Ο σύγχρονος κόσμος είναι αδύνατος χωρίς ηλεκτρική ενέργεια. Σήμερα κανείς δεν σκέφτεται καν την τεχνολογία παραγωγής του και στην αρχαιότητα δεν ήξερε καν μια τέτοια λέξη. Αλλά υπήρχαν και τότε περίεργα μυαλά. Το 700 π.Χ., ο παρατηρητικός Έλληνας φιλόσοφος Θαλής παρατήρησε ότι το κεχριμπάρι άρχισε να έλκει ελαφριά αντικείμενα όταν συνέβη τριβή με το μαλλί. Σε αυτό το σημείο, η γνώση σταμάτησε.

Περαιτέρω ανάπτυξη της γνώσης

Μόνο μετά από πολλούς αιώνες αυτός ο κλάδος της γνώσης έλαβε περαιτέρω ανάπτυξη. Ο Άγγλος φυσικός και γιατρός μερικής απασχόλησης στη βασιλική αυλή, Γουίλιαμ Γκίλμπερτ, που αποφοίτησε από τα καλύτερα πανεπιστήμια της Οξφόρδης και του Κέιμπριτζ, έγινε ο ιδρυτής της επιστήμης του ηλεκτρισμού. Αυτός εφηύρε το πρώτο πρωτότυπο του ηλεκτροσκοπίουονομάζεται versor και με τη βοήθειά του ανακάλυψα ότι όχι μόνο το κεχριμπάρι, αλλά και άλλες πέτρες έχουν τις ιδιότητες να προσελκύουν μικρά αντικείμενα (καλαμάκια). Μεταξύ των "ηλεκτρικών" ορυκτών:

• διαμάντι;
• αμέθυστος;
• ποτήρι;
• οπάλιο;
• ανθρακορούνδιο;
• πλάκες?
• ζαφείρι;
• κεχριμπάρι.

Χρησιμοποιώντας τη συσκευή, ο επιστήμονας μπόρεσε να κάνει αρκετές ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις. Μεταξύ αυτών: η σοβαρή επίδραση της φλόγας στις ηλεκτρικές ιδιότητες των σωμάτων που αποκτήθηκαν μέσω της τριβής. Ο Gilbert πρότεινε επίσης ότι οι βροντές και οι κεραυνοί είναι φαινόμενα ηλεκτρικής φύσης.

Η ίδια η έννοια της «ηλεκτρικής ενέργειας» ακούστηκε για πρώτη φορά τον 16ο αιώνα. Το 1663, ο βουργός του Μαγδεμβούργου ονόματι Otto von Guericke δημιούργησε μια ειδική μηχανή έρευνας. Με τη βοήθειά του, μπορούσε κανείς να παρατηρήσει την επίδραση της έλξης και της απώθησης.

Πρώτα πειράματα με τον ηλεκτρισμό

Το 1729, το πρώτο πείραμα μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας σε μικρή απόσταση πραγματοποιήθηκε στην Αγγλία από τον επιστήμονα Stephen Gray. Αλλά στη διαδικασία διαπιστώθηκε ότι δεν μπορούν όλα τα σώματα να μεταδώσουν ηλεκτρική ενέργεια. 4 χρόνια μετά την πρώτη σοβαρή έρευνα, ο Γάλλος επιστήμονας Charles Dufay το ανακάλυψε Υπάρχουν δύο τύποι ηλεκτρικού φορτίου: γυαλί και ρητίνη ανάλογα με το υλικό που χρησιμοποιείται για την τριβή.

Στα μέσα του 17ου αιώνα στην Ολλανδία, ο Pieter van Musschenbroek δημιουργεί έναν πυκνωτή που ονομάζεται «βάζο Leyden». Λίγο καιρό αργότερα εμφανίστηκε η θεωρία του Benjamin Franklin και πραγματοποιήθηκαν οι πρώτες μελέτες που επιβεβαίωσαν πειραματικά τη θεωρία. Η έρευνα που πραγματοποιήθηκε έγινε η βάση για τη δημιουργία ενός αλεξικέραυνου.

Μετά από αυτό, ανακαλύφθηκε μια νέα επιστήμη, η οποία μελετάται. Και το 1791, εκδόθηκε από τον Galvani "A Traatise on the Force of Electricity in the Movement of Muscles". Το 1800, ο Ιταλός εφευρέτης Βόλτα έγινε αυτός που δημιούργησε μια νέα τρέχουσα πηγήπου ονομάζεται Γαλβανικό κύτταρο. Αυτή η συσκευή είναι ένα αντικείμενο με τη μορφή στήλης από ψευδάργυρο και ασημένια δαχτυλίδιαχωρίζονται με κομμάτια χαρτιού εμποτισμένα σε αλατόνερο. Μερικά χρόνια αργότερα, ο Ρώσος εφευρέτης Βασίλι Πετρόφ ανακαλύπτει το "Volta Arc".

Γύρω στην ίδια δεκαετία, ο φυσικός Jean Antoine Nollet εφηύρε το πρώτο ηλεκτροσκόπιο, το οποίο κατέγραψε την ταχύτερη «αποστράγγιση» του ηλεκτρισμού από σώματα με έντονα σχήματα και διαμόρφωσε μια θεωρία για την επίδραση του ρεύματος στους ζωντανούς οργανισμούς. Αυτό το αποτέλεσμα έγινε η βάση για την εφεύρεση του ιατρικού ηλεκτροκαρδιογράφου. Το 1809 ξεκίνησε μια νέα εποχή στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας, όταν ο Άγγλος Delarue εφηύρε τη λάμπα πυρακτώσεως. Ήδη σε 100 χρόνια εμφανίστηκαν σύγχρονοι λαμπτήρες με σπείρα βολφραμίουκαι πλήρωση με αδρανές αέριο. Ο προγραμματιστής τους ήταν ο Irving Langmuir.

Πολύπλοκη έρευνα και μεγάλες ανακαλύψεις

ΣΕ αρχές XVIIIαιώνα, ο Michael Faraday έγραψε μια πραγματεία για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση ανακαλύφθηκε κατά τη διάρκεια πειραμάτων από τον Δανό επιστήμονα Oersted το 1820, και ένα χρόνο αργότερα ο φυσικός Ampere συνέδεσε τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό στη θεωρία του. Αυτές οι μελέτες έγιναν η βάση για την εμφάνιση σύγχρονη επιστήμη- ηλεκτρολόγων μηχανικών.

Το 1826, ο Georg Simon Ohm, με βάση τα πειράματά του, μπόρεσε να διατυπώσει τον βασικό νόμο του ηλεκτρικού κυκλώματος και εισήγαγε νέους όρους ηλεκτρολογικής μηχανικής:

• "αγώγιμο";
• "ηλεκτροκινητική δύναμη"?
• "πτώση τάσης στο κύκλωμα."

Ο οπαδός του Oersted ήταν ο Andre-Marie Ampère, ο οποίος διατύπωσε έναν κανόνα για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του ρεύματος σε μια μαγνητική βελόνα. Αυτό το μοτίβο έχει λάβει πολλά ονόματα, ένα από τα οποία είναι ο «κανόνας δεξί χέρι" Ακριβώς εφηύρε τον ενισχυτή ηλεκτρομαγνητικού πεδίου- Πηνία πολλαπλών στροφών που αποτελούνται από σύρμα χαλκού με εγκατεστημένους μαλακούς πυρήνες σιδήρου. Με βάση αυτή την εξέλιξη, ο ηλεκτρομαγνητικός τηλέγραφος εφευρέθηκε το 1829.

Ένας νέος κύκλος έρευνας

Όταν ο διάσημος Άγγλος επιστήμονας στον τομέα της φυσικής Michael Faraday εξοικειώθηκε με το έργο του H. Oersted, διεξήγαγε έρευνα στο πεδίο της σχέσης μεταξύ ηλεκτρομαγνητικών και ηλεκτρικών φαινομένων και ανακάλυψε ότι ένας μαγνήτης περιστρέφεται γύρω από έναν αγωγό ρεύματος και, αντιστρόφως, ένας αγωγός περιστρέφεται γύρω από έναν μαγνήτη.

Μετά από αυτά τα πειράματα, ο επιστήμονας προσπάθησε για άλλα 10 χρόνια να μετατρέψει τον μαγνητισμό σε ηλεκτρικό ρεύμα, και ως αποτέλεσμα ανακάλυψε την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή και τα θεμέλια της θεωρίας ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, και βοήθησε επίσης να σχηματιστεί η βάση για την εμφάνιση ενός νέου κλάδου της επιστήμης - της ραδιομηχανικής. Στη δεκαετία του 20 του περασμένου αιώνα, όταν ξεκίνησε η μεγάλης κλίμακας ηλεκτροκίνηση στην επικράτεια της ΕΣΣΔ, εμφανίστηκε ο όρος "ο λαμπτήρας του Ilyich".

Δεδομένου ότι πολλές εξελίξεις πραγματοποιήθηκαν παράλληλα σε διαφορετικές χώρες, οι ιστορικοί διαφωνούν σχετικά με το ποιος ανακάλυψε πρώτος τον ηλεκτρισμό. Πολλοί επιστήμονες και εφευρέτες συνέβαλαν με τη δύναμη και τις γνώσεις τους στην ανάπτυξη της επιστήμης του ηλεκτρισμού: Ampere και Lenz, Joule και Ohm. Χάρη σε τέτοιες προσπάθειες, οι σύγχρονοι άνθρωποι δεν έχουν προβλήματα να οργανώσουν την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στα σπίτια τους και σε άλλους χώρους.

Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια;

Ο ηλεκτρισμός είναι ένα σύνολο φυσικών φαινομένων που σχετίζονται με την παρουσία ηλεκτρικού φορτίου. Αν και ο ηλεκτρισμός αρχικά θεωρήθηκε ως ένα φαινόμενο ξεχωριστό από τον μαγνητισμό, με την ανάπτυξη των εξισώσεων του Maxwell, και οι δύο αναγνωρίστηκαν ως μέρος ενός μόνο φαινομένου: του ηλεκτρομαγνητισμού. Διάφορα κοινά φαινόμενα συνδέονται με τον ηλεκτρισμό όπως κεραυνοί, στατικός ηλεκτρισμός, ηλεκτρική θέρμανση, ηλεκτρικές εκκενώσεις και πολλά άλλα. Επιπλέον, η ηλεκτρική ενέργεια αποτελεί τη βάση πολλών σύγχρονων τεχνολογιών.

Η παρουσία ενός ηλεκτρικού φορτίου, το οποίο μπορεί να είναι είτε θετικό είτε αρνητικό, δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Από την άλλη η κίνηση ηλεκτρικά φορτία, που ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο.

Όταν ένα φορτίο τοποθετείται σε σημείο με μη μηδενικό ηλεκτρικό πεδίο, ασκείται σε αυτό μια δύναμη. Το μέγεθος αυτής της δύναμης καθορίζεται από το νόμο του Coulomb. Έτσι, αν αυτό το φορτίο μετακινούνταν, το ηλεκτρικό πεδίο θα έκανε το έργο της μετακίνησης (φρεναρίσματος) του ηλεκτρικού φορτίου. Έτσι, μπορούμε να μιλήσουμε για το ηλεκτρικό δυναμικό σε ένα συγκεκριμένο σημείο του χώρου, ίσο με το έργο που εκτελεί ένας εξωτερικός παράγοντας στη μεταφορά μιας μονάδας θετικού φορτίου από ένα αυθαίρετα επιλεγμένο σημείο αναφοράς σε αυτό το σημείο χωρίς καμία επιτάχυνση και, κατά κανόνα, μετρημένο σε βολτ.

Στην ηλεκτρική μηχανική, η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για:

• παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε μέρη όπου χρησιμοποιείται ηλεκτρικό ρεύμα για την τροφοδοσία εξοπλισμού·
• στα ηλεκτρονικά που ασχολούνται με ηλεκτρικά κυκλώματα, που περιλαμβάνουν ενεργό ηλεκτρικά εξαρτήματα, όπως σωλήνες κενού, τρανζίστορ, δίοδοι και ολοκληρωμένα κυκλώματα και σχετικά παθητικά στοιχεία.

Τα ηλεκτρικά φαινόμενα έχουν μελετηθεί από την αρχαιότητα, αν και η πρόοδος στη θεωρητική κατανόηση ξεκίνησε τον 17ο και 18ο αιώνα. Ακόμα και τότε πρακτική χρήσηΟ ηλεκτρισμός ήταν σπάνιος και οι μηχανικοί μπόρεσαν να τον χρησιμοποιήσουν για βιομηχανικούς και οικιστικούς σκοπούς μόνο στα τέλη του 19ου αιώνα. Ταχεία εξάπλωση ηλεκτρικές τεχνολογίεςαυτή τη φορά μεταμόρφωσε τη βιομηχανία και την κοινωνία. Η ευελιξία της ηλεκτρικής ενέργειας έγκειται στο ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια σχεδόν απεριόριστη ποικιλία βιομηχανιών, όπως οι μεταφορές, η θέρμανση, ο φωτισμός, οι επικοινωνίες και η πληροφορική. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι πλέον η βάση της σύγχρονης βιομηχανικής κοινωνίας.

