Alebo elektrický šok nazývaný smerovo sa pohybujúci prúd nabitých častíc, ako sú elektróny. Elektrina tiež označuje energiu získanú v dôsledku takéhoto pohybu nabitých častíc a osvetlenie, ktoré sa získava na základe tejto energie. Termín „elektrina“ zaviedol anglický vedec William Gilbert v roku 1600 vo svojej eseji „O magnete, magnetických telách a veľkej magnetickej zemi“.
Gilbert robil experimenty s jantárom, ktorý v dôsledku trenia s látkou dokázal prilákať iné svetelné telá, to znamená, že získal určitý náboj. A keďže jantár sa z gréčtiny prekladá ako elektrón, fenomén pozorovaný vedcom sa nazýval „elektrina“.
Elektrina
Trochu teórie o elektrine
Elektrina môže vytvárať elektrické pole okolo vodičov elektrického prúdu alebo nabitých telies. Pomocou elektrického poľa je možné ovplyvňovať iné telesá elektrickým nábojom.fv
Elektrické náboje, ako každý vie, sa delia na kladné a záporné. Táto voľba je podmienená, ale vzhľadom na to, že sa už dlho uskutočnila historicky, len z tohto dôvodu je každému náboju priradené určité znamienko.
Telesá, ktoré sú nabité rovnakým typom znamenia, sa navzájom odpudzujú a tie, ktoré majú iný náboj, sa naopak priťahujú.
Pri pohybe nabitých častíc, teda existencii elektriny, vzniká okrem elektrického poľa aj pole magnetické. To vám umožní nastaviť vzťah medzi elektrinou a magnetizmom.
Zaujímavosťou je, že existujú telesá, ktoré vedú elektrický prúd alebo telesá s veľmi vysokým odporom.To objavil anglický vedec Stephen Gray v roku 1729.
Štúdium elektriny, úplne a zásadne, vykonáva taká veda, ako je termodynamika. Kvantové vlastnosti elektromagnetických polí a nabitých častíc však skúma úplne iná veda – kvantová termodynamika, no niektoré kvantové javy sa dajú celkom jednoducho vysvetliť bežnými kvantovými teóriami.
Základy elektriny
História objavu elektriny
Na úvod treba povedať, že neexistuje taký vedec, ktorý by sa dal považovať za objaviteľa elektriny, keďže od staroveku až po súčasnosť mnohí vedci skúmali jej vlastnosti a dozvedali sa o elektrine niečo nové.
- Prvým, kto sa začal zaujímať o elektrinu, bol staroveký grécky filozof Thales. Zistil, že jantár, ktorý sa natiera na vlnu, získava vlastnosť priťahovať ďalšie svetelné telá.
- Potom ďalší staroveký grécky vedec, Aristoteles, študoval určité úhory, ktoré zasiahli nepriateľov, ako teraz vieme, elektrickým výbojom.
- V roku 70 nášho letopočtu rímsky spisovateľ Plínius študoval elektrické vlastnosti živice.
- Potom sa však dlho nezískali žiadne poznatky o elektrine.
- A až v 16. storočí dvorný lekár anglickej kráľovnej Alžbety 1 William Gilbert začal študovať elektrické vlastnosti a urobil množstvo zaujímavých objavov. Potom začalo doslova „elektrické šialenstvo“.
- Až v roku 1600 sa objavil termín „elektrina“, ktorý zaviedol anglický vedec William Gilbert.
- V roku 1650 vďaka magdeburskému purkmistrovi Ottovi von Guerickemu, ktorý vynašiel elektrostatický stroj, bolo možné pozorovať efekt odpudzovania tiel pod vplyvom elektriny.
- V roku 1729 anglický vedec Stephen Gray pri vykonávaní experimentov s prenosom elektrického prúdu na diaľku náhodou zistil, že nie všetky materiály majú schopnosť prenášať elektrinu rovnako.
- V roku 1733 francúzsky vedec Charles Dufay objavil existenciu dvoch druhov elektriny, ktoré nazval sklo a živica. Tieto mená dostali vďaka tomu, že sa odhalili trením skla o hodváb a živice o vlnu.
- Prvý kondenzátor, teda zásobník elektriny, vynašiel Holanďan Pieter van Musschenbroek v roku 1745. Tento kondenzátor sa nazýval Leydenská nádoba.
- V roku 1747 vytvoril Američan B. Franklin prvú svetovú teóriu elektriny. Podľa Franklina je elektrina nehmotná kvapalina alebo kvapalina. Ďalšou Franklinovou službou pre vedu je, že vynašiel bleskozvod a pomocou neho dokázal, že blesk má elektrický pôvod. Zaviedol tiež koncepty kladných a záporných nábojov, ale náboje neobjavil. Tento objav urobil vedec Simmer, ktorý dokázal existenciu pólov náboja: kladných a záporných.
- Štúdium vlastností elektriny sa presunulo do exaktných vied potom, čo v roku 1785 Coulomb objavil zákon o sile interakcie medzi bodovými elektrickými nábojmi, ktorý sa nazýval Coulombov zákon.
- Potom v roku 1791 taliansky vedec Galvani publikoval pojednanie, v ktorom sa uvádza, že vo svaloch zvierat pri pohybe vzniká elektrický prúd.
- Vynález batérie ďalším talianskym vedcom Voltom v roku 1800 viedol k rýchlemu rozvoju vedy o elektrine a následnej sérii dôležitých objavov v tejto oblasti.
- Nasledovali objavy Faraday, Maxwell a Ampere, ku ktorým došlo len za 20 rokov.
- V roku 1874 získal ruský inžinier A.N. Lodygin patent na žiarovku s uhlíkovou tyčou, vynájdenú v roku 1872. Potom lampa začala používať volfrámovú tyč. A v roku 1906 predal svoj patent spoločnosti Thomasa Edisona.
