Elektra
Elektra - tai elektros krūvio buvimas ir tekėjimas. Naudodami elektrą galime perduoti energiją taip, kad galėtume atlikti paprastus darbus. Geriausiai žinoma jos forma - elektronų srautas laidininkais, pavyzdžiui, variniais laidais.
Žodis "elektra" kartais vartojamas kaip "elektros energija". Tai nėra tas pats: elektra yra elektros energijos perdavimo terpė, kaip jūros vanduo yra bangų energijos perdavimo terpė. Daiktas, kuriuo gali judėti elektra, vadinamas laidininku. Variniai laidai ir kiti metaliniai daiktai yra geri laidininkai, leidžiantys elektrai judėti jais ir perduoti elektros energiją. Plastikas yra blogas laidininkas (dar vadinamas izoliatoriumi), jis neleidžia daug elektros judėti, todėl stabdo elektros energijos perdavimą.
Elektros energija gali būti perduodama natūraliai (kaip žaibas) arba gaminama (kaip generatorius). Ją naudojame mašinoms ir elektros prietaisams maitinti. Kai elektros krūviai nejuda, elektra vadinama statine elektra. Kai krūviai juda, jie yra elektros srovė, kartais vadinama dinamine elektra. Labiausiai žinoma - ir pavojingiausia - elektros srovės rūšis gamtoje yra žaibas, tačiau kartais statinė elektra sukelia daiktų sukibimą.
Elektra gali būti pavojinga, ypač prie vandens, nes vanduo yra geras laidininkas, nes jame yra tokių priemaišų kaip druska. Nuo XIX a. elektra naudojama visose mūsų gyvenimo srityse. Iki tol ji buvo tik įdomybė, matoma perkūnijos žaibuose.
Elektros energiją galima sukurti, jei magnetas priartėja prie metalinės vielos. Tokį metodą naudoja generatorius. Didžiausi generatoriai yra elektrinėse. Elektros energiją taip pat galima išgauti sujungiant chemines medžiagas stiklainyje su dviem skirtingų rūšių metaliniais strypeliais. Toks metodas naudojamas baterijoje. Statinė elektra gali susidaryti trinantis dviem medžiagoms, pavyzdžiui, vilnoniam dangteliui ir plastikinei liniuotei. Taip gali atsirasti kibirkštis. Elektros energija taip pat gali būti kuriama naudojant saulės energiją, pavyzdžiui, fotovoltiniuose elementuose.
Elektros energija į namus atkeliauja laidais iš vietų, kuriose ji gaminama. Ją naudoja elektros lempos, elektriniai šildytuvai ir kt. Elektros energiją naudoja daugelis prietaisų, pavyzdžiui, skalbimo mašinos ir elektrinės viryklės. Gamyklose elektros energija maitina mašinas. Žmonės, dirbantys su elektra ir elektros prietaisais mūsų namuose ir gamyklose, vadinami elektrikais.
Kaip tai veikia
Yra dviejų tipų elektros krūviai, kurie vienas kitą stumia ir traukia: teigiami ir neigiami krūviai. Elektros krūviai stumia arba traukia vienas kitą, jei jie nesiliečia. Tai įmanoma, nes kiekvienas krūvis aplink save sukuria elektrinį lauką. Elektrinis laukas - tai sritis, supanti krūvį. Kiekviename taške šalia krūvio elektrinis laukas nukreiptas tam tikra kryptimi. Jei tame taške bus padėtas teigiamas krūvis, jis bus stumiamas ta kryptimi. Jei į tą tašką bus įdėtas neigiamas krūvis, jis bus stumiamas visiškai priešinga kryptimi.
Jis veikia kaip magnetai, o iš tikrųjų elektra sukuria magnetinį lauką, kuriame panašūs krūviai vienas kitą atstumia, o priešingi - traukia. Tai reiškia, kad jei du neigiamus krūvius padėtumėte arti vienas kito ir paleistumėte, jie nutoltų vienas nuo kito. Tas pats pasakytina ir apie du teigiamus krūvius. Tačiau jei teigiamą ir neigiamą krūvį padėtumėte arti vienas kito, jie trauktų vienas kitą. Trumpas būdas tai įsiminti yra frazė priešingybės traukia mėgsta atstumti.