Ιστορία του ηλεκτρισμού

Πολύ πριν υπάρξει γνώση του ηλεκτρισμού, οι άνθρωποι γνώριζαν ήδη για ηλεκτροσόκ ψαριών. Αρχαία αιγυπτιακά κείμενα που χρονολογούνται από το 2750 π.Χ. π.Χ., αποκαλούσαν αυτά τα ψάρια «Κεραυνοί του Νείλου» και τα περιέγραψαν ως «προστάτες» όλων των άλλων ψαριών. Τα στοιχεία για ηλεκτρικά ψάρια επανεμφανίζονται χιλιάδες χρόνια αργότερα από αρχαίους Έλληνες, Ρωμαίους και Άραβες φυσιοδίφες και γιατρούς. Αρκετοί αρχαίοι συγγραφείς, όπως ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος και ο Scribonius Largus, βεβαιώνουν ότι το μούδιασμα ως αποτέλεσμα ηλεκτροπληξίας που προκαλείται από γατόψαρο και ηλεκτρικές ακτίνες, και γνώριζαν επίσης ότι τέτοιου είδους κραδασμοί θα μπορούσαν να μεταδοθούν μέσω αγώγιμων αντικειμένων. Σε ασθενείς που έπασχαν από ασθένειες όπως ουρική αρθρίτιδα ή πονοκεφάλους συνταγογραφήθηκε να αγγίζουν τέτοια ψάρια με την ελπίδα ότι ένα ισχυρό ηλεκτροσόκ θα μπορούσε να τα θεραπεύσει. Είναι πιθανό ότι η αρχαιότερη και πλησιέστερη προσέγγιση για την ανακάλυψη της ταυτότητας του κεραυνού και του ηλεκτρισμού από οποιαδήποτε άλλη πηγή έγινε από τους Άραβες, οι οποίοι μέχρι τον 15ο αιώνα είχαν στη γλώσσα τους τη λέξη για τον κεραυνό (raad) που ίσχυε για τις ηλεκτρικές ακτίνες.

Οι αρχαίοι μεσογειακοί πολιτισμοί γνώριζαν ότι εάν ορισμένα αντικείμενα, όπως ραβδιά κεχριμπαριού, τρίβονταν με γούνα γάτας, θα προσέλκυαν ελαφριά αντικείμενα όπως φτερά. Ο Θαλής της Μιλήτου έκανε μια σειρά από παρατηρήσεις στατικού ηλεκτρισμού γύρω στο 600 π.Χ., από τις οποίες συμπέρανε ότι η τριβή ήταν απαραίτητη για να γίνει το κεχριμπάρι ικανό να έλκει αντικείμενα, σε αντίθεση με ορυκτά όπως ο μαγνητίτης, που δεν απαιτούσαν τριβή. Ο Θαλής έκανε λάθος όταν πίστευε ότι η έλξη του κεχριμπαριού οφειλόταν σε μαγνητικό φαινόμενο, αλλά αργότερα η επιστήμη απέδειξε τη σύνδεση μεταξύ μαγνητισμού και ηλεκτρισμού. Σύμφωνα με μια αμφιλεγόμενη θεωρία που βασίζεται στην ανακάλυψη της μπαταρίας της Βαγδάτης το 1936, η οποία μοιάζει με βολταϊκό στοιχείο, αν και δεν είναι σαφές εάν το τεχνούργημα ήταν ηλεκτρικής φύσης, οι Πάρθοι μπορεί να γνώριζαν για την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση.

Ο ηλεκτρισμός συνέχισε να παράγει κάτι περισσότερο από πνευματική περιέργεια για χιλιάδες χρόνια μέχρι το 1600, όταν ο Άγγλος επιστήμονας William Gilbert διεξήγαγε μια ενδελεχή μελέτη του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού και διέκρινε το φαινόμενο «μαγνητίτη» από τον στατικό ηλεκτρισμό που παράγεται από το τρίψιμο του κεχριμπαριού. Επινόησε μια νέα λατινική λέξη electricus («κεχριμπαρένιο» ή «όπως κεχριμπάρι», από το ἤλεκτρον, Elektron, από τα ελληνικά: «κεχριμπαρένιο») για να δηλώσει την ιδιότητα των αντικειμένων να προσελκύουν μικρά αντικείμενα μετά το τρίψιμο. Αυτός ο γλωσσικός συνειρμός προκάλεσε αγγλικές λέξεις«electric» και «electricity», που πρωτοεμφανίστηκαν σε έντυπη μορφή στο Pseudodoxia Epidemica του Thomas Browne το 1646.

Περαιτέρω εργασία πραγματοποιήθηκε από τους Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray και Charles Francois Dufay. Τον 18ο αιώνα, ο Benjamin Franklin διεξήγαγε εκτεταμένη έρευνα στον ηλεκτρισμό, πουλώντας τις εκμεταλλεύσεις του για να χρηματοδοτήσει το έργο του. Τον Ιούνιο του 1752, προσάρτησε ένα μεταλλικό κλειδί στο κάτω μέρος της χορδής ενός χαρταετού και πέταξε τον χαρταετό σε έναν θυελλώδη ουρανό. Μια σειρά από σπινθήρες που πηδούσαν από το κλειδί στο πίσω μέρος του χεριού έδειξε ότι ο κεραυνός ήταν πράγματι ηλεκτρικής φύσης. Εξήγησε επίσης τη φαινομενικά παράδοξη συμπεριφορά του βάζου Leyden ως συσκευής αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικού φορτίου από άποψη ηλεκτρισμού, που αποτελείται από θετικά και αρνητικά φορτία.

Το 1791, ο Luigi Galvani ανακοίνωσε την ανακάλυψη του βιοηλεκτρομαγνητισμού, δείχνοντας ότι ο ηλεκτρισμός είναι το μέσο με το οποίο οι νευρώνες μεταδίδουν σήματα στους μύες. Μπαταρία συσσωρευτήΟ Alessandro Volta ή στύλος επιμετάλλωσης του 1800 κατασκευάστηκε από εναλλασσόμενα στρώματα ψευδαργύρου και χαλκού. Για τους επιστήμονες, ήταν μια πιο αξιόπιστη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας από τις ηλεκτροστατικές μηχανές που χρησιμοποιούνταν προηγουμένως. Η κατανόηση του ηλεκτρομαγνητισμού ως ενότητας ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων συνέβη χάρη στους Oersted και Andre-Marie Ampère το 1819-1820. Ο Michael Faraday εφηύρε τον ηλεκτροκινητήρα το 1821 και ο Georg Ohm ανέλυσε μαθηματικά το ηλεκτρικό κύκλωμα το 1827. Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός (και το φως) συνδέθηκαν τελικά από τον James Maxwell, ιδιαίτερα στο έργο του On Physical Lines of Force το 1861 και το 1862.

Ενώ ο κόσμος γνώρισε ταχεία πρόοδο στην επιστήμη της ηλεκτρικής ενέργειας στις αρχές του 19ου αιώνα, οι μεγαλύτερες πρόοδοι σημειώθηκαν στον τομέα της ηλεκτροτεχνικής στα τέλη του 19ου αιώνα. Με τη βοήθεια ανθρώπων όπως οι Alexander Graham Bell, Otto Titus Blaty, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Anjos Istvan Jedlik, William Thomson, 1st Baron Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Wilson Swan, Reginald Fessenden, Ο Νίκολα Τέσλα και ο Τζορτζ Γουέστινγκχαουζ, ο ηλεκτρισμός εξελίχθηκε από επιστημονική περιέργεια σε απαραίτητο εργαλείο για τη σύγχρονη ζωή, και έγινε η κινητήρια δύναμη πίσω από τη δεύτερη βιομηχανική επανάσταση.

Το 1887, ο Heinrich Hertz ανακάλυψε ότι τα ηλεκτρόδια που φωτίζονται με υπεριώδες φως δημιουργούν ηλεκτρικούς σπινθήρες πιο εύκολα από αυτά που δεν φωτίζονται. Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε μια εργασία που εξηγούσε πειραματικά στοιχεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου ως αποτέλεσμα της μεταφοράς φωτεινής ενέργειας από διακριτά κβαντισμένα πακέτα που διεγείρουν τα ηλεκτρόνια. Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε στην κβαντική επανάσταση. Ο Αϊνστάιν τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 1921 για την «ανακάλυψη του νόμου του φωτοηλεκτρικού φαινομένου». Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο χρησιμοποιείται επίσης σε φωτοβολταϊκά στοιχεία, όπως αυτά που βρίσκονται σε ηλιακούς συλλέκτες, και αυτό χρησιμοποιείται συχνά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για εμπορικούς σκοπούς.

Η πρώτη συσκευή ημιαγωγών ήταν ο ανιχνευτής μουστάκι της γάτας, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε ραδιόφωνα το 1900. Ένα σύρμα που μοιάζει με μουστάκι έρχεται σε ελαφριά επαφή με έναν στερεό κρύσταλλο (για παράδειγμα, έναν κρύσταλλο γερμανίου) προκειμένου να ανιχνεύσει ένα ραδιοσήμα μέσω ενός εφέ μετάβασης επαφής. Σε ένα συγκρότημα ημιαγωγών, παρέχεται ρεύμα σε στοιχεία ημιαγωγών και συνδέσεις που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για τη μεταγωγή και την ενίσχυση του ρεύματος. Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να αναπαρασταθεί με δύο μορφές: ως αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, και επίσης ως θετικά φορτισμένα κενά ηλεκτρονίων (μη συμπληρωμένοι χώροι ηλεκτρονίων σε ένα άτομο ημιαγωγού), που ονομάζονται οπές. Αυτά τα φορτία και οι τρύπες γίνονται κατανοητά από την προοπτική της κβαντικής φυσικής. Το δομικό υλικό είναι τις περισσότερες φορές ένας κρυσταλλικός ημιαγωγός.

Η ανάπτυξη συσκευών ημιαγωγών ξεκίνησε με την εφεύρεση του τρανζίστορ το 1947. Οι κοινές συσκευές ημιαγωγών είναι τα τρανζίστορ, τα τσιπ μικροεπεξεργαστών και μνήμη τυχαίας προσπέλασης. Ένας εξειδικευμένος τύπος μνήμης που ονομάζεται μνήμη flash χρησιμοποιείται σε μονάδες flash USB και πιο πρόσφατα οι μονάδες στερεάς κατάστασης έχουν αρχίσει να αντικαθιστούν μηχανικά περιστρεφόμενες μαγνητικές μονάδες σκληρού δίσκου. Οι συσκευές ημιαγωγών έγιναν κοινές τις δεκαετίες του 1950 και του 1960, κατά τη μετάβαση από τους σωλήνες κενού στις διόδους ημιαγωγών, τα τρανζίστορ, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC) και τις διόδους εκπομπής φωτός (LED).

Βασικές έννοιες του ηλεκτρισμού

Ηλεκτρικό φορτίο

Η παρουσία ενός φορτίου προκαλεί ηλεκτροστατική δύναμη: τα φορτία ασκούν δύναμη το ένα στο άλλο, αυτό το φαινόμενο ήταν γνωστό στην αρχαιότητα, αν και τότε δεν ήταν κατανοητό. Μια ελαφριά σφαίρα κρεμασμένη σε ένα κορδόνι μπορεί να φορτιστεί αγγίζοντας την με μια γυάλινη ράβδο, η οποία είχε προηγουμένως φορτιστεί με τρίψιμο στο ύφασμα. Μια παρόμοια μπάλα που φορτίζεται από την ίδια γυάλινη ράβδο θα απωθηθεί από την πρώτη: η γόμωση κάνει τις δύο μπάλες να διαχωριστούν η μία από την άλλη. Οι δύο μπάλες, που φορτίζονται από την τριμμένη κεχριμπαρένια ράβδο, απωθούν επίσης η μία την άλλη. Ωστόσο, εάν η μία μπάλα φορτίζεται από μια γυάλινη ράβδο και η άλλη από μια κεχριμπαρένια ράβδο, τότε και οι δύο μπάλες αρχίζουν να έλκονται η μία την άλλη. Αυτά τα φαινόμενα διερευνήθηκαν στα τέλη του δέκατου όγδοου αιώνα από τον Charles Augustin de Coulomb, ο οποίος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το φορτίο εμφανίζεται σε δύο αντίθετες μορφές. Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε στο γνωστό αξίωμα: τα παρόμοια φορτισμένα αντικείμενα απωθούνται και τα αντίθετα φορτισμένα αντικείμενα έλκονται.

Η δύναμη δρα στα ίδια τα φορτισμένα σωματίδια, επομένως το φορτίο τείνει να εξαπλωθεί όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφα στην αγώγιμη επιφάνεια. Το μέγεθος μιας ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, είτε ελκυστικής είτε απωστικής, καθορίζεται από το νόμο του Coulomb, ο οποίος δηλώνει ότι η ηλεκτροστατική δύναμη είναι ανάλογη με το γινόμενο των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση είναι πολύ ισχυρή, είναι δεύτερη σε δύναμη μόνο μετά την ισχυρή αλληλεπίδραση, αλλά σε αντίθεση με την τελευταία, δρα σε οποιαδήποτε απόσταση. Σε σύγκριση με τα πολύ πιο αδύναμα βαρυτική αλληλεπίδραση, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, σπρώχνει δύο ηλεκτρόνια 1042 φορές ισχυρότερα από ό,τι τα έλκει η βαρυτική δύναμη.

Η μελέτη έδειξε ότι η πηγή φορτίου είναι ορισμένοι τύποι υποατομικών σωματιδίων που έχουν την ιδιότητα του ηλεκτρικού φορτίου. Το ηλεκτρικό φορτίο δημιουργεί και αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η οποία είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης. Οι πιο γνωστοί φορείς ηλεκτρικού φορτίου είναι το ηλεκτρόνιο και το πρωτόνιο. Το πείραμα έδειξε ότι το φορτίο είναι μια διατηρημένη ποσότητα, δηλαδή, το συνολικό φορτίο σε ένα απομονωμένο σύστημα θα παραμένει πάντα σταθερό, ανεξάρτητα από τυχόν αλλαγές που συμβαίνουν σε αυτό το σύστημα. Σε ένα σύστημα, το φορτίο μπορεί να μεταφερθεί μεταξύ των σωμάτων είτε με άμεση επαφή είτε με μεταφορά μέσω ενός αγώγιμου υλικού όπως ένα σύρμα. Ο άτυπος όρος «στατικός ηλεκτρισμός» αναφέρεται στην καθαρή παρουσία φορτίου (ή «ανισορροπία» φορτίων) σε ένα σώμα, που συνήθως προκαλείται από ανόμοια υλικά που τρίβονται μεταξύ τους και μεταφέρουν φορτίο το ένα από το άλλο.

Τα φορτία των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων έχουν αντίθετο πρόσημο, επομένως, το συνολικό φορτίο μπορεί να είναι είτε θετικό είτε αρνητικό. Κατά σύμβαση, το φορτίο που μεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια θεωρείται αρνητικό και αυτό που μεταφέρεται από τα πρωτόνια θεωρείται θετικό, σύμφωνα με την παράδοση που καθιερώθηκε από το έργο του Βενιαμίν Φραγκλίνος. Η ποσότητα του φορτίου (ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας) συνήθως συμβολίζεται ως Q και εκφράζεται σε κουλόμπ. κάθε ηλεκτρόνιο φέρει το ίδιο φορτίο, περίπου -1,6022 × 10-19 coulombs. Το πρωτόνιο έχει φορτίο ίσο σε μέγεθος και αντίθετο σε πρόσημο, και επομένως + 1,6022 × 10-19 Coulombs. Όχι μόνο η ύλη, αλλά και η αντιύλη έχει φορτίο· κάθε αντισωματίδιο φέρει ίση χρέωση, αλλά σε αντίθεση με το φορτίο του αντίστοιχου σωματιδίου του.

Το φορτίο μπορεί να μετρηθεί με πολλούς τρόπους: Ένα πρώιμο όργανο είναι το ηλεκτροσκόπιο από φύλλα χρυσού, το οποίο, αν και χρησιμοποιείται ακόμα για εκπαιδευτικές επιδείξεις, τώρα αντικαθίσταται από ένα ηλεκτρονικό ηλεκτρόμετρο.

Ηλεκτρική ενέργεια

Η κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα και η έντασή του συνήθως μετριέται σε αμπέρ. Το ρεύμα μπορεί να δημιουργηθεί από οποιαδήποτε κινούμενα φορτισμένα σωματίδια. πιο συχνά αυτά είναι ηλεκτρόνια, αλλά κατ' αρχήν οποιοδήποτε φορτίο που τίθεται σε κίνηση αντιπροσωπεύει ένα ρεύμα.

Σύμφωνα με την ιστορική σύμβαση, το θετικό ρεύμα καθορίζεται από την κατεύθυνση κίνησης των θετικών φορτίων που ρέουν από το πιο θετικό μέρος του κυκλώματος στο πιο αρνητικό μέρος. Το ρεύμα που προσδιορίζεται με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται συμβατικό ρεύμα. Μία από τις πιο γνωστές μορφές ρεύματος είναι η κίνηση αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων μέσω ενός κυκλώματος, και έτσι η θετική κατεύθυνση του ρεύματος προσανατολίζεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κίνηση των ηλεκτρονίων. Ωστόσο, ανάλογα με τις συνθήκες, ένα ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να αποτελείται από ένα ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων που κινούνται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, ακόμη και προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Η σύμβαση να θεωρείται η θετική κατεύθυνση του ρεύματος ως η κατεύθυνση κίνησης των θετικών φορτίων χρησιμοποιείται ευρέως για την απλοποίηση αυτής της κατάστασης.

Η διαδικασία με την οποία ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα υλικό ονομάζεται ηλεκτρική αγωγιμότητα και η φύση του ποικίλλει ανάλογα με τα φορτισμένα σωματίδια που το μεταφέρουν και το υλικό μέσω του οποίου κινείται. Ως παραδείγματα ηλεκτρικά ρεύματαΠαραδείγματα περιλαμβάνουν τη μεταλλική αγωγιμότητα, που πραγματοποιείται από τη ροή ηλεκτρονίων μέσω ενός αγωγού όπως ένα μέταλλο, και την ηλεκτρόλυση, που πραγματοποιείται από τη ροή ιόντων (φορτισμένα άτομα) μέσω ενός υγρού ή πλάσματος, όπως στους ηλεκτρικούς σπινθήρες. Ενώ τα ίδια τα σωματίδια μπορούν να κινηθούν πολύ αργά, μερικές φορές με μέση ταχύτητα μετατόπισης μόνο ενός κλάσματος του χιλιοστού ανά δευτερόλεπτο, το ηλεκτρικό πεδίο που τα οδηγεί ταξιδεύει με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, επιτρέποντας στα ηλεκτρικά σήματα να ταξιδεύουν γρήγορα μέσω των καλωδίων.

Το ρεύμα παράγει μια σειρά από παρατηρήσιμα αποτελέσματα που ιστορικά ήταν σημάδι της παρουσίας του. Η πιθανότητα αποσύνθεσης του νερού υπό την επίδραση του ρεύματος από μια γαλβανική στήλη ανακαλύφθηκε από τους Nicholson και Carlisle το 1800. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πλέον ηλεκτρόλυση. Το έργο τους επεκτάθηκε πολύ από τον Michael Faraday το 1833. Το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση προκαλεί τοπική θέρμανση. Αυτό το φαινόμενο περιγράφηκε μαθηματικά από τον James Joule το 1840. Μία από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις σχετικά με το ρεύμα έγινε τυχαία από τον Oersted το 1820, όταν, ενώ ετοίμαζε μια διάλεξη, ανακάλυψε ότι το ρεύμα που ρέει μέσα από ένα σύρμα προκάλεσε τη στροφή της βελόνας μιας μαγνητικής πυξίδας. Έτσι ανακάλυψε τον ηλεκτρομαγνητισμό, τη θεμελιώδη αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Το επίπεδο των ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών που παράγονται από ένα ηλεκτρικό τόξο είναι αρκετά υψηλό ώστε να παράγει ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που μπορεί να βλάψουν τη λειτουργία του παρακείμενου εξοπλισμού.Ανακάλυψε τον ηλεκτρομαγνητισμό, τη θεμελιώδη αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Το επίπεδο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που παράγεται από ένα ηλεκτρικό τόξο είναι αρκετά υψηλό ώστε να παράγει ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που μπορεί να επηρεάσουν τη λειτουργία του κοντινού εξοπλισμού.

Για τεχνικές ή οικιακές εφαρμογές, το ρεύμα συχνά χαρακτηρίζεται είτε ως συνεχές ρεύμα (DC) είτε ως εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Αυτοί οι όροι αναφέρονται στο πώς αλλάζει το τρέχον με την πάροδο του χρόνου. Συνεχές ρεύμα, όπως αυτό που παράγεται από μια μπαταρία και απαιτείται από τους περισσότερους ηλεκτρονικές συσκευές, είναι μια μονοκατευθυντική ροή από το θετικό δυναμικό του κυκλώματος προς το αρνητικό. Εάν αυτή η ροή, όπως συμβαίνει συχνά, μεταφέρεται από ηλεκτρόνια, αυτά θα κινηθούν προς την αντίθετη κατεύθυνση. Εναλλασσόμενο ρεύμα είναι κάθε ρεύμα που αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση· έχει σχεδόν πάντα τη μορφή ημιτονοειδούς κύματος. Το εναλλασσόμενο ρεύμα πάλλεται μπρος-πίσω μέσα σε έναν αγωγό χωρίς να κινείται φορτίο οποιαδήποτε πεπερασμένη απόσταση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η μέση χρονική τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι μηδέν, αλλά αποδίδει ενέργεια πρώτα προς μία κατεύθυνση και μετά προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το εναλλασσόμενο ρεύμα εξαρτάται από ηλεκτρικές ιδιότητες που δεν εμφανίζονται στο συνεχές ρεύμα σταθερής κατάστασης, όπως η επαγωγή και η χωρητικότητα. Αυτές οι ιδιότητες, ωστόσο, μπορεί να γίνουν εμφανείς όταν το κύκλωμα υποβάλλεται σε μεταβατικές καταστάσεις, όπως κατά την αρχική εφαρμογή ισχύος.

Ηλεκτρικό πεδίο

Η έννοια του ηλεκτρικού πεδίου εισήχθη από τον Michael Faraday. Ένα ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται από ένα φορτισμένο σώμα στον χώρο που περιβάλλει το σώμα και έχει ως αποτέλεσμα μια δύναμη που επενεργεί σε οποιαδήποτε άλλα φορτία βρίσκονται στο πεδίο. Το ηλεκτρικό πεδίο που ενεργεί μεταξύ δύο φορτίων είναι παρόμοιο με το βαρυτικό πεδίο που δρα μεταξύ δύο μαζών, και επίσης εκτείνεται στο άπειρο και είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των σωμάτων. Ωστόσο, υπάρχει μια σημαντική διαφορά. Η βαρύτητα έλκει πάντα, προκαλώντας τη συνεύρεση δύο μαζών, ενώ ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να οδηγήσει είτε σε έλξη είτε σε απώθηση. Δεδομένου ότι μεγάλα σώματα όπως οι πλανήτες έχουν γενικά μηδενικό καθαρό φορτίο, το ηλεκτρικό τους πεδίο σε απόσταση είναι συνήθως μηδέν. Έτσι, η βαρύτητα είναι η κυρίαρχη δύναμη σε μεγάλες αποστάσεις στο Σύμπαν, παρά το γεγονός ότι η ίδια είναι πολύ πιο αδύναμη.

Το ηλεκτρικό πεδίο, κατά κανόνα, διαφέρει σε διαφορετικά σημεία του χώρου και η έντασή του σε οποιοδήποτε σημείο ορίζεται ως η δύναμη (ανά μονάδα φορτίου) που θα δεχόταν ένα ακίνητο, αμελητέα φορτίο αν τοποθετηθεί σε αυτό το σημείο. Το αφηρημένο φορτίο, που ονομάζεται «φόρτιση δοκιμής», πρέπει να είναι εξαφανιστικά μικρό, ώστε να μπορεί να παραμεληθεί το δικό του ηλεκτρικό πεδίο που διαταράσσει το κύριο πεδίο, και πρέπει επίσης να είναι ακίνητο (ακίνητο) για να αποτρέψει την επίδραση των μαγνητικών πεδίων. Εφόσον το ηλεκτρικό πεδίο ορίζεται με όρους δύναμης και η δύναμη είναι διάνυσμα, τότε το ηλεκτρικό πεδίο είναι επίσης διάνυσμα, που έχει και μέγεθος και κατεύθυνση. Πιο συγκεκριμένα, το ηλεκτρικό πεδίο είναι διανυσματικό πεδίο.

Η μελέτη των ηλεκτρικών πεδίων που δημιουργούνται από ακίνητα φορτία ονομάζεται ηλεκτροστατική. Το πεδίο μπορεί να οπτικοποιηθεί χρησιμοποιώντας ένα σύνολο φανταστικών γραμμών, η κατεύθυνση των οποίων σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου συμπίπτει με την κατεύθυνση του πεδίου. Αυτή η έννοια εισήχθη από τον Faraday και ο όρος "γραμμές πεδίου" χρησιμοποιείται ακόμα μερικές φορές. Οι γραμμές πεδίου είναι οι διαδρομές κατά τις οποίες ένα σημείο θετικό φορτίο θα κινηθεί υπό την επίδραση ενός πεδίου. Είναι, ωστόσο, ένα αφηρημένο και όχι ένα φυσικό αντικείμενο και το πεδίο διαπερνά όλο τον ενδιάμεσο χώρο μεταξύ των γραμμών. Οι γραμμές πεδίου που προέρχονται από σταθερά φορτία έχουν πολλές βασικές ιδιότητες: πρώτον, ξεκινούν με θετικά φορτία και τελειώνουν με αρνητικά φορτία. Δεύτερον, πρέπει να εισέρχονται σε οποιονδήποτε ιδανικό αγωγό σε ορθή γωνία (κανονικά), και τρίτον, ποτέ δεν τέμνονται ούτε κλείνουν στον εαυτό τους.

Ένα κοίλο αγώγιμο σώμα περιέχει όλο το φορτίο του πάνω του εξωτερική επιφάνεια. Επομένως το πεδίο είναι μηδέν σε όλα τα σημεία μέσα στο σώμα. Ένα κλουβί Faraday λειτουργεί με αυτήν την αρχή - ένα μεταλλικό κέλυφος που απομονώνει τον εσωτερικό του χώρο από εξωτερικές ηλεκτρικές επιρροές.

Οι αρχές της ηλεκτροστατικής είναι σημαντικές στο σχεδιασμό εξαρτημάτων εξοπλισμού υψηλής τάσης. Υπάρχει ένα πεπερασμένο όριο στην ένταση του ηλεκτρικού πεδίου που μπορεί να αντέξει οποιοδήποτε υλικό. Πάνω από αυτή την τιμή, συμβαίνει ηλεκτρική βλάβη, η οποία προκαλεί ηλεκτρικό τόξο μεταξύ των φορτισμένων μερών. Για παράδειγμα, στον αέρα, η ηλεκτρική διάσπαση συμβαίνει σε μικρά κενά σε εντάσεις ηλεκτρικού πεδίου που υπερβαίνουν τα 30 kV ανά εκατοστό. Καθώς το διάκενο αυξάνεται, η τελική τάση διάσπασης μειώνεται σε περίπου 1 kV ανά εκατοστό. Το πιο αξιοσημείωτο τέτοιο φυσικό φαινόμενο είναι ο κεραυνός. Συμβαίνει όταν τα φορτία διαχωρίζονται στα σύννεφα με ανερχόμενες στήλες αέρα και το ηλεκτρικό πεδίο στον αέρα αρχίζει να υπερβαίνει την τιμή διάσπασης. Η τάση ενός μεγάλου κεραυνού μπορεί να φτάσει τα 100 MV και να έχει ενέργεια εκφόρτισης 250 kWh.

Το μέγεθος της έντασης του πεδίου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τα κοντινά αγώγιμα αντικείμενα και η ισχύς είναι ιδιαίτερα υψηλή όταν το πεδίο πρέπει να λυγίσει γύρω από μυτερά αντικείμενα. Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται σε αλεξικέραυνα, των οποίων οι αιχμηρές κώνοι αναγκάζουν τον κεραυνό να εκκενωθεί σε αυτά και όχι στα κτίρια που προστατεύουν.

Ηλεκτρικό δυναμικό

Η έννοια του ηλεκτρικού δυναμικού σχετίζεται στενά με το ηλεκτρικό πεδίο. Ένα μικρό φορτίο που τοποθετείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο δέχεται μια δύναμη και απαιτείται εργασία για να μετακινηθεί το φορτίο έναντι αυτής της δύναμης. Το ηλεκτρικό δυναμικό σε οποιοδήποτε σημείο ορίζεται ως η ενέργεια που πρέπει να δαπανηθεί για να μετακινηθεί ένα φορτίο δοκιμής μονάδας εξαιρετικά αργά από το άπειρο σε αυτό το σημείο. Το δυναμικό συνήθως μετριέται σε βολτ και ένα δυναμικό ενός βολτ είναι το δυναμικό στο οποίο πρέπει να δαπανηθεί ένα τζάουλ εργασίας για να μετακινηθεί ένα φορτίο ένα κουλόμπ από το άπειρο. Αυτός ο επίσημος ορισμός του δυναμικού έχει μικρή πρακτική εφαρμογή και πιο χρήσιμη είναι η έννοια της διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού, δηλαδή της ενέργειας που απαιτείται για τη μετακίνηση μιας μονάδας φορτίου μεταξύ δύο δεδομένων σημείων. Το ηλεκτρικό πεδίο έχει μια ιδιαιτερότητα, είναι συντηρητικό, που σημαίνει ότι η διαδρομή που διανύει το δοκιμαστικό φορτίο δεν έχει σημασία: η ίδια ενέργεια θα δαπανάται πάντα στο πέρασμα όλων των πιθανών μονοπατιών μεταξύ δύο δεδομένων σημείων, και έτσι υπάρχει ένα μόνο τιμή των δυναμικών διαφοράς μεταξύ δύο θέσεων. Το βολτ έχει καθιερωθεί τόσο σταθερά ως μονάδα μέτρησης και περιγραφής της διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού που ο όρος τάση χρησιμοποιείται ευρέως και καθημερινά.

Για πρακτικούς σκοπούς, είναι χρήσιμο να οριστεί ένα κοινό σημείο αναφοράς με το οποίο μπορούν να εκφραστούν και να συγκριθούν τα δυναμικά. Αν και μπορεί να είναι στο άπειρο, είναι πολύ πιο πρακτικό να χρησιμοποιήσουμε την ίδια τη Γη, η οποία υποτίθεται ότι έχει το ίδιο δυναμικό σε όλα τα μέρη, με το μηδενικό δυναμικό. Αυτό το σημείο αναφοράς αναφέρεται φυσικά ως «έδαφος». Η γη είναι μια άπειρη πηγή ίσων ποσοτήτων θετικών και αρνητικών φορτίων και επομένως είναι ηλεκτρικά ουδέτερη και μη φορτίσιμη.

Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ένα βαθμωτό μέγεθος, δηλαδή έχει μόνο τιμή και δεν έχει κατεύθυνση. Μπορεί να θεωρηθεί ανάλογο με το ύψος: όπως ένα απελευθερωμένο αντικείμενο θα πέσει μέσα από μια διαφορά ύψους που προκαλείται από ένα βαρυτικό πεδίο, έτσι και ένα φορτίο θα «πέσει» μέσω μιας τάσης που προκαλείται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ακριβώς όπως οι χάρτες υποδεικνύουν γεωμορφές χρησιμοποιώντας γραμμές περιγράμματος που συνδέουν σημεία ίσου ύψους, ένα σύνολο γραμμών που συνδέουν σημεία ίσου δυναμικού (γνωστές ως ισοδυναμικά) μπορεί να σχεδιαστεί γύρω από ένα ηλεκτροστατικά φορτισμένο αντικείμενο. Τα ισοδυναμικά τέμνουν όλες τις ευθείες δύναμης σε ορθή γωνία. Πρέπει επίσης να βρίσκονται παράλληλα με την επιφάνεια του αγωγού, διαφορετικά θα παραχθεί μια δύναμη που κινεί τους φορείς φορτίου κατά μήκος της ισοδυναμικής επιφάνειας του αγωγού.

Το ηλεκτρικό πεδίο ορίζεται επίσημα ως η δύναμη που ασκείται ανά μονάδα φορτίου, αλλά η έννοια του δυναμικού παρέχει έναν πιο χρήσιμο και ισοδύναμο ορισμό: το ηλεκτρικό πεδίο είναι η τοπική κλίση του ηλεκτρικού δυναμικού. Συνήθως, εκφράζεται σε βολτ ανά μέτρο και η κατεύθυνση του διανύσματος πεδίου είναι η γραμμή της μεγαλύτερης αλλαγής στο δυναμικό, δηλαδή προς την κατεύθυνση της πλησιέστερης θέσης του άλλου ισοδυναμικού.

Ηλεκτρομαγνήτες

Η ανακάλυψη του Oersted το 1821 ότι ένα μαγνητικό πεδίο υπάρχει γύρω από όλες τις πλευρές ενός σύρματος που μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα έδειξε ότι υπήρχε άμεση σύνδεση μεταξύ του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού. Επιπλέον, η αλληλεπίδραση φαινόταν διαφορετική από τη βαρυτική και ηλεκτροστατικές δυνάμεις, δύο δυνάμεις της φύσης τότε γνωστές. Η δύναμη επηρέασε τη βελόνα της πυξίδας, χωρίς να την κατευθύνει προς ή μακριά από το σύρμα που μεταφέρει το ρεύμα, αλλά ενεργώντας σε ορθή γωνία προς αυτό. Ο Oersted εξέφρασε την παρατήρησή του με τις ελαφρώς ασαφείς λέξεις «η ηλεκτρική σύγκρουση έχει περιστροφική συμπεριφορά». Αυτή η δύναμη εξαρτιόταν και από την κατεύθυνση του ρεύματος, γιατί αν το ρεύμα άλλαζε κατεύθυνση, τότε το άλλαζε και η μαγνητική δύναμη.

Ο Όερστεντ δεν κατάλαβε πλήρως την ανακάλυψή του, αλλά το αποτέλεσμα που παρατήρησε ήταν αμφίδρομο: το ρεύμα ασκεί δύναμη στον μαγνήτη και το μαγνητικό πεδίο ασκεί δύναμη στο ρεύμα. Το φαινόμενο μελετήθηκε περαιτέρω από τον Ampere, ο οποίος ανακάλυψε ότι δύο παράλληλα καλώδια που μεταφέρουν ρεύμα ασκούν δύναμη το ένα στο άλλο: δύο καλώδια, με ρεύματα που ρέουν μέσα από αυτά προς την ίδια κατεύθυνση, έλκονται μεταξύ τους, ενώ τα καλώδια περιέχουν ρεύματα σε αντίθετες κατευθύνσεις το ένα από το άλλο , αποκρούω. Αυτή η αλληλεπίδραση συμβαίνει μέσω του μαγνητικού πεδίου που δημιουργεί κάθε ρεύμα και με βάση αυτό το φαινόμενο καθορίζεται η μονάδα μέτρησης του ρεύματος - Ampere στο διεθνές σύστημα μονάδων.

Αυτή η σύνδεση μεταξύ μαγνητικών πεδίων και ρευμάτων είναι εξαιρετικά σημαντική γιατί οδήγησε στην εφεύρεση του ηλεκτρικού κινητήρα από τον Michael Faraday το 1821. Ο μονοπολικός κινητήρας του αποτελούνταν από μόνιμος μαγνήτηςτοποθετείται σε δοχείο με υδράργυρο. Το ρεύμα περνούσε μέσα από ένα σύρμα αιωρούμενο σε ένα αντίζυγο πάνω από έναν μαγνήτη και βυθισμένο σε υδράργυρο. Ο μαγνήτης άσκησε μια εφαπτομενική δύναμη στο σύρμα, η οποία έκανε το τελευταίο να περιστρέφεται γύρω από τον μαγνήτη για όσο διάστημα διατηρούνταν το ρεύμα στο σύρμα.

Ένα πείραμα που διεξήχθη από τον Faraday το 1831 έδειξε ότι ένα σύρμα που κινείται κάθετα σε ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργούσε μια διαφορά δυναμικού στα άκρα. Περαιτέρω ανάλυση αυτής της διαδικασίας, γνωστής ως ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, του επέτρεψε να διατυπώσει την αρχή που είναι τώρα γνωστή ως νόμος επαγωγής του Faraday, ότι η διαφορά δυναμικού που προκαλείται σε ένα κλειστό κύκλωμα είναι ανάλογη με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που διέρχεται από το κύκλωμα. Η εξέλιξη αυτής της ανακάλυψης επέτρεψε στον Faraday να εφεύρει την πρώτη ηλεκτρική γεννήτρια, το 1831, η οποία μετέτρεψε μηχανική ενέργειαπεριστρεφόμενος χάλκινος δίσκος σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο δίσκος Faraday ήταν αναποτελεσματικός και δεν χρησιμοποιήθηκε ως πρακτική γεννήτρια, αλλά έδειξε τη δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση μαγνητισμού, και αυτή τη δυνατότητα εκμεταλλεύτηκαν όσοι παρακολούθησαν τις εξελίξεις του.

Η ικανότητα των χημικών αντιδράσεων να παράγουν ηλεκτρισμό, και η αντίστροφη ικανότητα του ηλεκτρισμού να παράγει χημικές αντιδράσεις, έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.

Η ηλεκτροχημεία ήταν πάντα ένα σημαντικό μέρος της μελέτης του ηλεκτρισμού. Από την αρχική εφεύρεση της βολταϊκής στήλης, οι βολταϊκές κυψέλες έχουν εξελιχθεί σε μια μεγάλη ποικιλία τύπων μπαταριών, βολταϊκών στοιχείων και στοιχείων ηλεκτρόλυσης. Το αλουμίνιο παράγεται σε μεγάλες ποσότητες με ηλεκτρόλυση και πολλές φορητές ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούν επαναφορτιζόμενες πηγές ενέργειας.

