Elektra daugeliui žmonių yra įprastas ir gyvybiškai svarbus reiškinys. Ir kaip bet kuris pažįstamas dalykas, jis retai pastebimas. Nedaug žmonių susimąsto, iš kur jis atsiranda, kaip jis veikia, ką su juo galima padaryti. Tačiau jo tyrimai buvo atlikti dar gerokai prieš mūsų erą, ir iki šiol kai kurios paslaptys lieka neatsakytos.
Turinys
Ką reiškia elektros srovė
Elektra yra reiškinių, susijusių su elektros krūvių egzistavimu, kompleksas. Šis žodis dažniausiai reiškia elektros srovę ir visus jos sukeliamus procesus.
Elektros srovė yra kryptingas dalelių, turinčių krūvį, judėjimas veikiant elektriniam laukui.
Kas išrado elektrą – istorija
Konkrečios elektros apraiškos buvo tiriamos gerokai prieš mūsų erą.Tačiau sujungti juos į vieną teoriją, paaiškinančią žaibo blyksnius danguje, objektų trauką, gebėjimą sukelti gaisrą ir kūno dalių tirpimą ar net mirtį, pasirodė nelengva užduotis.
Nuo seniausių laikų mokslininkai tyrinėjo tris elektros energijos apraiškas:
- Žuvys, gaminančios elektrą;
- Statinė elektra;
- Magnetizmas.
Senovės Egipte gydytojai žinojo apie keistus Nilo šamo sugebėjimus ir bandė juo gydyti galvos skausmus bei kitas ligas. Senovės Romos gydytojai panašiems tikslams naudojo elektrinę rampą. Senovės graikai išsamiai tyrinėjo keistus erškėčio sugebėjimus ir žinojo, kad padaras gali apsvaiginti žmogų be tiesioginio kontakto per trišakį ir žvejybos tinklus.
Kiek anksčiau buvo išsiaiškinta, kad gintaru patrinus ant vilnos gabalo, jis pradės traukti vilną ir smulkius daiktus. Vėliau buvo aptikta ir kita panašių savybių medžiaga – turmalinas.
Maždaug 500 m.pr.Kr. Indijos ir arabų mokslininkai žinojo apie medžiagas, galinčias pritraukti geležį, ir aktyviai naudojo šį gebėjimą įvairiose srityse. Maždaug 100 m.pr.Kr. Kinijos mokslininkai išrado magnetinį kompasą.
1600 m. Williamas Gilbertas, Elžbietos I ir Jokūbo I teismo gydytojas, atrado, kad visa planeta yra vienas didžiulis kompasas, ir pristatė „elektros“ (iš graikų kalbos „gintaras“) sąvoką. Jo raštuose eksperimentai su gintaro trynimu ant vilnos ir kompaso galimybe nukreipti šiaurę buvo pradėti jungti į vieną teoriją. Žemiau esančiame paveikslėlyje jis rodo magnetą Elžbietai I.
1633 metais inžinierius Otto von Guericke išrado elektrostatinę mašiną, galinčią ne tik pritraukti, bet ir atstumti objektus, o 1745 metais Peteris van Muschenbroekas sukonstravo pirmąjį pasaulyje elektros krūvio kaupimo įrenginį.
1800 m. italas Alessandro Volta išrado pirmąjį srovės šaltinis - elektros baterija, kuri gamina D.C.. Jis taip pat sugebėjo perduoti elektros srovę per atstumą. Todėl šie metai daugelio yra laikomi elektros išradimo metais.
1831 m. Mike'as Faradėjus atranda elektromagnetinės indukcijos reiškinį ir atveria kelią įvairių prietaisų, pagrįstų elektros srove, išradimui.
XIX – XX amžių sandūroje Nikola Tesla veiklos dėka buvo padaryta daugybė atradimų ir laimėjimų. Be kita ko, jis išrado aukšto dažnio generatorių ir transformatorius, elektros variklis, radijo signalų antena.
Mokslas, tiriantis elektros energiją
Elektra yra natūralus reiškinys. Ji iš dalies studijuojama biologijos, chemijos ir fizikos srityse. Išsamiausi elektros krūviai nagrinėjami elektrodinamikos – vienos iš fizikos šakų – rėmuose.
Elektros teorijos ir dėsniai
Yra keletas įstatymų, reglamentuojančių elektros energiją, tačiau jie visiškai apibūdina reiškinį:
- Energijos tvermės dėsnis yra pagrindinis dėsnis, kuriam paklūsta ir elektros reiškiniai;
- Omo dėsnis yra pagrindinis elektros srovės dėsnis;
- Elektromagnetinės indukcijos dėsnis – apie elektromagnetinius ir magnetinius laukus;
- Ampero dėsnis – apie dviejų laidininkų sąveiką su srovėmis;
- Džaulio-Lenco dėsnis – apie elektros šiluminį poveikį;
- Kulono dėsnis – apie elektrostatiką;
- Dešinės ir kairės rankos taisyklės – magnetinio lauko linijų krypčių ir Ampero jėgos, veikiančios laidininką magnetiniame lauke, nustatymas;
- Lenco taisyklė – indukcijos srovės krypties nustatymas;
- Faradėjaus dėsniai susiję su elektrolize.
Pirmieji eksperimentai su elektra
Pirmieji eksperimentai su elektra daugiausia buvo linksmi. Jų esmė buvo lengvuose objektuose, kurie buvo pritraukti ir atstumti veikiami menkai suprantamos jėgos. Kita pramoginė patirtis – elektros perdavimas rankomis susikibusių žmonių grandine. Fiziologinį elektros poveikį aktyviai tyrinėjo Jeanas Nollet, priversdamas elektros krūvį pereiti per 180 žmonių.