- V roku 1888 Hertz zaznamenal elektromagnetické vlny.
- V roku 1879 objavil Joseph Thomson elektrón, ktorý je hmotným nosičom elektriny.
- V roku 1911 vynašiel Francúz Georges Claude prvú neónovú lampu na svete.
- Dvadsiate storočie dalo svetu teóriu kvantovej elektrodynamiky.
- V roku 1967 sa urobil ďalší krok k štúdiu vlastností elektriny. Tento rok vznikla teória elektroslabých interakcií.
Toto sú však len hlavné objavy vedcov, ktoré prispeli k využívaniu elektriny. Ale výskum pokračuje aj dnes a objavy v oblasti elektriny sa vyskytujú každý rok.
Každý si je istý, že najväčším a najmocnejším z hľadiska objavov súvisiacich s elektrinou bol Nikola Tesla. On sám sa narodil v Rakúskej ríši, teraz na území Chorvátska. Jeho batožina vynálezov a vedeckých prác zahŕňa: striedavý prúd, teóriu poľa, éter, rádio, rezonanciu a mnohé ďalšie. Niektorí pripúšťajú možnosť, že fenomén „tunguzského meteoritu“ nie je ničím iným ako dielom samotného Nikolu Teslu, konkrétne výbuchom obrovskej sily na Sibíri.
Pán sveta - Nikola Tesla
Istý čas sa verilo, že elektrina v prírode neexistuje. Keď však B. Franklin zistil, že blesk má elektrický pôvod, tento názor prestal existovať.
Význam elektriny v prírode, ako aj v ľudskom živote je dosť obrovský. Koniec koncov, bol to blesk, ktorý viedol k syntéze aminokyselín a následne k vzniku života na Zemi..
Procesy v nervovom systéme ľudí a zvierat, ako je pohyb a dýchanie, sa vyskytujú v dôsledku nervových impulzov, ktoré vznikajú z elektriny existujúcej v tkanivách živých bytostí.
Niektoré druhy rýb využívajú elektrinu, či skôr elektrické výboje, aby sa chránili pred nepriateľmi, hľadali potravu pod vodou a získavali ju. Takéto ryby sú: úhory, mihule, elektrické lúče a dokonca aj niektoré žraloky. Všetky tieto ryby majú špeciálny elektrický orgán, ktorý funguje na princípe kondenzátora, to znamená, že nahromadí dosť veľký elektrický náboj a potom ho vybije na obeť, ktorá sa takejto ryby dotkne. Takýto orgán tiež pracuje s frekvenciou niekoľkých stoviek hertzov a má napätie niekoľko voltov. Aktuálna sila elektrického orgánu rýb sa mení s vekom: čím je ryba staršia, tým väčšia je sila prúdu. Aj vďaka elektrickému prúdu sa vo vode pohybujú ryby, ktoré žijú vo veľkých hĺbkach. Elektrické pole je skreslené pôsobením predmetov vo vode. A tieto deformácie pomáhajú rybám orientovať sa.
Smrteľné experimenty. Elektrina
Získavanie elektriny
Elektrárne boli špeciálne vytvorené na výrobu elektriny. V elektrárňach sa pomocou generátorov vytvára elektrina, ktorá sa potom prenáša do miest spotreby elektrickým vedením. Elektrický prúd vzniká v dôsledku premeny mechanickej alebo vnútornej energie na elektrickú energiu. Elektrárne sa delia na: vodné elektrárne alebo VE, tepelné jadrové, veterné, prílivové, solárne a iné elektrárne.
Vo vodných elektrárňach vyrábajú generátorové turbíny poháňané prúdom vody elektrický prúd. V tepelných elektrárňach alebo inak povedané tepelných elektrárňach vzniká aj elektrický prúd, ale namiesto vody sa používa vodná para, ktorá vzniká pri ohreve vody pri spaľovaní paliva, napríklad uhlia.
Veľmi podobný princíp fungovania sa používa v jadrovej elektrárni alebo jadrovej elektrárni. Iba jadrové elektrárne používajú iný druh paliva – rádioaktívne materiály, napríklad urán alebo plutónium. Ich štiepenie jadier má za následok uvoľnenie veľmi veľkého množstva tepla, ktoré sa využíva na ohrev vody a jej premenu na vodnú paru, ktorá následne vstupuje do turbíny generujúcej elektrický prúd. Takéto stanice vyžadujú na prevádzku veľmi málo paliva. Takže desať gramov uránu generuje rovnaké množstvo elektriny ako auto z uhlia.
Použitie elektriny
V dnešnej dobe sa život bez elektriny stáva nemožným. Stala sa celkom integrovanou do života ľudí v dvadsiatom prvom storočí. Elektrina sa často používa na osvetlenie, napríklad pomocou elektrickej alebo neónovej lampy, a na prenos všetkých druhov informácií pomocou telefónu, televízie a rádia a v minulosti aj telegrafu. V dvadsiatom storočí sa tiež objavila nová oblasť použitia elektriny: zdroj energie pre elektromotory električiek, vlakov metra, trolejbusov a elektrických vlakov. Elektrina je nevyhnutná pre prevádzku rôznych domácich spotrebičov, ktoré výrazne zlepšujú život moderného človeka.
Elektrina sa dnes využíva aj na výrobu kvalitných materiálov a ich spracovanie. Na tvorbu hudby možno použiť elektrické gitary, poháňané elektrinou. Elektrina sa tiež naďalej používa ako humánny spôsob zabíjania zločincov (elektrické kreslo) v krajinách, ktoré umožňujú trest smrti.
Aj vzhľadom na to, že život moderného človeka sa stáva takmer nemožným bez počítačov a mobilných telefónov, ktoré na svoju prevádzku vyžadujú elektrickú energiu, význam elektriny bude dosť ťažké preceňovať.
Elektrina v mytológii a umení
V mytológii takmer všetkých národov existujú bohovia, ktorí sú schopní hádzať blesky, to znamená, že dokážu používať elektrinu. Napríklad u Grékov bol týmto bohom Zeus, u Hindov to bol Agni, ktorý sa dokázal zmeniť na blesk, u Slovanov to bol Perun a medzi škandinávskymi národmi Thor.
Karikatúry majú aj elektrinu. Takže v Disneyho karikatúre Black Cape je anti-hrdina Megavolt, ktorý je schopný ovládať elektrinu. V japonskej animácii elektrinu ovláda Pokémon Pikachu.
Záver
Štúdium vlastností elektriny začalo v staroveku a pokračuje dodnes. Tým, že sa ľudia naučili základné vlastnosti elektriny a naučili sa ich správne používať, výrazne si uľahčili život. Elektrina sa používa aj v továrňach, továrňach atď., To znamená, že sa dá použiť na získanie iných výhod. Význam elektriny v prírode aj v živote moderného človeka je obrovský. Bez takého elektrického javu, akým je blesk, by na zemi nevznikol život a bez nervových vzruchov, ktoré vznikajú aj vďaka elektrine, by nebolo možné zabezpečiť koordinovanú prácu medzi všetkými časťami organizmov.
Ľudia boli elektrine vždy vďační, aj keď o jej existencii nevedeli. Svojich hlavných bohov obdarili schopnosťou vrhať blesky.
Moderný človek tiež nezabúda na elektrinu, ale dá sa na ňu zabudnúť? Rozdáva elektrickú energiu kresleným a filmovým postavičkám, stavia elektrárne na výrobu elektriny a mnoho ďalšieho.
Elektrina je teda najväčší dar, ktorý nám dala samotná príroda a ktorý sme sa, našťastie, naučili využívať.
Pre stabilný život našej metropoly je potrebná energia rovnajúca sa 100 miliónom kWh za deň a ročne to predstavuje približne 38 miliárd kWh. Kto a čo dodáva Moskve elektrinu? Na nábreží Raushskaya sa nachádza vodná elektráreň č. 1 (najstaršia elektráreň v hlavnom meste), ktorá je nielen pamiatkou UNESCO, ale vyrába elektrinu aj pre Štátnu dumu, Kremeľ, námestie Lubjanka a metro. Menovitý výkon stanice je 86 MW. Stanica bola postavená na príkaz cisára Alexandra III., aby napojila elektrickú energiu na prvé električky. Za 114 rokov existencie HPP-1 sa jej kapacita zvýšila 10-krát.
Hlavným zdrojom dodávok elektriny do Moskvy sú tepelné elektrárne v množstve 15 jednotiek.
Ďalšou črtou moskovského napájania je Moskovský energetický okruh, ktorý tvoria vysokonapäťové elektrické vedenia (napätie 500 kV) a skupina výkonných rozvodní (PS), ktoré sa nachádzajú v meste aj v moskovskom regióne. Hlavnou úlohou týchto uzlových rozvodní je znížiť napätie z 500 na 220 a 110 kV a preniesť ho do uzlových rozvodní.
Vážení čitatelia a jednoducho návštevníci nášho časopisu! Pomerne veľa a podrobne píšeme o metódach, pomocou ktorých sa v elektrárňach vyrába elektrina, pomocou energetických zdrojov. Atóm, plyn, voda - to boli naši „hrdinovia“, až na to, že sa nám ešte nepodarilo dostať k alternatívnym, „zeleným“ možnostiam. Ale ak sa pozriete pozorne, príbehy neboli ani zďaleka úplné. Nikdy sme sa nesnažili podrobne sledovať cestu elektriny z turbíny do našich zásuviek, s cestičkami na osvetlenie našich sídiel a ciest, aby sme zabezpečili chod početných čerpadiel, ktoré zabezpečujú pohodlie našich domovov.
Tieto cesty a cestičky nie sú v žiadnom prípade jednoduché, niekedy sa kľukatia a mnohokrát menia smer, no vedieť, ako vyzerajú, je zodpovednosťou každého kultivovaného človeka 21. storočia. Storočie, ktorého podobu do značnej miery určuje elektrina, ktorá si nás podmanila, ktorú sme sa naučili pretvárať tak, aby boli uspokojené všetky naše potreby – v priemysle aj na súkromné účely. Prúd v drôtoch elektrického vedenia a prúd v batériách našich prístrojov sú veľmi rozdielne prúdy, ale zostávajú rovnaké. Aké úsilie musia elektrotechnici a inžinieri vynaložiť, aby poskytli najsilnejšie prúdy v oceliarňach a malé, malé prúdy napríklad v náramkových hodinkách? Koľko práce majú všetci tí, ktorí podporujú systém transformácie, prenosu a distribúcie elektriny, a aké metódy zabezpečujú stabilitu tohto systému? Ako sa „systémový operátor“ líši od „federálnej distribučnej spoločnosti“, prečo obe tieto spoločnosti v Rusku neboli súkromné, ale štátne?
Existuje veľa otázok, musíte na ne poznať odpovede, aby ste viac-menej pochopili, prečo potrebujeme toľko energetických pracovníkov a čo, zhruba povedané, robia? Sme tak zvyknutí, že v našich domácnostiach a mestách je s elektrinou všetko v úplnom poriadku, že si na elektrotechnikov spomenieme až vtedy, keď zrazu niečo prestane fungovať, keď vypadneme z bežnej úrovne komfortu. Je tma a zima – vtedy hovoríme o energetických nápojoch a hovoríme slová, ktoré určite nevytlačíme.