Ηλεκτρικά κυκλώματα

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι μια σύνδεση ηλεκτρικών εξαρτημάτων με τέτοιο τρόπο ώστε το ηλεκτρικό φορτίο, που αναγκάζεται να ρέει κατά μήκος μιας κλειστής διαδρομής (κυκλώματος), συνήθως εκτελεί μια σειρά από ορισμένες χρήσιμες εργασίες.

Τα εξαρτήματα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα μπορούν να πάρουν διάφορα σχήματα, λειτουργώντας ως στοιχεία όπως αντιστάσεις, πυκνωτές, διακόπτες, μετασχηματιστές και ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ. Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα περιέχουν ενεργά εξαρτήματα, όπως ημιαγωγούς, που συνήθως λειτουργούν σε μη γραμμικό τρόπο και απαιτούν σύνθετη ανάλυση για να εφαρμοστεί σε αυτά. Τα απλούστερα ηλεκτρικά εξαρτήματα είναι αυτά που ονομάζονται παθητικά και γραμμικά: αν και μπορούν να αποθηκεύσουν προσωρινά ενέργεια, δεν περιέχουν πηγές ενέργειας και λειτουργούν σε γραμμικό τρόπο.

Ένας αντιστάτης είναι ίσως το απλούστερο από τα στοιχεία του παθητικού κυκλώματος: όπως υποδηλώνει το όνομά του, αντιστέκεται στο ρεύμα που ρέει μέσω αυτού, διαχέοντας την ηλεκτρική ενέργεια ως θερμότητα. Η αντίσταση είναι συνέπεια της κίνησης του φορτίου μέσω ενός αγωγού: στα μέταλλα, για παράδειγμα, η αντίσταση οφείλεται κυρίως σε συγκρούσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και ιόντων. Ο νόμος του Ohm είναι ο βασικός νόμος της θεωρίας κυκλώματος και δηλώνει ότι το ρεύμα που διέρχεται από μια αντίσταση είναι ευθέως ανάλογο με τη διαφορά δυναμικού σε αυτήν. Η αντίσταση των περισσότερων υλικών είναι σχετικά σταθερή σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και ρευμάτων. υλικά που ικανοποιούν αυτές τις συνθήκες είναι γνωστά ως "ωμικά". Το Ohm είναι μια μονάδα αντίστασης, που πήρε το όνομά του από τον Georg Ohm και συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα Ω. Το 1 ohm είναι μια αντίσταση που δημιουργεί διαφορά δυναμικού ενός βολτ όταν διέρχεται ρεύμα ενός αμπέρ.

Ένας πυκνωτής είναι ένας εκσυγχρονισμός του βάζου Leyden και είναι μια συσκευή που μπορεί να αποθηκεύσει ένα φορτίο και, ως εκ τούτου, να αποθηκεύσει ηλεκτρική ενέργεια στο προκύπτον πεδίο. Αποτελείται από δύο αγώγιμες πλάκες που χωρίζονται από ένα λεπτό μονωτικό στρώμα διηλεκτρικού. Στην πράξη είναι ένα ζευγάρι λεπτών λωρίδων μεταλλικού φύλλου τυλιγμένες μεταξύ τους για να αυξηθεί η επιφάνεια ανά μονάδα όγκου και επομένως η χωρητικότητα. Η μονάδα χωρητικότητας είναι το farad, που πήρε το όνομά του από τον Michael Faraday και συμβολίζεται με το σύμβολο F: ένα farad είναι η χωρητικότητα που δημιουργεί μια διαφορά δυναμικού ενός βολτ όταν αποθηκεύεται ένα φορτίο ενός κουλόμπ. Το ρεύμα αρχικά ρέει μέσω ενός πυκνωτή που είναι συνδεδεμένος με μια πηγή ισχύος καθώς το φορτίο συσσωρεύεται στον πυκνωτή. Αυτό το ρεύμα, ωστόσο, θα μειωθεί καθώς φορτίζεται ο πυκνωτής και τελικά θα γίνει μηδέν. Ο πυκνωτής επομένως δεν περνά συνεχές ρεύμα, αλλά το μπλοκάρει.

Η επαγωγή είναι ένας αγωγός, συνήθως ένα πηνίο σύρματος, που αποθηκεύει ενέργεια σε ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται όταν το ρεύμα διέρχεται από αυτό. Όταν αλλάζει το ρεύμα, αλλάζει και το μαγνητικό πεδίο, δημιουργώντας τάση μεταξύ των άκρων του αγωγού. Η επαγόμενη τάση είναι ανάλογη του ρυθμού μεταβολής του ρεύματος. Ο παράγοντας αναλογικότητας ονομάζεται επαγωγή. Η μονάδα επαγωγής είναι το henry, που πήρε το όνομά του από τον Joseph Henry, σύγχρονο του Faraday. Μια αυτεπαγωγή ενός henry είναι μια αυτεπαγωγή που παράγει μια διαφορά δυναμικού ενός βολτ όταν ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος που διέρχεται από αυτό είναι ένα αμπέρ ανά δευτερόλεπτο. Η συμπεριφορά μιας αυτεπαγωγής είναι αντίθετη από αυτή ενός πυκνωτή: θα περάσει ελεύθερα συνεχές ρεύμα και θα μπλοκάρει το ταχέως μεταβαλλόμενο ρεύμα.

Ηλεκτρική ενέργεια

Ηλεκτρική ισχύς είναι ο ρυθμός με τον οποίο η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Η μονάδα ισχύος SI είναι τα βατ, ίση με ένα τζάουλ ανά δευτερόλεπτο.

Η ηλεκτρική ισχύς, όπως και η μηχανική ισχύς, είναι ο ρυθμός με τον οποίο εκτελείται η εργασία, μετρημένος σε watt και συμβολίζεται με το γράμμα P. Ο όρος ισχύς εισόδου, που χρησιμοποιείται στην καθομιλουμένη, σημαίνει "ηλεκτρική ισχύς σε Watt". Ηλεκτρική ισχύς σε watt που παράγεται από ηλεκτρικό ρεύμα I ίση με τη διέλευση ενός φορτίου Q κουλόμπ κάθε t δευτερόλεπτα ηλεκτρική διαφοράδυναμικά (τάση) V ισούται με

P = QV/t = IV

• Q - ηλεκτρικό φορτίο σε κουλόμπ
• t - χρόνος σε δευτερόλεπτα
• I - ηλεκτρικό ρεύμα σε αμπέρ
• V - ηλεκτρικό δυναμικό ή τάση σε βολτ

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας συχνά παράγεται από ηλεκτρικές γεννήτριες, αλλά μπορεί επίσης να παραχθεί από χημικές πηγές όπως ηλεκτρικές μπαταρίες ή με άλλους τρόπους χρησιμοποιώντας μια μεγάλη ποικιλία πηγών ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται συνήθως σε επιχειρήσεις και σπίτια από εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας. Οι λογαριασμοί ηλεκτρικής ενέργειας συνήθως πληρώνονται ανά κιλοβατώρα (3,6 MJ), που είναι η ισχύς που παράγεται σε κιλοβάτ πολλαπλασιαζόμενη επί το χρόνο λειτουργίας σε ώρες. Στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, οι μετρήσεις ισχύος γίνονται με τη χρήση μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίοι αποθηκεύουν την ποσότητα της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχεται στον πελάτη. Σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα, η ηλεκτρική ενέργεια είναι μια μορφή ενέργειας χαμηλής εντροπίας και μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια πρόωσης ή σε πολλές άλλες μορφές ενέργειας με υψηλή απόδοση.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ

Η Electronics ασχολείται με ηλεκτρικά κυκλώματα, τα οποία περιλαμβάνουν ενεργά ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως σωλήνες κενού, τρανζίστορ, δίοδοι και ολοκληρωμένα κυκλώματα και συναφή παθητικά και μεταγωγικά στοιχεία. Η μη γραμμική συμπεριφορά των ενεργών συστατικών και η ικανότητά τους να ελέγχουν τη ροή των ηλεκτρονίων επιτρέπει την ενίσχυση αδύναμων σημάτων και την ευρεία χρήση των ηλεκτρονικών στην επεξεργασία πληροφοριών, τις τηλεπικοινωνίες και την επεξεργασία σήματος. Η ικανότητα των ηλεκτρονικών συσκευών να λειτουργούν ως διακόπτες επιτρέπει την ψηφιακή επεξεργασία των πληροφοριών. Στοιχεία μεταγωγής όπως πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, τεχνολογίες διάταξης και άλλες διάφορες μορφές επικοινωνιακής υποδομής συμπληρώνουν λειτουργικότητακυκλώματα και μετατρέπουν τα ετερογενή εξαρτήματα σε ένα κοινό σύστημα εργασίας.

Σήμερα, οι περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούν εξαρτήματα ημιαγωγών για την εκτέλεση ηλεκτρονικού ελέγχου. Η μελέτη συσκευών ημιαγωγών και συναφών τεχνολογιών θεωρείται κλάδος της φυσικής στερεάς κατάστασης, ενώ ο σχεδιασμός και η μηχανική ηλεκτρονικά κυκλώματαγια την επίλυση πρακτικών προβλημάτων ανήκουν στον τομέα των ηλεκτρονικών.

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα

Η εργασία του Faraday και του Ampere έδειξε ότι ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο παρήγαγε ένα ηλεκτρικό πεδίο και ένα χρονικά μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο ήταν η πηγή ενός μαγνητικού πεδίου. Έτσι, όταν ένα πεδίο αλλάζει στο χρόνο, προκαλείται πάντα ένα άλλο πεδίο. Αυτό το φαινόμενο έχει κυματικές ιδιότητες και φυσικά ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα αναλύθηκαν θεωρητικά από τον James Maxwell το 1864. Ο Maxwell ανέπτυξε μια σειρά εξισώσεων που θα μπορούσαν να περιγράψουν με σαφήνεια τη σχέση μεταξύ του ηλεκτρικού πεδίου, του μαγνητικού πεδίου, του ηλεκτρικού φορτίου και του ηλεκτρικού ρεύματος. Μπόρεσε επίσης να αποδείξει ότι ένα τέτοιο κύμα διαδίδεται αναγκαστικά με την ταχύτητα του φωτός, και έτσι το ίδιο το φως είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η ανάπτυξη των νόμων του Maxwell, που ενοποιούν το φως, τα πεδία και το φορτίο, είναι ένα από τα πιο σημαντικά στάδια στην ιστορία της θεωρητικής φυσικής.

Έτσι, η εργασία πολλών ερευνητών κατέστησε δυνατή τη χρήση ηλεκτρονικών για τη μετατροπή σημάτων σε ταλαντευόμενα ρεύματα υψηλής συχνότητας και μέσω κατάλληλα διαμορφωμένων αγωγών, ο ηλεκτρισμός επιτρέπει τη μετάδοση και λήψη αυτών των σημάτων μέσω ραδιοκυμάτων σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.

Παραγωγή και χρήση ηλεκτρικής ενέργειας

Παραγωγή και μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος

Τον 6ο αιώνα π.Χ. μι. Ο Έλληνας φιλόσοφος Θαλής από τη Μίλητο πειραματίστηκε με κεχριμπαρένιες ράβδους και αυτά τα πειράματα έγιναν η πρώτη έρευνα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ενώ αυτή η μέθοδος, γνωστή πλέον ως τριβοηλεκτρικό φαινόμενο, μπορούσε να σηκώσει μόνο ελαφρά αντικείμενα και να δημιουργήσει σπινθήρες, ήταν εξαιρετικά αναποτελεσματική. Με την εφεύρεση του βολταϊκού πόλου τον δέκατο όγδοο αιώνα, έγινε διαθέσιμη μια βιώσιμη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο βολταϊκός πόλος και ο σύγχρονος απόγονός του, η ηλεκτρική μπαταρία, αποθηκεύει ενέργεια χημική μορφήκαι την προμηθεύει με τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας κατά παραγγελία. Η μπαταρία είναι μια ευέλικτη και πολύ κοινή πηγή ενέργειας που είναι ιδανική για πολλές εφαρμογές, αλλά η ενέργεια που αποθηκεύεται σε αυτήν είναι πεπερασμένη και μόλις εξαντληθεί, η μπαταρία πρέπει να απορριφθεί ή να επαναφορτιστεί. Για μεγάλες ανάγκες, η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να παράγεται και να μεταδίδεται συνεχώς μέσω αγώγιμων γραμμών ισχύος.

Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται συνήθως από ηλεκτρομηχανικές γεννήτριες που οδηγούνται από ατμό που παράγεται από την καύση ορυκτών καυσίμων ή τη θερμότητα που παράγεται από πυρηνικές αντιδράσεις. ή από άλλες πηγές όπως η κινητική ενέργεια που εξάγεται από τον άνεμο ή το τρεχούμενο νερό. Μοντέρνο ατμοστρόβιλος, που αναπτύχθηκε από τον Sir Charles Parsons το 1884, σήμερα παράγει περίπου το 80 τοις εκατό της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας μια ποικιλία πηγών θερμότητας. Τέτοιες γεννήτριες δεν έχουν καμία ομοιότητα με την ομοπολική γεννήτρια δίσκων Faraday του 1831, αλλά εξακολουθούν να βασίζονται σε αυτήν ηλεκτρομαγνητική αρχή, σύμφωνα με την οποία ένας αγωγός, εμπλεκόμενος με ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, προκαλεί διαφορά δυναμικού στα άκρα του. Η εφεύρεση του μετασχηματιστή στα τέλη του 19ου αιώνα σήμαινε ότι η ηλεκτρική ενέργεια μπορούσε να μεταδοθεί πιο αποτελεσματικά σε υψηλότερες τάσεις αλλά χαμηλότερα ρεύματα. Αποτελεσματικός ηλεκτρική μετάδοσηΑυτό σημαίνει, με τη σειρά του, ότι η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να παραχθεί σε κεντρικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, επωφελούμενοι από οικονομίες κλίμακας, και στη συνέχεια να μεταδοθεί σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις εκεί όπου χρειάζεται.

Δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορεί εύκολα να αποθηκευτεί σε ποσότητες επαρκείς για την κάλυψη των εθνικών αναγκών, πρέπει να παράγεται ανά πάσα στιγμή σε ποσότητες ίσες με αυτή τη στιγμήείναι απαραίτητο. Αυτό απαιτεί από τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να προβλέπουν προσεκτικά τα ηλεκτρικά τους φορτία και να συντονίζουν συνεχώς αυτά τα δεδομένα με σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Ένα ορισμένο ποσό της παραγωγικής ικανότητας θα πρέπει πάντα να διατηρείται σε αποθεματικό ως δίχτυ ασφαλείας για το ηλεκτρικό δίκτυο σε περίπτωση απότομης αύξησης της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας.

Η ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια αυξάνεται με γοργούς ρυθμούς καθώς η χώρα εκσυγχρονίζεται και η οικονομία της αναπτύσσεται. Οι Ηνωμένες Πολιτείες παρουσίασαν αύξηση της ζήτησης κατά 12 τοις εκατό κάθε χρόνο των τριών πρώτων δεκαετιών του 20ού αιώνα. Αυτός ο ρυθμός ανάπτυξης παρατηρείται επί του παρόντος σε αναδυόμενες οικονομίες όπως η Ινδία ή η Κίνα. Ιστορικά, ο ρυθμός αύξησης της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας έχει ξεπεράσει τον ρυθμό αύξησης της ζήτησης για άλλα είδη ενέργειας.

Οι περιβαλλοντικές ανησυχίες που σχετίζονται με την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχουν οδηγήσει σε αυξημένη εστίαση στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, ιδιαίτερα αιολικές και υδροηλεκτρικές μονάδες. Αν και μπορεί κανείς να αναμένει συνεχή συζήτηση σχετικά με τον αντίκτυπο στο περιβάλλον διάφορα μέσαπαραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η τελική του μορφή είναι σχετικά καθαρή.

Μέθοδοι χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας

Η μετάδοση της ηλεκτρικής ενέργειας είναι πολύ με βολικό τρόπομετάδοση ενέργειας, και έχει προσαρμοστεί σε έναν τεράστιο και αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών. Η εφεύρεση του πρακτικού λαμπτήρα πυρακτώσεως στη δεκαετία του 1870 οδήγησε στο ότι ο φωτισμός ήταν μια από τις πρώτες μαζικά παραγόμενες χρήσεις ηλεκτρικής ενέργειας. Αν και η ηλεκτροδότηση εγκυμονούσε τους δικούς της κινδύνους, η αντικατάσταση της ανοιχτής φλόγας του φωτισμού αερίου μείωσε σημαντικά τον κίνδυνο πυρκαγιών μέσα σε σπίτια και εργοστάσια. Έχουν δημιουργηθεί επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας σε πολλές πόλεις για να καλύψουν την αυξανόμενη αγορά ηλεκτρικού φωτισμού.

Το φαινόμενο Joule με αντίσταση θέρμανσης χρησιμοποιείται σε νήματα λαμπτήρων πυρακτώσεως και βρίσκει επίσης πιο άμεσες εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρική θέρμανση. Αν και αυτή η μέθοδος θέρμανσης είναι ευέλικτη και ελεγχόμενη, μπορεί να θεωρηθεί σπατάλη, καθώς οι περισσότερες μέθοδοι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας απαιτούν ήδη την παραγωγή θερμικής ενέργειας σε μια μονάδα παραγωγής ενέργειας. Ορισμένες χώρες, όπως η Δανία, έχουν εκδώσει νόμους που περιορίζουν ή απαγορεύουν τη χρήση θέρμανσης με ηλεκτρική αντίσταση σε νέα κτίρια. Η ηλεκτρική ενέργεια, ωστόσο, εξακολουθεί να είναι μια πολύ πρακτική πηγή ενέργειας για θέρμανση και ψύξη, με τα κλιματιστικά ή τις αντλίες θερμότητας να αντιπροσωπεύουν έναν αυξανόμενο τομέα ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας θέρμανσης και ψύξης, τις συνέπειες του οποίου οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας καλούνται όλο και περισσότερο να λαμβάνουν υπόψη.

Ο ηλεκτρισμός χρησιμοποιείται στις τηλεπικοινωνίες και στην πραγματικότητα ο ηλεκτρικός τηλέγραφος, του οποίου η εμπορική χρήση αποδείχθηκε το 1837 από τους Cook και Wheatstone, ήταν μια από τις πρώτες εφαρμογές ηλεκτρικών τηλεπικοινωνιών. Με την κατασκευή των πρώτων διηπειρωτικών και στη συνέχεια υπερατλαντικών τηλεγραφικών συστημάτων τη δεκαετία του 1860, ο ηλεκτρισμός κατέστησε δυνατή την επικοινωνία μέσα σε λίγα λεπτά με τα πάντα. την υδρόγειο. Οι οπτικές ίνες και οι δορυφορικές επικοινωνίες έχουν καταλάβει την αγορά συστημάτων επικοινωνιών, αλλά η ηλεκτρική ενέργεια αναμένεται να παραμείνει σημαντικό μέρος αυτής της διαδικασίας.

Η πιο προφανής χρήση των επιπτώσεων του ηλεκτρομαγνητισμού εμφανίζεται στον ηλεκτρικό κινητήρα, ο οποίος είναι καθαρός και αποτελεσματική θεραπείακινητήρια δύναμη. Ένας σταθερός κινητήρας όπως ένα βαρούλκο μπορεί εύκολα να τροφοδοτηθεί, αλλά ένας κινητήρας για φορητές εφαρμογές όπως ένα ηλεκτρικό όχημα πρέπει είτε να φέρει μαζί του πηγές ενέργειας όπως μπαταρίες είτε να συλλέγει ρεύμα από μια συρόμενη επαφή γνωστή ως παντογράφος.

Οι ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούν το τρανζίστορ, ίσως μια από τις πιο σημαντικές εφευρέσεις του εικοστού αιώνα, η οποία είναι θεμελιώδης οικοδομικό τετράγωνοόλα τα σύγχρονα σχήματα. Ένα σύγχρονο ολοκληρωμένο κύκλωμα μπορεί να περιέχει πολλά δισεκατομμύρια μικροσκοπικά τρανζίστορ σε μια περιοχή μόλις λίγων τετραγωνικών εκατοστών.

Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται επίσης ως πηγή καυσίμου για τις δημόσιες συγκοινωνίες, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών λεωφορείων και τρένων.

Η επίδραση του ηλεκτρισμού στους ζωντανούς οργανισμούς

Η επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος στο ανθρώπινο σώμα

Η τάση που εφαρμόζεται στο ανθρώπινο σώμα προκαλεί τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του ιστού, και παρόλο που αυτή η σχέση δεν είναι γραμμική, όσο περισσότερη τάση εφαρμόζεται, τόσο περισσότερο ρεύμα προκαλεί. Το όριο αντίληψης ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα τροφοδοσίας και τη θέση του ρεύματος, και είναι περίπου 0,1 mA έως 1 mA για την ηλεκτρική ενέργεια συχνότητας δικτύου, αν και ρεύμα τόσο μικρό όσο ένα μικροαμπέρ μπορεί να ανιχνευθεί ως φαινόμενο ηλεκτροδόνησης υπό ορισμένες συνθήκες. Εάν το ρεύμα είναι αρκετά μεγάλο, μπορεί να προκαλέσει μυϊκή σύσπαση, καρδιακή αρρυθμία και εγκαύματα ιστών. Η απουσία οποιωνδήποτε ορατών ενδείξεων ότι ένας αγωγός είναι ενεργός καθιστά τον ηλεκτρισμό ιδιαίτερα επικίνδυνο. Ο πόνος που προκαλείται από το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να είναι έντονος, με αποτέλεσμα ο ηλεκτρισμός να χρησιμοποιείται μερικές φορές ως μέθοδος βασανιστηρίων. Η θανατική ποινή που επιβάλλεται με ηλεκτροπληξία ονομάζεται ηλεκτροπληξία. Η ηλεκτροπληξία εξακολουθεί να είναι ένα μέσο δικαστικής τιμωρίας σε ορισμένες χώρες, αν και η χρήση της έχει γίνει λιγότερο συχνή τον τελευταίο καιρό.

Ηλεκτρικά φαινόμενα στη φύση

Ο ηλεκτρισμός δεν είναι ανθρώπινη εφεύρεση, αλλά μπορεί να παρατηρηθεί με διάφορες μορφές στη φύση, μια αξιοσημείωτη εκδήλωση της οποίας είναι ο κεραυνός. Πολλές αλληλεπιδράσεις γνωστές σε μακροσκοπικό επίπεδο, όπως η αφή, η τριβή ή χημικός δεσμός, προκαλούνται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρικών πεδίων σε ατομικό επίπεδο. Το μαγνητικό πεδίο της Γης πιστεύεται ότι προέρχεται από φυσική παραγωγήκυκλοφορούν ρεύματα στον πυρήνα του πλανήτη. Μερικοί κρύσταλλοι, όπως ο χαλαζίας, ή ακόμα και η ζάχαρη, είναι ικανοί να δημιουργούν διαφορές δυναμικού στις επιφάνειές τους όταν υποβάλλονται σε εξωτερική πίεση. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως πιεζοηλεκτρισμός, από το ελληνικό piezein (πιέζειν), που σημαίνει «πιέζω», ανακαλύφθηκε το 1880 από τους Pierre και Jacques Curie. Αυτό το φαινόμενο είναι αναστρέψιμο και όταν ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό εκτίθεται σε ηλεκτρικό πεδίο, υπάρχει μια μικρή αλλαγή στις φυσικές του διαστάσεις.

Ορισμένοι οργανισμοί, όπως οι καρχαρίες, είναι σε θέση να ανιχνεύουν και να ανταποκρίνονται σε αλλαγές στα ηλεκτρικά πεδία, μια ικανότητα γνωστή ως ηλεκτρολήψη. Ταυτόχρονα, άλλοι οργανισμοί, που ονομάζονται ηλεκτρογονικοί, είναι ικανοί να παράγουν οι ίδιοι τάσεις, κάτι που τους χρησιμεύει ως αμυντικό ή αρπακτικό όπλο. Τα ψάρια της τάξης Gymnotiiformes, από τα οποία το ηλεκτρικό χέλι είναι ο πιο διάσημος εκπρόσωπος, μπορούν να εντοπίσουν ή να αναισθητοποιήσουν το θήραμά τους με τη βοήθεια υψηλής τάσηςπαράγονται από τροποποιημένα μυϊκά κύτταρα που ονομάζονται ηλεκτροκύτταρα. Όλα τα ζώα μεταδίδουν πληροφορίες στις κυτταρικές μεμβράνες μέσω παλμών τάσης που ονομάζονται δυναμικά δράσης, των οποίων η λειτουργία είναι να παρέχουν στο νευρικό σύστημα επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων και των μυών. Η ηλεκτροπληξία διεγείρει αυτό το σύστημα και προκαλεί συστολή των μυών. Οι δυνατότητες δράσης είναι επίσης υπεύθυνες για τον συντονισμό των δραστηριοτήτων ορισμένων εγκαταστάσεων.

Το 1850, ο William Gladstone ρώτησε τον επιστήμονα Michael Faraday ποια είναι η αξία του ηλεκτρισμού. Ο Φαραντέι απάντησε: «Μια μέρα, κύριε, θα μπορέσετε να τον φορολογήσετε».