Visa visatoje esanti materija sudaryta iš mažyčių dalelių, turinčių teigiamą, neigiamą arba neutralų krūvį. Teigiami krūviai vadinami protonais, o neigiami - elektronais. Protonai yra daug sunkesni už elektronus, tačiau jie abu turi vienodą elektros krūvį, tik protonai yra teigiami, o elektronai - neigiami. Kadangi "priešingybės traukia", protonai ir elektronai laikosi kartu. Keli protonai ir elektronai gali sudaryti didesnes daleles, vadinamas atomais ir molekulėmis. Atomai ir molekulės vis dar yra labai maži. Jos per mažos, kad jas būtų galima pamatyti. Bet koks didelis objektas, pavyzdžiui, jūsų pirštas, turi daugiau atomų ir molekulių, nei kas nors gali suskaičiuoti. Galime tik apytiksliai apskaičiuoti, kiek jų yra.
Kadangi neigiami elektronai ir teigiami protonai sukimba tarpusavyje ir sudaro didelius objektus, visi dideli objektai, kuriuos matome ir jaučiame, yra elektriškai neutralūs. Elektriškai - tai žodis, reiškiantis "apibūdinantis elektrą", o neutralus - tai žodis, reiškiantis "subalansuotas". Štai kodėl nejaučiame, kaip iš tolo mus stumia ir traukia objektai, kaip būtų, jei viskas būtų elektriškai įkrauta. Visi dideli objektai yra elektriškai neutralūs, nes pasaulyje yra vienodas teigiamo ir neigiamo krūvio kiekis. Galima sakyti, kad pasaulis yra tiksliai subalansuotas, arba neutralus. Mokslininkai iki šiol nežino, kodėl taip yra.
Elektros srovė
Elektronai gali judėti po visą medžiagą. Protonai niekada nejuda aplink kietą objektą, nes yra labai sunkūs, bent jau palyginti su elektronais. Medžiaga, kuri leidžia elektronams judėti, vadinama laidininku. Medžiaga, kuri kiekvieną elektroną tvirtai laiko savo vietoje, vadinama izoliatoriumi. Laidininkų pavyzdžiai yra varis, aliuminis, sidabras ir auksas. Izoliatorių pavyzdžiai yra guma, plastikas ir medis. Varis labai dažnai naudojamas kaip laidininkas, nes jis yra labai geras laidininkas ir jo pasaulyje yra labai daug. Vario yra elektros laiduose. Tačiau kartais naudojamos ir kitos medžiagos.
Laidininko viduje elektronai šokinėja, bet ilgai viena kryptimi nesklinda. Jei laidininko viduje sukuriamas elektrinis laukas, visi elektronai pradeda judėti kryptimi, priešinga lauko krypčiai (nes elektronai turi neigiamą krūvį). Baterija gali sukurti elektrinį lauką laidininko viduje. Jei abu laidininko galai prijungiami prie dviejų baterijos galų (vadinamų elektrodais), susidariusi kilpa vadinama elektros grandine. Elektronai tekės aplink šią grandinę tol, kol baterija laidininko viduje sukurs elektrinį lauką. Šis elektronų srautas aplink grandinę vadinamas elektros srove.
Laidus laidininkas, naudojamas elektros srovei tekėti, dažnai apvyniojamas izoliatoriumi, pavyzdžiui, guma. Taip yra todėl, kad laidai, kuriais teka elektros srovė, yra labai pavojingi. Jei žmogus ar gyvūnas paliestų pliką laidą, kuriuo teka elektros srovė, jis gali susižeisti ar net mirti, priklausomai nuo to, kokio stiprumo srovė ir kiek elektros energijos perduoda. Turėtumėte būti atsargūs prie elektros lizdų ir plikų laidų, kuriais gali tekėti elektros srovė.
Elektros prietaisą galima prijungti prie grandinės taip, kad prietaisu tekėtų elektros srovė. Ši srovė perduos elektros energiją, kad prietaisas atliktų tai, ko norime. Elektros prietaisai gali būti labai paprasti. Pavyzdžiui, elektros lemputėje srovė perduoda energiją per specialų laidą, vadinamą kaitinamąja gija, todėl ji šviečia. Elektros prietaisai gali būti ir labai sudėtingi. Elektros energija gali būti naudojama elektriniam varikliui, esančiam įrankyje, pavyzdžiui, gręžtuve ar pieštuko galąstuve, varyti. Elektros energija taip pat naudojama šiuolaikiniams elektroniniams prietaisams, įskaitant telefonus, kompiuterius ir televizorius, maitinti.
Kai kurie su elektra susiję terminai
Štai keletas terminų, su kuriais galima susidurti mokantis, kaip veikia elektra. Tyrimas apie elektrą ir tai, kaip ji leidžia sukurti elektros grandines, vadinamas elektronika. Yra inžinerijos sritis, vadinama elektrotechnika, kurioje žmonės, naudodami elektrą, kuria naujus dalykus. Visus šiuos terminus jiems svarbu žinoti.