Sme si istí, že sme mali úprimne šťastie - skutočný profesionál súhlasil s touto náročnou, potrebnou a dokonca obrovskou témou. Žiadame vás o lásku a priazeň - Dmitrij Talanov, inžinier s veľkým písmenom. Viete, existuje krajina - Fínsko, v ktorej je titul inžinier taký dôležitý, že svojho času vychádzal každoročne katalóg so zoznamom odborníkov, ktorí ho mali. Bol by som rád, keby sa takáto slávna tradícia niekedy objavila aj v Rusku, keďže v našej elektronickej a internetovej dobe je oveľa jednoduchšie vytvoriť takýto každoročne aktualizovaný katalóg.
Článok o inžinierstve, ktorý vám dávame do pozornosti, je krátky, presný a výstižný. Samozrejme, všetko, čo Dmitrij napísal, sa dá opísať oveľa podrobnejšie a svojho času náš časopis začal sériu článkov o tom, ako prebiehalo dobývanie elektriny v 19. storočí.
Georg Ohm, Heinrich Hertz, Andre-Marie Ampère, Alessandro Volt, James Watt, Faraday, Jacobi, Lenz, Gramm, Fontaine, Lodygin, Dolivo-Dobrovolsky, Tesla, Yablochkov, Depreux, Edison, Maxwell, Kirchhoff, bratia Siemens a bratia Westinghouseovci – v histórii elektriny je veľa slávnych mien, ktoré si zaslúžime, aby sme si ich zapamätali. Vo všeobecnosti, ak si niekto chce spomenúť na podrobnosti o tom, ako to všetko začalo, ste vítaní a Dmitryho článok je začiatkom úplne iného príbehu. Naozaj dúfame, že sa vám to bude páčiť, a v blízkej budúcnosti uvidíme pokračovanie článkov Dmitrija Talanova.
Vážený Dmitrij, v mojom mene - s debutom, žiadame všetkých čitateľov - nešetrite komentármi!
Čo je elektrický prúd, odkiaľ pochádza a ako sa dostáva do našich domácností?
Každý môže kritickým pohľadom na svoj domov a pracovisko zistiť, prečo potrebujeme elektrinu a ako nám pomáha žiť.
Prvá vec, ktorá vás upúta, je osvetlenie. A je pravda, že bez toho by sa aj 8-hodinový pracovný deň zmenil na mučenie. Dostať sa do práce v mnohých veľkých mestách je už malé šťastie, ale čo ak to musíte robiť v tme? A v zime to ide oboma smermi! Plynové lampy pomôžu na hlavných diaľniciach, ale vy ste sa trochu otočili na stranu a nič nevidíte. Môžete ľahko spadnúť do pivnice alebo diery. A mimo mesta v prírode, osvetlenej len svetlom hviezd?
Nočné pouličné osvetlenie, Foto: pixabay.com
Bez elektriny tiež nie je čím odviesť teplo z kancelárií, kam sa ťažko dostať. Môžete, samozrejme, otvoriť okná a uviazať si okolo hlavy mokrý uterák, ale ako dlho to pomôže? Čerpadlá čerpajúce vodu potrebujú aj elektrinu, alebo budete musieť pravidelne chodiť na ručné čerpadlo s vedierkom.
Káva v kancelárii? Zabudni na to! Len ak to robia všetci naraz a nie často, aby dym z horiaceho uhlia neotrávil pracovnú atmosféru. Alebo ho môžete získať v neďalekej krčme za extra peniaze.
Poslať list do ďalšej kancelárie? Musíte si vziať papier, napísať list rukou a potom ho nosiť nohami. Na druhý koniec mesta? Voláme kuriérovi. Do inej krajiny? Viete, koľko to bude stáť? Navyše nečakajte odpoveď skôr ako o šesť mesiacov od susedných krajín a o rok až päť zo zámoria.
Vrátili sme sa domov, treba zapáliť sviečky. Čítanie pred nimi je bolesťou pre oči, takže budete musieť urobiť niečo iné. S čím? Nie je tu televízor, počítače, smartfóny – aj tie sú preč, pretože ich nie je čím napájať. Ľahnite si na lavičku a pozerajte sa na strop! Aj keď pôrodnosť sa určite zvýši.
Treba dodať, že všetky plasty a hnojivá sa dnes získavajú zo zemného plynu v továrňach, kde sa točia tisíce motorov poháňaných tou istou elektrinou. Odtiaľ je zoznam dostupných hnojív značne skrátený na tie, ktoré je možné pripraviť z prírodných surovín v kadiach, pričom sa v nich jedovatá kaša mieša ručne, vodou alebo parou. V dôsledku toho sa objem vyrábaných produktov výrazne znižuje.
Zabudnite na plasty! Ebonit je naše najvyššie šťastie z dlhého zoznamu. A medzi kovmi sa liatina stáva najdostupnejšou. Z medicíny sa na javisku opäť objavuje ako hlavný nástroj stetoskop a rýchlo hrdzavejúci skalpel. Zvyšok upadne do zabudnutia.
Môžete pokračovať dlho, ale myšlienka by už mala byť jasná. Potrebujeme elektrinu. Dá sa bez neho prežiť, ale čo by to bol za život! Odkiaľ sa teda vzala táto magická elektrina?
Objav elektriny
Všetci poznáme fyzikálnu pravdu, že nič nikde nezmizne bez stopy, ale iba prechádza z jedného stavu do druhého. S touto pravdou sa stretol grécky filozof Thales z Milétu v 7. storočí pred Kristom. e. objavenie elektriny ako formy energie trením kúska jantáru vlnou. Časť mechanickej energie sa zmenila na elektrickú energiu a jantár (v starogréckom „elektróne“) zelektrizoval, to znamená, že získal vlastnosti priťahovania svetelných predmetov.