Τον 19ο και τις αρχές του 20ου αιώνα, ο ηλεκτρισμός δεν ήταν μέρος του Καθημερινή ζωήπολλοί άνθρωποι, ακόμη και στον βιομηχανοποιημένο δυτικό κόσμο. Η λαϊκή κουλτούρα της εποχής, συνεπώς, συχνά τον απεικόνιζε ως μια μυστηριώδη, οιονεί μαγική δύναμη που μπορούσε να σκοτώσει τους ζωντανούς, να αναστήσει νεκρούς ή με άλλο τρόπο να αλλάξει τους νόμους της φύσης. Αυτή η άποψη άρχισε να κυριαρχεί με τα πειράματα του Galvani το 1771, τα οποία έδειξαν τα πόδια των νεκρών βατράχων να συσπώνται όταν χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρισμός στα ζώα. Η «αναζωογόνηση» ή η αναζωογόνηση φαινομενικά νεκρών ή πνιγμένων ατόμων αναφέρθηκε στην ιατρική βιβλιογραφία λίγο μετά το έργο του Galvani. Αυτές οι αναφορές έγιναν γνωστές στη Mary Shelley όταν άρχισε να γράφει το Frankenstein (1819), αν και δεν υποδεικνύει μια τέτοια μέθοδο αναβίωσης του τέρατος. Η ζωή των τεράτων με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας έγινε δημοφιλές θέμα στις ταινίες τρόμου αργότερα.

Καθώς η ευαισθητοποίηση του κοινού για τον ηλεκτρισμό, τη ζωτική πηγή της δεύτερης βιομηχανικής επανάστασης, αυξανόταν, οι χρήστες του εμφανίζονταν συχνά με θετικό πρίσμα, όπως οι ηλεκτρολόγοι που περιγράφονταν ως «θάνατος μέσα από τα γάντια τους που παγώνουν τα δάχτυλά τους καθώς υφαίνουν τα καλώδια». Το ποίημα του Ράντγιαρντ Κίπλινγκ του 1907. "Sons of Martha" Μια ποικιλία ηλεκτροκίνητων οχημάτων κατείχε εξέχουσα θέση στις ιστορίες περιπέτειας του Ιουλίου Βερν και του Τομ Σουίφτ. Οι ειδικοί ηλεκτρολόγοι, είτε φανταστικοί είτε πραγματικοί - συμπεριλαμβανομένων επιστημόνων όπως ο Thomas Edison, ο Charles Steinmetz ή ο Nikola Tesla - θεωρήθηκαν ευρέως ως μάγοι με μαγικές δυνάμεις.

Καθώς ο ηλεκτρισμός έπαψε να είναι καινοτομία και έγινε αναγκαιότητα στην καθημερινή ζωή στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα, έλαβε ιδιαίτερη προσοχή από τη λαϊκή κουλτούρα μόνο όταν σταμάτησε να προμηθεύεται, ένα γεγονός που συνήθως σηματοδοτεί καταστροφή. Οι άνθρωποι που υποστηρίζουν την άφιξή του, όπως ο ανώνυμος ήρωας του τραγουδιού του Jimmy Webb "Wichita Lineman" (1968), παρουσιάζονταν όλο και περισσότερο ως ηρωικοί και μαγικοί χαρακτήρες.

Ή ηλεκτροπληξίαονομάζεται κατευθυντικά κινούμενο ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων, όπως ηλεκτρόνια. Ο ηλεκτρισμός αναφέρεται επίσης στην ενέργεια που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας κίνησης φορτισμένων σωματιδίων και στον φωτισμό που λαμβάνεται με βάση αυτή την ενέργεια. Ο όρος «ηλεκτρισμός» εισήχθη από τον Άγγλο επιστήμονα William Gilbert το 1600 στο δοκίμιό του «On the Magnet, Magnetic Bodies, and the Great Magnet-Earth».

Ο Gilbert διεξήγαγε πειράματα με το κεχριμπάρι, το οποίο, ως αποτέλεσμα της τριβής με το ύφασμα, ήταν σε θέση να προσελκύσει άλλα ελαφριά σώματα, δηλαδή απέκτησε ένα ορισμένο φορτίο. Και επειδή το κεχριμπάρι μεταφράζεται από τα ελληνικά ως ηλεκτρόνιο, το φαινόμενο που παρατήρησε ο επιστήμονας ονομάστηκε «ηλεκτρισμός».

Ηλεκτρική ενέργεια

Μια μικρή θεωρία για τον ηλεκτρισμό

Ο ηλεκτρισμός μπορεί να δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω από αγωγούς ηλεκτρικού ρεύματος ή φορτισμένα σώματα. Μέσω ηλεκτρικού πεδίου είναι δυνατό να επηρεαστούν άλλα σώματα με ηλεκτρικό φορτίο.fv

Τα ηλεκτρικά φορτία, όπως όλοι γνωρίζουν, χωρίζονται σε θετικά και αρνητικά. Αυτή η επιλογή είναι υπό όρους, ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι έχει γίνει από παλιά ιστορικά, μόνο για αυτόν τον λόγο αποδίδεται ένα συγκεκριμένο πρόσημο σε κάθε χρέωση.

Τα σώματα που είναι φορτισμένα με τον ίδιο τύπο ζωδίου απωθούν το ένα το άλλο και αυτά που έχουν διαφορετικά φορτία, αντίθετα, έλκονται.

Κατά την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων, δηλαδή την ύπαρξη ηλεκτρισμού, εκτός από το ηλεκτρικό πεδίο προκύπτει και μαγνητικό πεδίο. Αυτό σας επιτρέπει να ρυθμίσετε σχέση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού.

Είναι ενδιαφέρον ότι υπάρχουν σώματα που διεξάγουν ηλεκτρικό ρεύμα ή σώματα με πολύ μεγάλη αντίσταση.Αυτό ανακάλυψε ο Άγγλος επιστήμονας Stephen Gray το 1729.

Η μελέτη του ηλεκτρισμού, πληρέστερα και βασικά, πραγματοποιείται από μια τέτοια επιστήμη όπως η θερμοδυναμική. Ωστόσο, οι κβαντικές ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και των φορτισμένων σωματιδίων μελετώνται από μια εντελώς διαφορετική επιστήμη - την κβαντική θερμοδυναμική, αλλά ορισμένα κβαντικά φαινόμενα μπορούν να εξηγηθούν πολύ απλά από συνηθισμένες κβαντικές θεωρίες.

Βασικά στοιχεία Ηλεκτρισμού

Ιστορία της ανακάλυψης του ηλεκτρισμού

Αρχικά, πρέπει να ειπωθεί ότι δεν υπάρχει τέτοιος επιστήμονας που να μπορεί να θεωρηθεί ο ανακάλυψη του ηλεκτρισμού, αφού από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα, πολλοί επιστήμονες μελετούν τις ιδιότητές του και μαθαίνουν κάτι νέο για τον ηλεκτρισμό.

• Ο πρώτος που ενδιαφέρθηκε για τον ηλεκτρισμό ήταν ο αρχαίος Έλληνας φιλόσοφος Θαλής. Ανακάλυψε ότι το κεχριμπάρι, που τρίβεται στο μαλλί, αποκτά την ιδιότητα να έλκει άλλα ελαφριά σώματα.
• Στη συνέχεια, ένας άλλος αρχαίος Έλληνας επιστήμονας, ο Αριστοτέλης, μελέτησε ορισμένα χέλια που χτυπούσαν τους εχθρούς, όπως γνωρίζουμε τώρα, με ηλεκτρική εκκένωση.
• Το 70 μ.Χ., ο Ρωμαίος συγγραφέας Πλίνιος μελέτησε τις ηλεκτρικές ιδιότητες της ρητίνης.
• Ωστόσο τότε για πολύ καιρόδεν αποκτήθηκαν γνώσεις για την ηλεκτρική ενέργεια.
• Και μόνο τον 16ο αιώνα, ο αυλικός γιατρός της Αγγλικής Βασίλισσας Ελισάβετ 1, Γουίλιαμ Γκίλμπερτ, άρχισε να μελετά τις ηλεκτρικές ιδιότητες και έκανε μια σειρά από ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις. Μετά από αυτό, άρχισε κυριολεκτικά η «ηλεκτρική τρέλα».
• Μόλις το 1600 εμφανίστηκε ο όρος «ηλεκτρισμός», που εισήχθη από τον Άγγλο επιστήμονα William Gilbert.
• Το 1650, χάρη στον δάσκαλο του Μαγδεμβούργου, Otto von Guericke, ο οποίος εφηύρε μια ηλεκτροστατική μηχανή, κατέστη δυνατή η παρατήρηση της επίδρασης της απώθησης των σωμάτων υπό την επίδραση του ηλεκτρισμού.
• Το 1729, ο Άγγλος επιστήμονας Stephen Gray, ενώ διεξήγαγε πειράματα για τη μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος σε απόσταση, ανακάλυψε κατά λάθος ότι δεν έχουν όλα τα υλικά την ικανότητα να μεταδίδουν ηλεκτρισμό εξίσου.
• Το 1733, ο Γάλλος επιστήμονας Charles Dufay ανακάλυψε την ύπαρξη δύο ειδών ηλεκτρισμού, που ονόμασε γυαλί και ρητίνη. Έλαβαν αυτά τα ονόματα λόγω του ότι αποκαλύφθηκαν με τρίψιμο γυαλιού στο μετάξι και ρητίνης στο μαλλί.
• Ο πρώτος πυκνωτής, δηλαδή μια συσκευή αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας, εφευρέθηκε από τον Ολλανδό Pieter van Musschenbroek το 1745. Αυτός ο πυκνωτής ονομαζόταν βάζο Leyden.
• Το 1747, ο Αμερικανός B. Franklin δημιούργησε την πρώτη στον κόσμο θεωρία του ηλεκτρισμού. Σύμφωνα με τον Franklin, ο ηλεκτρισμός είναι ένα άυλο υγρό ή ρευστό. Μια άλλη από τις υπηρεσίες του Φράνκλιν στην επιστήμη είναι ότι εφηύρε το αλεξικέραυνο και με τη βοήθεια του απέδειξε ότι ο κεραυνός έχει ηλεκτρική προέλευση. Εισήγαγε επίσης τις έννοιες των θετικών και αρνητικών φορτίων, αλλά δεν ανακάλυψε φορτία. Αυτή η ανακάλυψη έγινε από τον επιστήμονα Simmer, ο οποίος απέδειξε την ύπαρξη πόλων φορτίου: θετικού και αρνητικού.
• Η μελέτη των ιδιοτήτων του ηλεκτρισμού μεταφέρθηκε στις ακριβείς επιστήμες αφού το 1785 ο Coulomb ανακάλυψε το νόμο σχετικά με τη δύναμη αλληλεπίδρασης που εμφανίζεται μεταξύ σημειακών ηλεκτρικών φορτίων, ο οποίος ονομάστηκε νόμος του Coulomb.
• Στη συνέχεια, το 1791, ο Ιταλός επιστήμονας Galvani δημοσίευσε μια πραγματεία που ανέφερε ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργείται στους μύες των ζώων όταν κινούνται.
• Η εφεύρεση της μπαταρίας από έναν άλλο Ιταλό επιστήμονα, τον Βόλτα, το 1800, οδήγησε στην ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης του ηλεκτρισμού και στη συνέχεια σε μια σειρά σημαντικών ανακαλύψεων στον τομέα αυτό.
• Ακολούθησαν οι ανακαλύψεις των Faraday, Maxwell και Ampere, που έγιναν σε μόλις 20 χρόνια.
• Το 1874, ο Ρώσος μηχανικός A.N. Lodygin έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως με ράβδο άνθρακα, που εφευρέθηκε το 1872. Στη συνέχεια, η λάμπα άρχισε να χρησιμοποιεί μια ράβδο βολφραμίου. Και το 1906, πούλησε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του στην εταιρεία του Thomas Edison.
• Το 1888, ο Hertz κατέγραψε ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
• Το 1879, ο Τζόζεφ Τόμσον ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο, το οποίο είναι ο υλικός φορέας του ηλεκτρισμού.
• Το 1911, ο Γάλλος Georges Claude εφηύρε την πρώτη λάμπα νέον στον κόσμο.
• Ο εικοστός αιώνας έδωσε στον κόσμο τη θεωρία της Κβαντικής Ηλεκτροδυναμικής.
• Το 1967 έγινε ένα ακόμη βήμα προς τη μελέτη των ιδιοτήτων του ηλεκτρισμού. Φέτος δημιουργήθηκε η θεωρία των ηλεκτροασθενών αλληλεπιδράσεων.

Ωστόσο, αυτές είναι μόνο οι κύριες ανακαλύψεις που έγιναν από επιστήμονες που συνέβαλαν στη χρήση του ηλεκτρισμού. Όμως η έρευνα συνεχίζεται σήμερα και κάθε χρόνο γίνονται ανακαλύψεις στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας.

Όλοι είναι σίγουροι ότι ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος από άποψη ανακαλύψεων που σχετίζονται με την ηλεκτρική ενέργεια ήταν ο Νίκολα Τέσλα. Ο ίδιος γεννήθηκε στην Αυστριακή Αυτοκρατορία, τώρα το έδαφος της Κροατίας. Οι αποσκευές των εφευρέσεων και των επιστημονικών του έργων περιλαμβάνουν: εναλλασσόμενο ρεύμα, θεωρία πεδίου, αιθέρα, ραδιόφωνο, συντονισμό και πολλά άλλα. Κάποιοι παραδέχονται την πιθανότητα ότι το φαινόμενο « Μετεωρίτης Tunguska», αυτό δεν είναι τίποτα άλλο από το έργο των χεριών του ίδιου του Νίκολα Τέσλα, δηλαδή μια έκρηξη τεράστιας ισχύος στη Σιβηρία.