- Srovė - tai tekančio elektros krūvio kiekis. Kai per 1 sekundę kažkur praeina 1 kulonas elektros krūvio, srovė yra 1 amperas. Norėdami išmatuoti srovę viename taške, naudojame ampermetrą.
- Įtampa, dar vadinama "potencialų skirtumu", yra srovės "postūmis". Tai yra darbo kiekis, kurį elektros šaltinis gali atlikti su vienu elektros krūviu. Kai 1 kulonas elektros energijos turi 1 džaulio energiją, jis turės 1 voltą elektrinio potencialo. Norėdami išmatuoti įtampą tarp dviejų taškų, naudojame voltmetrą.
- Varža - tai medžiagos gebėjimas "sulėtinti" srovės tekėjimą, t. y. sumažinti krūvio tekėjimo per medžiagą greitį. Jei 1 volto elektros įtampa laidu palaiko 1 ampero srovę, laido varža yra 1 omas - tai vadinama Omo dėsniu. Kai srovės tekėjimui priešinamasi, energija "išeikvojama", t. y. ji paverčiama kitomis formomis (pavyzdžiui, šviesa, šiluma, garsu ar judėjimu)
- Elektros energija - tai galimybė atlikti darbą naudojant elektros prietaisus. Elektros energija yra "konservatyvi" savybė, t. y. ji elgiasi kaip medžiaga ir gali būti perkeliama iš vienos vietos į kitą (pvz., perdavimo terpėje arba akumuliatoriuje). Elektros energija matuojama džauliais arba kilovatvalandėmis (kWh).
- Elektros galia - tai elektros energijos naudojimo, kaupimo ar perdavimo greitis. Elektros energijos srautas elektros linijomis matuojamas vatais. Jei elektros energija paverčiama į kitą energijos rūšį, ji matuojama vatais. Jei dalis jos konvertuojama, o dalis kaupiama, ji matuojama voltamperais, o jei kaupiama (kaip elektriniame ar magnetiniame lauke), matuojama reaktyviniais voltamperais.
Elektros grandinės brėžinys: srovė (I) teka iš + aplink grandinę atgal į -
Elektra siunčiama laidais.
Elektros energijos gamyba
Elektros energija dažniausiai gaminama elektrinėse. Daugumoje elektrinių šiluma naudojama vandeniui virinti į garus, kurie suka garo variklį. Garo variklio turbina suka generatorių. Generatoriuje esantys suvynioti laidai sukasi magnetiniame lauke. Dėl to laidais teka elektra, pernešdama elektros energiją. Šis procesas vadinamas elektromagnetine indukcija. Maiklas Faradėjus atrado, kaip tai padaryti.
Yra daug šilumos šaltinių, kurie gali būti naudojami elektros energijai gaminti. Šilumos šaltinius galima suskirstyti į du tipus: atsinaujinančius energijos išteklius, kurių šilumos energijos atsargos niekada nesibaigia, ir neatsinaujinančius energijos išteklius, kurių atsargos ilgainiui sunaudojamos.
Kartais natūralus srautas, pavyzdžiui, vėjo ar vandens energija, gali būti tiesiogiai naudojamas generatoriui sukti, todėl nereikia šilumos.
Elektros energija gaminama elektrinėse.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra elektra?
A: Elektra - tai elektros srovės buvimas ir tekėjimas. Ji naudojama energijai perduoti taip, kad galėtume atlikti paprastus darbus.
K: Kas yra laidininkai?
A: Laidininkai - tai daiktai, kuriais gali tekėti elektra, pavyzdžiui, variniai laidai ir kiti metaliniai daiktai. Jais gali judėti elektra ir perduoti elektros energiją.
K: Kaip galima pagaminti elektros energiją?
A.: Elektros energija gali atsirasti natūraliai (pvz., dėl žaibo) arba dėl žmonių kaltės (pvz., generatoriuje).
K: Kas yra statinė elektra?
A: Statinė elektra atsiranda tada, kai elektros krūviai nejuda; dėl jos gamtoje daiktai gali sulipti.
K: Kaip veikia generatorius?
A.: Generatorius veikia naudodamas magnetą, kuris priartėja prie metalinio laido ir sukuria elektros srovę.
K: Kaip veikia baterija?
Atsakymas: Baterija veikia derinant chemines medžiagas stiklainyje su dviem skirtingų rūšių metaliniais strypeliais, taip išskiriant elektros energiją.
K: Kas yra elektrikai?
A: Elektrikai - tai žmonės, dirbantys su elektra ir elektros prietaisais namuose ir gamyklose.