Tento typ elektriny sa teraz nazýva statický a našiel široké uplatnenie, a to aj v systémoch čistenia plynu v elektrárňach. Ale v starovekom Grécku to nemalo žiadne využitie, a keby po sebe Thales z Milétu nezanechal záznamy o svojich experimentoch, nikdy by sme sa nedozvedeli, kto bol prvý mysliteľ, ktorý zameral svoju pozornosť na typ energie, ktorá je možno najčistejšia spomedzi všetkých. všetkých, s ktorými sa poznáme dodnes. Je tiež najpohodlnejší na ovládanie.
Samotný termín „elektrina“ – teda „jantár“ – zaviedol William Gilbert v roku 1600. Od tohto času začali vo veľkom experimentovať s elektrinou a snažili sa odhaliť jej podstatu.
Výsledkom bolo, že v rokoch 1600 až 1747 nasledovala séria vzrušujúcich objavov a objavila sa prvá teória elektriny, ktorú vytvoril Američan Benjamin Franklin. Zaviedol koncept kladného a záporného náboja, vynašiel bleskozvod a s jeho pomocou dokázal elektrickú povahu blesku.
Potom, v roku 1785, bol objavený Coulombov zákon a v roku 1800 Taliani Volta vynašli galvanický článok (prvý zdroj jednosmerného prúdu, predchodca moderných batérií a akumulátorov), čo bol stĺpec zinkových a strieborných kruhov oddelených papierom. namočené v slanej vode. S príchodom tohto, na tie časy stabilného zdroja elektriny, rýchlo nasledovali nové a dôležité objavy jeden za druhým.
Michael Faraday na vianočnej prednáške v Kráľovskej inštitúcii. Litografický fragment, Foto: republic.ru
V roku 1820 objavil dánsky fyzik Oersted elektromagnetickú interakciu: pri zatváraní a otváraní obvodu jednosmerným prúdom si všimol cyklické oscilácie strelky kompasu umiestnenej v blízkosti vodiča. A v roku 1821 francúzsky fyzik Ampere zistil, že okolo vodiča so striedavým elektrickým prúdom sa vytvára striedavé elektromagnetické pole. To umožnilo Michaelovi Faradayovi objaviť elektromagnetickú indukciu v roku 1831, opísať elektrické a magnetické pole pomocou rovníc a vytvoriť prvý generátor striedavého prúdu. Faraday vtlačil cievku drôtu do zmagnetizovaného jadra a v dôsledku toho sa vo vinutí cievky objavil elektrický prúd. Faraday tiež vynašiel prvý elektrický motor, vodič prenášajúci elektrický prúd, ktorý sa otáča okolo permanentného magnetu.
Nie je možné v tomto článku spomenúť všetkých účastníkov „preteku o elektrinu“, ale výsledkom ich snaženia bola experimentálne dokázateľná teória, ktorá podrobne popisuje elektrinu a magnetizmus, podľa ktorej dnes vyrábame všetko, čo na fungovanie vyžaduje elektrinu. .
Jednosmerný alebo striedavý prúd?
Koncom 80. rokov 19. storočia, pred príchodom celosvetových noriem na výrobu, distribúciu a spotrebu priemyselnej elektriny, sa strhla bitka medzi zástancami používania jednosmerného a striedavého prúdu. Tesla a Edison stáli na čele nepriateľských armád.
Obaja boli talentovaní vynálezcovia. Okrem toho, že Edison mal oveľa rozvinutejšie obchodné schopnosti a v čase, keď sa začala „vojna“, si stihol patentovať mnohé technické riešenia, ktoré využívali jednosmerný prúd (v tom čase v USA bol jednosmerný prúd štandardným štandardom; konštanta je prúd). ktorých smer sa nemení podľa času).
Bol tu však jeden problém: v tých časoch sa jednosmerný prúd veľmi ťažko transformoval na vyššie alebo nižšie napätie. Ak totiž dnes prijímame elektrinu 240 voltov a náš telefón vyžaduje 5 voltov, zapojíme do zásuvky univerzálnu skrinku, ktorá pomocou moderných tranzistorov ovládaných drobnými logickými obvodmi so sofistikovaným softvérom premení čokoľvek na čokoľvek v rozsahu, ktorý potrebujeme. Čo sa dalo robiť vtedy, keď do vynálezu najprimitívnejších tranzistorov zostávalo ešte 70 rokov? A ak kvôli podmienkam elektrických strát bolo potrebné zvýšiť napätie na 100 000 voltov, aby bolo možné dodať elektrinu na vzdialenosť 100 alebo 200 kilometrov, akékoľvek voltové stĺpy a primitívne generátory jednosmerného prúdu boli bez energie.
Pochopiac toto, Tesla obhajoval striedavý prúd, ktorého premena na ľubovoľné napäťové úrovne nebola ani v tých časoch zložitá (za striedavý prúd sa považuje prúd, ktorého veľkosť a smer sa periodicky menia v čase aj pri stálom odpore voči tomuto prúdu; pri sieťovej frekvencii 50 Hz sa to deje 50-krát za sekundu). Edison, ktorý nechcel prísť o patentové poplatky pre seba, spustil kampaň na diskreditáciu striedavého prúdu. Trval na tom, že tento typ prúdu je obzvlášť nebezpečný pre všetko živé, a ako dôkaz verejne zabíjal túlavé mačky a psy priložením elektród napojených na zdroj striedavého prúdu.
Edison prehral bitku, keď Tesla ponúkol, že rozsvieti celé mesto Buffalo za 399 000 dolárov proti Edisonovej ponuke urobiť to isté za 554 000 dolárov. V deň, keď bolo mesto osvetlené elektrinou prijatou zo stanice umiestnenej pri Niagarských vodopádoch a vyrábajúcej striedavý prúd, spoločnosť General Electric vyhodila jednosmerný prúd do úvahy vo svojich budúcich podnikateľských projektoch a plne podporovala striedavý prúd svojím vplyvom a peniazmi.
Thomas Edison (USA), Obr.: cdn.redshift.autodesk.com
Môže sa zdať, že striedavý prúd dobyl svet navždy. Má však dedičné choroby, ktoré vyrastajú zo samotnej skutočnosti premenlivosti. V prvom rade ide o elektrické straty spojené so stratami v indukčnej zložke vodičov elektrického vedenia, ktoré sa používajú na prenos elektriny na veľké vzdialenosti. Tieto straty sú 10-20 krát vyššie ako možné straty v rovnakých elektrických vedeniach, ak nimi preteká jednosmerný prúd. Navyše je tu zvýšená zložitosť synchronizácie uzlov energetického systému (pre lepšie pochopenie povedzme jednotlivých miest), pretože to vyžaduje nielen vyrovnávanie napätí uzlov, ale aj ich fázy, keďže striedavý prúd je sínusová vlna. .
Svedčí to aj o oveľa väčšom nasadení pri „hojdaní“ uzlov vo vzťahu k sebe, keď sa napätie a frekvencia začínajú meniť hore a dole, čomu bežný spotrebiteľ venuje pozornosť, keď mu v byte bliká svetlo. Zvyčajne je to predzvesť konca spoločnej práce uzlov: spojenia medzi nimi sú prerušené a niektoré uzly sa ocitnú v energetickom deficite, čo vedie k zníženiu ich frekvencie (t. j. zníženiu rýchlosti otáčania uzlov). rovnaké elektromotory a ventilátory) a niektoré s prebytočnou energiou, čo vedie k nebezpečne vysokému napätiu v celej lokalite vrátane našich zásuviek so zariadeniami, ktoré sú k nim pripojené. A s dostatočne dlhým elektrickým vedením, ktoré je napríklad pre Ruskú federáciu kritické, sa začínajú objavovať ďalšie efekty, ktoré kazia náladu elektrikárov. Bez toho, aby sme zachádzali do detailov, môžeme poukázať na to, že prenos elektrickej energie striedavého prúdu cez drôty na veľmi dlhé vzdialenosti sa stáva zložitým a niekedy nemožným. Pre informáciu, vlnová dĺžka s frekvenciou 50 Hz je 6000 km a pri priblížení sa k polovici tejto dĺžky – 3000 km – sa začínajú prejavovať účinky postupujúcich a stojatých vĺn plus efekty spojené s rezonanciou.
Tieto účinky chýbajú pri použití jednosmerného prúdu. To znamená, že sa zvyšuje stabilita energetického systému ako celku. Ak to vezmeme do úvahy, ako aj skutočnosť, že počítače, LED diódy, solárne panely, batérie a mnohé ďalšie používajú na prevádzku jednosmerný prúd, môžeme konštatovať: vojna s jednosmerným prúdom ešte nie je stratená. Moderným jednosmerným meničom pre akýkoľvek výkon a napätie, ktoré sa dnes používajú, zostáva len veľmi málo na to, aby sa vyrovnali cene striedavých transformátorov známych ľudstvu. Potom sa zrejme začne víťazný pochod naprieč planétou jednosmerného prúdu.
Elektrina je neoddeliteľnou súčasťou nášho života. Každý deň bez rozmýšľania používame množstvo domácich elektrospotrebičov, o výrobe ani nehovoriac. Odkiaľ sa berie elektrina, ktorú tak veľmi potrebujeme? Aj deti poznajú odpoveď na túto otázku: vyrábajú ho elektrárne. Ale nie každý vie, ako sa dostane z elektrárne k nám, spotrebiteľom. Na túto otázku sa pokúsime odpovedať v našom článku.
Začnime teda elektrárňami. Každý pozná hlavné typy elektrární: jadrové elektrárne, vodné elektrárne, tepelné elektrárne. O existencii dieselagregátov a minielektrární, ktoré sa čoraz častejšie využívajú na stavbách, ako ochrana pred výpadkom prúdu v nemocniciach a dokážu zabezpečiť elektrinu aj v súkromí atď. V Európe sa na výrobu elektriny využíva aj veterná a solárna energia. Vedci na celom svete tiež pracujú na alternatívnych formách elektriny, ako sú fúzne reakcie, elektrárne na biomasu.
U nás sú dnes hlavnými zdrojmi elektriny jadrové elektrárne, vodné elektrárne a tepelné elektrárne. Viac ako polovicu elektriny vyrábajú tepelné elektrárne. Najčastejšie sa takéto elektrárne nachádzajú na miestach, kde sa vyrába palivo. Mestá môžu využívať aj kombinovanú výrobu tepla a elektriny, ktorá mestu zabezpečuje nielen elektrinu, ale aj teplú vodu a teplo. Najlacnejšiu elektrinu vyrábajú vodné elektrárne.
Najmodernejšie sú jadrové elektrárne. Jednou z najdôležitejších výhod je fakt, že nie sú viazané na zdroj surovín, a preto ich možno umiestniť takmer kdekoľvek. Atómové elektrárne tiež neznečisťujú životné prostredie za predpokladu, že sa zohľadnia všetky prírodné faktory a budú splnené požiadavky na ich výstavbu.
Ale tu máme elektráreň, ktorá vyrába elektrinu. Čo bude ďalej? A potom sa elektrina z elektricky snímateľných pneumatík privádza do elektrickej časti elektrárne, ktorá môže byť otvoreného, uzavretého alebo kombinovaného typu. Elektrická časť obsahuje riadiace centrum elektrárne, automatizovaný systém riadenia procesov (APCS), spínacie zariadenia, reléovú ochranu, prístrojové vybavenie a alarmy, vysokonapäťové zvyšovacie a znižovacie transformátory, vysokonapäťové ističe, prípojnice a autotransformátory . Po premene energie sa elektrina dodáva do vysokonapäťového elektrického vedenia (HVPL). Elektrické vedenia určené na prepravu elektriny na veľké vzdialenosti musia mať vysokú priepustnosť a nízke straty a musia pozostávať z drôtov, podpier, upevňovacích prvkov, káblov na ochranu pred bleskom, ako aj z pomocných zariadení. Elektrické vedenia sa podľa účelu delia na ultradiaľkové, hlavné a rozvodné. Hlavnými prvkami nadzemných elektrických vedení sú kovové podpery, ktoré sú inštalované v určitej vzdialenosti od seba. Sú to kotvové, medziľahlé a rohové. Kotviace podpery sa inštalujú na začiatku a konci elektrického vedenia, ako aj na miestach, kde sa križujú inžinierske stavby alebo prírodné bariéry. Medziľahlé podpery sú inštalované na rovných úsekoch a sú navrhnuté tak, aby podopierali drôty s prípustným priehybom 6-8 metrov v obývaných oblastiach a 5-7 metrov v neobývaných oblastiach. Rohové podpery sú inštalované v uhloch natočenia elektrických vedení. Špeciálne transpozičné podpery sú inštalované na zmenu poradia usporiadania na podperách, ako aj na odbočenie drôtov z hlavného nadzemného elektrického vedenia. Na prenos elektriny vo vysokonapäťových vedeniach sa používajú holé drôty vyrobené z hliníka a oceľ-hliník týchto tried: AN, AZH, AKP (hliník) a VL, AS, ASKS, ASKP, ASK (oceľ-hliník). Drôty sú k podperám pripevnené pomocou podperných alebo ťahových izolátorov, ktoré sú zavesené na podpere, a upevňovacích armatúr. Izolátory sú zase vyrobené z porcelánu, potiahnutého glazúrou, skla, vyrobeného z tvrdeného skla a polyméru, vyrobeného zo špeciálnych plastov. Na ochranu elektrického vedenia pred bleskom sú na podperách natiahnuté káble ochrany pred bleskom, sú inštalované zvodiče a podpery sú uzemnené. Keďže vedenie sa zvyčajne tiahne na veľkú vzdialenosť, používajú sa medziľahlé rozvodne so stupňovitými transformátormi, aby sa predišlo stratám napätia.
Pre ďalšiu distribúciu elektriny sú distribučné rozvodne napojené na hlavné nadzemné elektrické vedenia, ktoré zasa distribuujú elektrinu do znižovacích rozvodní. Pri distribúcii elektriny z rozvodne do paketovej trafostanice je možné použiť 2 typy kladenia káblov: nadzemné a podzemné. Pri pokladaní nad hlavou sa zvyčajne používajú hliníkové alebo oceľovo-medené holé drôty, ktoré sú zavesené na podperách. Pri položení pod zem sa používa napájací kábel s medenými alebo hliníkovými vodičmi a pancierom, ktorý poskytuje spoľahlivú ochranu pred mechanickými vplyvmi. Káble tohto typu zahŕňajú značky určené na prevádzku pri napätiach do 35 kV, napríklad buď (6-10 kV) alebo (10-35 kV). Ak je trafostanica umiestnená na veľkú vzdialenosť, potom použitie napájacieho kábla nebude ekonomicky rentabilné, v tomto prípade sa použije vzduchová pokládka.
Zo znižovacej rozvodne pozdĺž elektrických vedení je energia distribuovaná medzi trafostanice, ktoré sú rozdelené na stožiarové a kioskové (priechodné a slepé). Kompletné trafostanice redukujú napätie z 10(6) na 0,4 kV striedavý prúd s frekvenciou 50 Hz a sú určené na dodávku elektriny do súkromných domov, jednotlivých sídiel alebo malých priemyselných objektov. V stožiarových transformátorových staniciach sa káblový vstup a výstup vykonáva pomocou nadzemných vedení. Kioskové PTS slúžia na rovnaké účely, ale sú inštalované v jednoduchej betónovej platforme a majú vážnu výhodu – umožňujú vstup a výstup, a to vzduchom aj pod zemou.
Na odvodnenie nadzemných vedení sa používajú samonosné hliníkové izolované drôty SIP, ktoré sú zavesené na drevených alebo betónových podperách pomocou montážnych tvaroviek. Tento spôsob kladenia rozvodu sa používa v súkromných sektoroch, garážových družstvách alebo tam, kde je potrebné napájať veľké množstvo spotrebiteľov umiestnených v určitej vzdialenosti od seba. Na kladenie podzemných vedení sa používa napájací kábel s hliníkovými alebo medenými vodičmi, izolovaný z rôznych materiálov, tienený, pancierovaný, s ochranným krytom alebo bez neho. V závislosti od spôsobu inštalácie je možné použiť rôzne značky káblov. Na inštaláciu do špeciálnych vlnitých rúr s dvojitou stenou je možné použiť silové káble bez ochranného krytu a panciera, ako je AVVG alebo. Na kladenie v zákopoch sa používajú káble s pancierom a ochrannými krytmi, ktoré majú dobrú ochranu pred fyzickým a mechanickým namáhaním. Sú to káble ako a (s pancierom a ochranným krytom) alebo a (s pancierom bez ochranného krytu). Okrem toho je možné v závislosti od charakteru bludných prúdov použiť silové káble s rôznymi typmi tienenia, ktoré sú určené na inštaláciu do výkopov aj do chránených potrubí. Medzi takéto káble patria značky resp.