Iš ko sudaryta elektros srovė?
Elektros srovė – tai kryptingas arba sutvarkytas įkrautų dalelių (elektronų, jonų) judėjimas. Tokios dalelės vadinamos elektros krūvio nešėjais. Kad būtų rodomas judėjimas, medžiagoje turi būti laisvų įkrautų dalelių. Įkrautų dalelių gebėjimas judėti medžiagoje lemia tos medžiagos laidumą. Pagal laidumą medžiagos skirstomos į laidininkus, puslaidininkius, dielektrikus ir izoliatorius.
Metaluose krūvį judina elektronai. Tuo pačiu metu pati medžiaga niekur neprateka – metalo jonai yra patikimai pritvirtinti konstrukcijos mazguose ir tik šiek tiek svyruoja.
Skysčiuose krūvį neša jonai: teigiamai įkrauti katijonai ir neigiamo krūvio anijonai. Dalelės su priešingu krūviu veržiasi į elektrodus, kur tampa neutralios ir nusėda.
Plazma susidaro dujose, veikiant skirtingo potencialo jėgoms. Krūvį neša abiejų polių laisvieji elektronai ir jonai.
Puslaidininkiuose krūvį perkelia elektronai, judėdami nuo atomo prie atomo ir palikdami nutrūkimus, kurie laikomi teigiamai įkrautais.
Iš kur atsiranda elektros srovė
Elektra, kuri laidais ateina į namus, yra generuojama elektros generatoriumi įvairiose elektrinėse. Ant jų generatorius prijungtas prie nuolat besisukančios turbinos.
Dizaine generatorius yra rotorius - ritė, kuri yra tarp magneto polių. Turbinai sukant šį rotorių magnetiniame lauke, pagal fizikos dėsnius, atsiranda arba indukuojama elektros srovė. Taigi generatoriaus paskirtis – kinetinę sukimosi jėgą paversti elektros energija.
Yra daug būdų, kaip priversti turbiną suktis naudojant įvairius energijos šaltinius. Jie skirstomi į tris tipus:
- Atsinaujinanti – energija, gaunama iš neišsenkančių išteklių: vandens srautų, saulės šviesos, vėjo, geoterminių šaltinių ir biokuro;
- Neatsinaujinantys – energija, gaunama iš išteklių, kurie atsiranda labai lėtai, neproporcingų vartojimo normoms: anglies, naftos, durpių, gamtinių dujų;
- Branduolinė – energija, gaunama branduolinių ląstelių dalijimosi proceso metu.
Dažniausiai elektros energija gaminama dirbant:
- Hidroelektrinės (HE) – pastatytos ant upių ir naudojančios vandens srauto galią;
- Šiluminės elektrinės (TPP) – naudoja šiluminę energiją iš kuro deginimo;
- Branduolinės elektrinės (AE) – naudoja šiluminę energiją, gaunamą branduolinės reakcijos proceso metu.
Paversta energija laidais tiekiama į transformatorines pastotes bei skirstyklas ir tik tada pasiekia galutinį vartotoją.
Dabar aktyviai vystosi vadinamosios alternatyvios energijos rūšys. Tai vėjo turbinos, saulės baterijos, geoterminių šaltinių naudojimas ir bet kokie kiti būdai gauti elektros energijos per neįprastus reiškinius. Alternatyvi energija savo našumu ir atsiperkamumu gerokai nusileidžia tradiciniams šaltiniams, tačiau tam tikrose situacijose padeda sutaupyti ir sumažinti pagrindinių elektros tinklų apkrovą.
Taip pat yra mitas apie egzistavimą BTG - bekuro generatoriai. Internete yra vaizdo įrašų, kuriuose demonstruojami jų darbai ir siūloma jų pardavimas. Tačiau kyla daug ginčų dėl šios informacijos patikimumo.
Elektros energijos rūšys gamtoje
Paprasčiausias natūralios elektros energijos pavyzdys yra žaibas. Vandens dalelės debesyse nuolat susiduria viena su kita, įgydamos teigiamą arba neigiamą krūvį. Lengvesnės, teigiamai įkrautos dalelės atsiduria debesies viršuje, o sunkesnės, neigiamos, juda žemyn. Kai du panašūs debesys yra pakankamai arti, bet skirtinguose aukščiuose, vieno teigiamus krūvius ima tarpusavyje traukti kito neigiamos dalelės. Šiuo metu įvyksta žaibas. Taip pat šis reiškinys vyksta tarp debesų ir paties žemės paviršiaus.
Kitas elektros energijos pasireiškimas gamtoje – ypatingi žuvų, rajų ir ungurių organai. Jų pagalba jie gali sukurti elektros krūvius, kad apsigintų nuo plėšrūnų arba apsvaigintų savo grobį. Jų potencialas svyruoja nuo labai silpnų, žmonėms nepastebimų, iki mirtinų.Kai kurios žuvys aplink save sukuria silpną elektrinį lauką, kuris padeda joms ieškoti grobio ir naršyti purviname vandenyje. Bet koks fizinis objektas jį kažkaip iškreipia, o tai padeda atkurti supančią erdvę ir „matyti“ be akių.
Elektra pasireiškia ir gyvų organizmų nervų sistemos darbe. Nervinis impulsas perduoda informaciją iš vienos ląstelės į kitą, leisdamas reaguoti į išorinius ir vidinius dirgiklius, mąstyti ir valdyti savo judesius.
Panašūs straipsniai:
