
Se on ominaisuus, jonka joidenkin subatomisten hiukkasten (elektronit, neutronit ja protonit) on houkuteltava ja hylättävä toisiaan, samoin kuin se määrittelee niiden sähkömagneettisen vuorovaikutuksen. Tätä muodostuu atomeissa, jotka siirtävät sen eri ruumiin molekyyleihin tai johtavan materiaalin kautta. Se viittaa myös hiukkasen kykyyn vaihtaa fotoneja (valo- tai sähkömagneettisen energian hiukkasia).
Tätä on läsnä esimerkiksi staattisessa sähkössä, joka on kehossa paikallaan oleva varaus. Myös varaus aiheuttaa sähkömagneettisen voiman, koska se tuottaa voimaa muille. Maksut voivat olla negatiivisia ja muut positiivisia, ja samantyyppiset lataukset hylätään, kun taas vastakkaiset maksut houkuttelevat toisiaan.
Varat mitataan yksikkökulonin tai -kulombin kautta ja sitä edustaa kirjain C, ja se tarkoittaa varauksen määrää, joka kulkee jonkin johtimen osan läpi sekunnin kuluessa. Sekä aineella että antimaterialla on samat ja vastakkaiset varaukset kuin vastaavalla hiukkasella.
Sähkövirta
Tämä on sähkövarauksen virtaus materiaalin läpi, joka syntyy elektronien liikkeen tai muun tyyppisen varauksen avulla. Se tuottaa magneettikentän, joka on yksi sähköisistä ilmiöistä, jota voidaan hyödyntää tässä tapauksessa sähkömagneetilla.
Materiaalit, joiden läpi tämä virtaus kiertää, voivat olla kiinteitä, nestemäisiä tai kaasumaisia. Kiinteissä materiaaleissa elektronit liikkuvat; ionit (atomit tai molekyylit, jotka eivät ole sähköisesti neutraaleja) liikkuvat nesteissä; ja kaasumaiset voivat olla sekä elektroneja että ioneja.
Nykyisen varauksen määrä aikayksikköä kohti tunnetaan sähkövirran voimakkuutena, jota symboloi kirjain I ja joka ilmoitetaan kulonkeina sekunnissa tai ampeereina.
Sähkövirta voi olla:
- Jatkuva tai suora, jotka ovat vakiona kulkevia varauksia, sitä ei keskeytä mikään tyhjiöjakso, koska se on vain yhdessä suunnassa.
- Alterna, joka liikkuu kahteen suuntaan, muuttaa reittiään ja intensiteettiään.
- Kolmivaiheinen, joka on kolmen vaihtovirran ryhmittely samalla amplitudilla, taajuudella ja tehollisella arvolla (käsite, jota käytetään jaksottaisten aaltojen tutkimiseen), jolloin vaiheen ja vaiheen välillä on 120 asteen ero.
sähkökenttä
Se on sähkömagneettinen kenttä, joka on syntynyt sähkövarauksella (vaikka se ei liiku) ja joka vaikuttaa sitä ympäröiviin tai siinä oleviin varauksiin. Kentät eivät ole mitattavissa, mutta niihin kohdistuvat varaukset voidaan havaita.
Sähkökenttä on fyysinen tila, jossa eri kappaleiden sähkövarat ovat vuorovaikutuksessa, ja sähkövoiman voimakkuuden pitoisuus määritetään. Tällä alueella ominaisuuksia on muutettu varauksen läsnäololla.
Sähköinen potentiaali
Se viittaa sähkökappaleen kapasiteettiin tai energiaan, jota se tarvitsee kuorman siirtämiseen tai työn tekemiseen, ja se mitataan voltteina. Tämä käsite liittyy potentiaalieron käsitteeseen, joka määritellään energiana, joka tarvitaan varauksen siirtämiseen pisteestä toiseen.
Tämä voidaan määritellä vain rajoitetulle alueelle staattiselle kentälle, koska liikkuville varauksille käytetään Liénard-Wiechert-potentiaalia (ne kuvaavat liikkuvien varausten jakauman sähkömagneettisia kenttiä).