Z trafostanice sa elektrická energia prenáša vybranými vodičmi do distribučných miest, ktoré sa nachádzajú v špeciálne určených miestnostiach (panelové miestnosti). Do rozvádzačov sa inštalujú rozvádzače, ktoré zabezpečujú nielen prenos elektriny do bytov, ale aj silové podlahové a núdzové osvetlenie, výťahy, vzduchotechniku, klimatizáciu a zabezpečovacie systémy. Rozvod od elektropanelu k podlahovým panelom sa vykonáva pomocou káblov, ktoré podľa podmienok požiarnej bezpečnosti nesmú šíriť horenie a majú nízke emisie dymu a plynov. Medzi tieto značky káblov patria (hliníkové vodiče), (medené vodiče). Na položenie hlavného vedenia sa používajú špeciálne upevňovacie konzoly, ktoré zaisťujú bezpečnosť kábla po celú dobu jeho životnosti. Okrem toho na napájanie z rozvádzača do podlahových panelov možno použiť prípojnicu, ktorá má v porovnaní s káblovým kmeňovým vedením množstvo výhod. Patrí medzi ne jednoduchosť inštalácie (sekcie sa dajú bez problémov zmontovať a namontovať do výklenku), menšie rozmery v porovnaní s káblovým vedením (sekcie pozostávajú z medených alebo hliníkových prípojníc, ktoré sú odizolované kovovým plášťom) a jednoduchosť ďalšej prevádzky . A nakoniec z podlahových rozvádzačov sa privádza elektrina do elektromera alebo meracieho a rozvodného panelu bytu.
Táto otázka je ako kapusta, otvoríte ju a otvoríte, ale „základná“ stopka je stále ďaleko. Hoci sa otázka zrejme týka práve tejto stonky, aj tak sa musíte pokúsiť prekonať všetku kapustu.
Na najpovrchnejší pohľad sa povaha prúdu zdá jednoduchá: prúd je pohyb nabitých častíc. (Ak sa častica nepohybuje, potom neexistuje žiadny prúd, existuje iba elektrické pole.) V snahe pochopiť povahu prúdu a nevediac, z čoho sa prúd skladá, zvolili smer prúdu zodpovedajúci smer pohybu kladných častíc. Neskôr sa ukázalo, že keď sa negatívne častice pohybujú v opačnom smere, získa sa nerozoznateľný prúd, ktorý má presne rovnaký účinok. Táto symetria je pozoruhodným znakom povahy prúdu.
V závislosti od toho, kde sa častice pohybujú, sa líši aj charakter prúdu. Samotný súčasný materiál je iný:
- Kovy majú voľné elektróny;
- V kovových a keramických supravodičoch sú tiež elektróny;
- V kvapalinách - ióny, ktoré sa tvoria počas chemických reakcií alebo keď sú vystavené aplikovanému elektrickému poľu;
- V plynoch sú opäť ióny, ako aj elektróny;
- Ale v polovodičoch nie sú elektróny voľné a môžu sa pohybovať v „pretekoch relé“. Tie. Nie je to elektrón, ktorý sa môže pohybovať, ale miesto, kde neexistuje – „diera“. Tento typ vodivosti sa nazýva dierová vodivosť. Na križovatkách rôznych polovodičov povaha takéhoto prúdu vyvoláva efekty, ktoré umožňujú všetku našu rádiovú elektroniku.
Prúd má dve miery: silu prúdu a hustotu prúdu. Medzi prúdom nábojov a prúdom napríklad vody v hadici je viac rozdielov ako podobností. Ale takýto pohľad na prúd je dosť produktívny na pochopenie podstaty toho druhého. Prúd vo vodiči je vektorové pole rýchlostí častíc (ak sú to častice s rovnakým nábojom). Ale tieto detaily pri popise prúdu väčšinou neberieme do úvahy. Tento prúd spriemerujeme.
Ak vezmeme iba jednu časticu (prirodzene nabitú a pohybujúcu sa), potom prúd rovný súčinu náboja a okamžitej rýchlosti v konkrétnom časovom okamihu existuje presne tam, kde sa táto častica nachádza. Spomeňte si, ako to bolo v piesni duetu Ivasiho „Je čas na pivo“: „... ak je podnebie ťažké a astrál nepriateľský, ak vlak odišiel a všetky koľajnice boli VYBRANÉ... ” :)
A teraz sa dostávame k tej stopke, ktorú sme spomínali na začiatku. Prečo má častica náboj (pri pohybe sa zdá byť všetko jasné, ale čo je náboj)? Najzákladnejšie častice (teraz už určite:) zdanlivo nedeliteľné), ktoré nesú náboj, sú elektróny, pozitróny (antielektróny) a kvarky. Nie je možné vytiahnuť a študovať jednotlivý kvark kvôli obmedzeniu, s elektrónom sa to zdá jednoduchšie, ale tiež to ešte nie je príliš jasné. Momentálne je jasné, že prúd je kvantovaný: nepozorujú sa žiadne náboje menšie ako náboj elektrónu (kvarky sú pozorované len vo forme hadrónov s celkovým nábojom rovnakým alebo nulovým). Elektrické pole oddelene od nabitej častice môže existovať iba v spojení s magnetickým poľom, ako je elektromagnetická vlna, ktorej kvantom je fotón. Možno niektoré interpretácie povahy elektrického náboja ležia v oblasti kvantovej fyziky. Napríklad ňou predpovedané a relatívne nedávno objavené Higgsovo pole (ak existuje bozón, existuje pole) vysvetľuje hmotnosť množstva častíc a hmotnosť je mierou toho, ako častica reaguje na gravitačné pole. Možno s nábojom, ako mierou odozvy na elektrické pole, sa odhalí nejaký podobný príbeh. Prečo existuje hmotnosť a prečo existuje náboj, to sú trochu súvisiace otázky.
O povahe elektrického prúdu je známe veľa, ale to najdôležitejšie ešte nie je známe.