Sähkömagneetti
Tämä viittaa magneettikenttiin, jotka syntyvät liikkeessä olevien sähkövarausten takia ja jotka tuottavat vetovoimaa tai vastenmielisyyttä näissä kentissä oleviin materiaaleihin, jotka voivat tuottaa sähkövirtaa.
Sähköpiirit
Se viittaa ainakin kahden sähkökomponentin kytkentään, jotta sähkövaraus voi virrata suljetussa polussa tiettyä tarkoitusta varten. Ne koostuvat elementeistä, kuten komponenteista, solmuista, haaroista, silmistä, lähteistä ja johtimista.
On virtapiirejä, joissa on vastaanotin, kuten sipulien tai kellojen tapauksessa; sarjapiirit, kuten jouluvalot; piirit rinnakkain, kuten valot, jotka syttyvät samalla kytkimellä samanaikaisesti; sekoitetut piirit (ne yhdistävät sarjoja ja rinnakkaisia); ja kytkettävät, jotka mahdollistavat esimerkiksi yhden tai useamman valon sytyttämisen useammasta kuin yhdestä eri kohdasta.
Sähkön historia
Sähkön ennakkotapaus juontaa juurensa muinaisiin aikoihin, jopa lähes kolme tuhatta vuotta ennen Kristusta, jossa ihmiset havaitsivat tiettyjä sähköisiä ilmiöitä luonnossa, vaikka he eivät tienneet, miten niitä tuotettiin tai niiden dynamiikkaa. Samoin he olivat todistajia tietyistä magneettisista ilmiöistä, joita tuotti tietyntyyppiset luonnossa saadut materiaalit, kuten magnetiitti, tai sen esiintymisen eläimissä.
Noin 2750 eaa Egyptin sivilisaation kirjoitti sähköinen kalat löytyy Niilin viitaten niitä suojelijoita muiden eläimistöä siinä. Noin 600 eKr. Miletoksen Thales havaitsi ensimmäisenä, että keltainen sai sähköiset ja magneettiset ominaisuudet, kun sitä hierottiin tietyllä materiaalilla. Mutta sähkö tieteenä juontaa juurensa seitsemästoista ja kahdeksastoista vuosisata, keskellä tieteellistä vallankumousta, jolloin tämän tutkimusalueen ilmestyminen oli täydellinen konteksti teollisen vallankumouksen alkamiselle ja sen laajentumiselle koko nousevaan moderniin maailmaan se oli ratkaiseva ihmiskunnan kehityksen kannalta.
Ennen tätä, 1500-luvulla, filosofi ja lääkäri William Gilbert (1544-1603) panostivat merkittävästi sähköilmiön tutkimiseen kiinnittäen erityistä huomiota sähköön ja magnetismiin. Termit "sähkö" ja "sähkö" esiintyvät ensimmäisen kerran vuonna 1646 englantilaisen Thomas Brownen (1605-1682) teoksessa. Eri sähköilmiöiden mittayksiköt syntyivät myöhemmin älymystön fysiikan moninkertaisen panoksen ansiosta.
Tutkija, poliitikko ja keksijä Benjamin Franklin (1706-1790) onnistui vuonna 1752 kanavoimaan salaman sisältämän sähkövirran leijan läpi, mikä johti salaman keksimiseen; laite, jota käytetään johtamaan sähköä salamasta maahan. Myöhemmin italialainen fyysikko Alessandro Volta (1745-1827) keksi vuonna 1800 jännite-akun, joka mahdollisti energian varastoinnin hyödyntämällä kemiallisten reaktioiden tuottamaa sähköä; ja vuonna 1831 fyysikko Michael Faraday (1791-1867) kehitti ensimmäisen sähkögeneraattorin, joka antoi mahdollisuuden lähettää sähkövirtaa jatkuvasti.
Teollisen vallankumouksen ensimmäinen vaihe ei sisältänyt sähköä sen kehittämiseen, koska se käytti höyryn tuottamaa energiaa. Jo kohti 1800-luvun toista teollista vallankumousta sähköä ja öljyä käytettiin energian tuottamiseen, mikä antoi tutkija Thomas Alva Edisonille (1847-1931) sytyttää ensimmäisen hehkulampun vuonna 1879.
1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa tasavirran puolestapuhuja Edison, keksijä ja insinööri Nikola Tesla (1856-1943), vaihtovirran isä, kiisti sähkön tulevaisuuden.
Tasavirtaa suosittiin Yhdysvalloissa kotitalous- ja teollisuuskäyttöön; kuitenkin pian havaittiin, että se oli tehoton pitkiä matkoja ja kun vaadittiin suurempaa jännitettä, ja lähetti valtavia määriä lämpöä.
Tesla kehitti kokeita, jotka johtivat vaihtoehtoisten tapojen löytämiseen sähköenergian tehokkaampaan kuljettamiseen, mikä johti vaihtovirran löytämiseen.
Amerikkalainen liikemies George Westinghouse (1846-1914) tuki ja osti Teslan keksintöä, joka lopulta voitti taistelun sähköstä halvemmaksi virraksi pienemmällä energianhäviöllä.
Sähkön merkitys
Sen merkitys on elintärkeää nykyaikaiselle elämälle, koska se on yksi nykypäivän yhteiskunnan peruspilarista, koska pohjimmiltaan kaikkeen, mitä ihmiset käyttävät, liittyy sähkön toiminta: sähkölaitteet, koneet, viestintä, tietyt liikennemuodot, tuotanto tavaroiden ja palvelujen, muun muassa lääketieteen, tieteen, aloilla.
Ihminen voi luoda sen tai hyödyntää sitä suoraan luonnosta. Ihmisen luomaa sähköä tuottavat turbiinit, lauhduttimet ja koneet, jotka luottavat toimintaansa luonnon voimaan, kuten patot, jotka käyttävät suurien vesimäärien voimaa tuottamaan virtaa, joka tuottaa suuria kaupunkeja.
Maa-planeetta pystyy myös tuottamaan sähköä, ne säteet, salamat ja salamat, jotka näemme taivaalla keskellä myrskyä, ovat sähköpurkauksia, jotka syntyvät valtavien aine- ja energiajoukkojen törmäyksestä. Tätä kutsutaan luonnolliseksi sähkövirraksi, ja ihminen voi käyttää sitä salamanvarrilla ja erittäin kestävillä johtimilla, jotka pystyvät absorboimaan tällaisen suuruisen purkauksen vaikutuksen.
10 esimerkkiä sähkön käytöstä
Sähköllä on useita käyttötapoja ihmisen toiminnassa. Tunnetuimpia esimerkkejä ovat:
- Ajoneuvoissa, joissa on autosähköä, joka kiertää piireissä, jotka ulottuvat sen osiin ja joiden toiminta vaatii sähköä, kuten valot, torvi, moottori ja muun muassa akusta.
- Valaistukseen, ts. Kotitalous-, julkisen ja teollisen valaistuksen kytkemiseen päälle.
- Sähkölaitteiden ja elektroniikan sytyttämiseen.
- Ja tuottavat lämpöä lauhkeilla, kuten kuumentamalla.
- Liikenteelle, kuten lentokoneille, koska he tarvitsevat sähköä lentoonlähtöön.
- Lääketieteen alalle, käytetään analyyseihin ja tutkimuksiin käytettävissä laitteissa.
- Teollisuudessa, joka vaatii suuria määriä sähkövarausta kulutustavaroiden tuotantoon.
- Ja tuottaa liikkeen kautta moottoreita, jotka ohjaavat virtaa, sähköenergian muuntamiseksi mekaaniseksi energiaksi.
- Viestintään, käytetään muun muassa toistinantenneissa, lähettimissä.
- Jotta kuljetus ja valvonta nesteiden, kuten veden, välityksellä solenoidi venttiilit, jotka auttavat kohtalainen virtaus.