Άρχοντας του Κόσμου - Νίκολα Τέσλα

Για κάποιο διάστημα πίστευαν ότι ο ηλεκτρισμός δεν υπήρχε στη φύση. Ωστόσο, αφού ο B. Franklin διαπίστωσε ότι ο κεραυνός έχει ηλεκτρική προέλευση, αυτή η άποψη έπαψε να υπάρχει.

Η σημασία του ηλεκτρισμού στη φύση, όπως και στην ανθρώπινη ζωή, είναι αρκετά τεράστια. Άλλωστε, ήταν ο κεραυνός που οδήγησε στη σύνθεση αμινοξέων και, κατά συνέπεια, στην εμφάνιση της ζωής στη γη.

Διεργασίες στο νευρικό σύστημα των ανθρώπων και των ζώων, όπως η κίνηση και η αναπνοή, συμβαίνουν λόγω νευρικών ερεθισμάτων που προκύπτουν από τον ηλεκτρισμό που υπάρχει στους ιστούς των ζωντανών όντων.

Μερικοί τύποι ψαριών χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια, ή μάλλον ηλεκτρικές εκκενώσεις, για να προστατευτούν από τους εχθρούς, να αναζητήσουν τροφή κάτω από το νερό και να την αποκτήσουν. Τέτοια ψάρια είναι: τα χέλια, τα λυχνάρια, οι ηλεκτρικές ακτίνες ακόμα και μερικοί καρχαρίες. Όλα αυτά τα ψάρια έχουν ένα ειδικό ηλεκτρικό όργανο που λειτουργεί με την αρχή του πυκνωτή, δηλαδή συσσωρεύει ένα αρκετά μεγάλο ηλεκτρικό φορτίο και στη συνέχεια το εκφορτώνει στο θύμα που αγγίζει ένα τέτοιο ψάρι. Επίσης, ένα τέτοιο όργανο λειτουργεί με συχνότητα αρκετών εκατοντάδων hertz και έχει τάση αρκετών βολτ. Η τρέχουσα ισχύς του ηλεκτρικού οργάνου των ψαριών αλλάζει με την ηλικία: όσο μεγαλώνει το ψάρι, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του ρεύματος. Επίσης, χάρη στο ηλεκτρικό ρεύμα, τα ψάρια που ζουν σε μεγάλα βάθη πλοηγούνται στο νερό. Το ηλεκτρικό πεδίο παραμορφώνεται από τη δράση αντικειμένων στο νερό. Και αυτές οι παραμορφώσεις βοηθούν τα ψάρια να πλοηγηθούν.

Θανατηφόρα πειράματα. Ηλεκτρική ενέργεια

Λήψη ρεύματος

Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής δημιουργήθηκαν ειδικά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με τη βοήθεια γεννητριών, δημιουργείται ηλεκτρική ενέργεια, η οποία στη συνέχεια μεταφέρεται στους χώρους κατανάλωσης μέσω ηλεκτροφόρων γραμμών. Το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργείται λόγω της μετατροπής της μηχανικής ή εσωτερικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής χωρίζονται σε: υδροηλεκτρικούς σταθμούς ή ΥΗΣ, θερμικούς πυρηνικούς, αιολικούς, παλιρροιακούς, ηλιακούς και άλλους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς, οι τουρμπίνες γεννήτριας που κινούνται από τη ροή του νερού παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς ή, με άλλα λόγια, θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, παράγεται επίσης ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά αντί για νερό χρησιμοποιείται υδρατμός, ο οποίος προκύπτει κατά τη θέρμανση του νερού κατά την καύση καυσίμου, για παράδειγμα, άνθρακα.

Μια πολύ παρόμοια αρχή λειτουργίας χρησιμοποιείται σε πυρηνικό εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγήςή πυρηνικό εργοστάσιο. Μόνο οι πυρηνικοί σταθμοί χρησιμοποιούν διαφορετικό τύπο καυσίμου - ραδιενεργά υλικά, για παράδειγμα, ουράνιο ή πλουτώνιο. Οι πυρήνες τους διασπώνται, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση πολύ μεγάλης ποσότητας θερμότητας, η οποία χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του νερού και τη μετατροπή του σε υδρατμούς, οι οποίοι στη συνέχεια εισέρχονται σε μια τουρμπίνα που παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Τέτοιοι σταθμοί απαιτούν πολύ λίγα καύσιμα για να λειτουργήσουν. Έτσι, δέκα γραμμάρια ουρανίου παράγουν την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας με ένα αυτοκίνητο άνθρακα.

Χρήση ηλεκτρικής ενέργειας

Στις μέρες μας η ζωή χωρίς ηλεκτρισμό γίνεται αδύνατη. Έχει ενσωματωθεί αρκετά στη ζωή των ανθρώπων του εικοστού πρώτου αιώνα. Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται συχνά για φωτισμό, για παράδειγμα με χρήση ηλεκτρικού ή λαμπτήρα νέον, και για μετάδοση όλων των ειδών πληροφοριών χρησιμοποιώντας τηλέφωνο, τηλεόραση και ραδιόφωνο, και στο παρελθόν, τηλέγραφο. Επίσης, τον εικοστό αιώνα, εμφανίστηκε ένας νέος τομέας εφαρμογής της ηλεκτρικής ενέργειας: μια πηγή ενέργειας για ηλεκτρικούς κινητήρες τραμ, τρένα μετρό, τρόλεϊ και ηλεκτρικά τρένα. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι απαραίτητη για τη λειτουργία διαφόρων οικιακών συσκευών που βελτιώνουν σημαντικά τη ζωή ΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΑΝΘΡΩΠΟΣ.

Σήμερα χρησιμοποιείται και ηλεκτρική ενέργεια για την παραγωγή ποιοτικά υλικάκαι την επεξεργασία τους. Οι ηλεκτρικές κιθάρες, που τροφοδοτούνται από ηλεκτρισμό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μουσικής. Ο ηλεκτρισμός συνεχίζει επίσης να χρησιμοποιείται ως ανθρώπινη μέθοδος δολοφονίας εγκληματιών (η ηλεκτρική καρέκλα) σε χώρες που επιτρέπουν τη θανατική ποινή.

Επίσης, λαμβάνοντας υπόψη ότι η ζωή ενός σύγχρονου ανθρώπου γίνεται σχεδόν αδύνατη χωρίς υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα, που απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια για να λειτουργήσουν, η σημασία του ηλεκτρισμού θα είναι αρκετά δύσκολο να υπερεκτιμηθεί.

Ο ηλεκτρισμός στη μυθολογία και την τέχνη

Στη μυθολογία σχεδόν όλων των εθνών υπάρχουν θεοί που είναι ικανοί να πετάξουν κεραυνούς, δηλαδή που μπορούν να χρησιμοποιήσουν ηλεκτρισμό. Για παράδειγμα, μεταξύ των Ελλήνων αυτός ο θεός ήταν ο Δίας, μεταξύ των Ινδουιστών ήταν η Agni, που μπορούσε να μετατραπεί σε κεραυνό, μεταξύ των Σλάβων ήταν ο Perun, και μεταξύ των Σκανδιναβικών λαών ήταν ο Thor.

Τα κινούμενα σχέδια έχουν και ρεύμα. Έτσι, στο κινούμενο σχέδιο της Disney Black Cape υπάρχει ένας αντι-ήρωας Megavolt, ο οποίος είναι σε θέση να ελέγχει την ηλεκτρική ενέργεια. Στα ιαπωνικά κινούμενα σχέδια, η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται από το Pokemon Pikachu.

συμπέρασμα

Η μελέτη των ιδιοτήτων του ηλεκτρισμού ξεκίνησε από την αρχαιότητα και συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Έχοντας μάθει τις βασικές ιδιότητες του ηλεκτρισμού και μαθαίνοντας να τις χρησιμοποιούν σωστά, οι άνθρωποι έχουν κάνει τη ζωή τους πολύ πιο εύκολη. Ο ηλεκτρισμός χρησιμοποιείται επίσης σε εργοστάσια, εργοστάσια κ.λπ., δηλαδή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απόκτηση άλλων οφελών. Η σημασία του ηλεκτρισμού, τόσο στη φύση όσο και στη ζωή του σύγχρονου ανθρώπου, είναι τεράστια. Χωρίς ένα τέτοιο ηλεκτρικό φαινόμενο όπως ο κεραυνός, η ζωή δεν θα είχε προκύψει στη γη και χωρίς νευρικές παρορμήσεις, που προκύπτουν επίσης λόγω ηλεκτρισμού, δεν θα ήταν δυνατό να εξασφαλιστεί συντονισμένη εργασία μεταξύ όλων των μερών των οργανισμών.

Οι άνθρωποι ήταν πάντα ευγνώμονες στον ηλεκτρισμό, ακόμη και όταν δεν γνώριζαν για την ύπαρξή του. Προίκισαν τους κύριους θεούς τους με την ικανότητα να ρίχνουν κεραυνούς.

Ο σύγχρονος άνθρωπος επίσης δεν ξεχνά τον ηλεκτρισμό, αλλά είναι δυνατόν να το ξεχάσει; Δίνει ηλεκτρική ενέργεια σε χαρακτήρες κινουμένων σχεδίων και ταινιών, κατασκευάζει εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και πολλά άλλα.

Έτσι, ο ηλεκτρισμός είναι το μεγαλύτερο δώρο που μας έχει δώσει η ίδια η φύση και το οποίο, ευτυχώς, έχουμε μάθει να χρησιμοποιούμε.

Υπάρχει μια αόρατη δύναμη που ρέει μέσα σε βιολογικά αντικείμενα και άψυχα περιβάλλοντα. Αυτή η δύναμη ονομάζεται ηλεκτρισμός. Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια; Αυτή είναι η ενέργεια που δημιουργείται από την κίνηση και την αλληλεπίδραση φορτισμένων σωματιδίων. Ο όρος "ηλεκτρισμός" προέρχεται από την ελληνική λέξη "ηλεκτρόνιο", που μεταφράζεται ως "κεχριμπαρένιο". Οι αρχαίοι Έλληνες ανακάλυψαν ότι το τρίψιμο αυτής της πέτρας θα μπορούσε να παράγει ένα μικρό στατικό φορτίο. Όμως οι άνθρωποι έμαθαν να δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα για τις ανάγκες τους μόλις στις αρχές του 19ου αιώνα.

Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια και από πού προέρχεται;

Όλα τα άψυχα αντικείμενα γύρω μας, οι άνθρωποι ακόμα και ο αέρας, αποτελούνται από άτομα. Ένα άτομο είναι ένας πυρήνας γύρω από τον οποίο περιφέρονται τα ηλεκτρόνια. Πρόκειται για ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο που έλκεται από τον πυρήνα, αλλά δεν συνδέεται με αυτόν, αφού βρίσκεται σε συνεχή κίνηση. Τα ηλεκτρόνια εξουδετερώνουν θετικά φορτισμένα σωματίδια, πρωτόνια. Επομένως, το άτομο ως σύνολο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

Είναι δυνατό με κατευθυνόμενη κίνηση ηλεκτρονίων σε άλλο άτομο. Αυτή η κίνηση δημιουργείται χρησιμοποιώντας το μαγνητικό πεδίο της γεννήτριας, την τριβή ή χημική αντίδρασηστην μπαταρία. Η διαδικασία βασίζεται στην ιδιότητα της έλξης παρόμοιων φορτισμένων σωματιδίων και της απώθησης αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων.

Ως αποτέλεσμα της στοχευμένης κίνησης φορτισμένων σωματιδίων υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, προκύπτει ένα ρεύμα. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μεταδοθεί ελεύθερα μέσω ορισμένων υλικών που ονομάζονται αγωγοί. Για παράδειγμα, χαλκός και άλλα μέταλλα, νερό. Τα υλικά που δεν μπορούν να μεταφέρουν ρεύμα ονομάζονται μονωτές. Καλοί μονωτές είναι το ξύλο, το πλαστικό και ο εβονίτης.

ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ

Ο στατικός ηλεκτρισμός σχηματίζεται ως αποτέλεσμα μιας ανισορροπίας πρωτονίων και ηλεκτρονίων μέσα σε ένα άτομο, που συνήθως προκύπτει από τριβή. Ένας άλλος λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι η επαφή δύο διηλεκτρικών, μεταξύ των οποίων προκύπτει μια διαφορά δυναμικού.

Στην καθημερινή ζωή, οι άνθρωποι αντιμετωπίζουν στατικό ηλεκτρισμό σχεδόν καθημερινά. Για παράδειγμα, συνθετικά ρούχαΌταν φοριέται και τρίβεται στο σώμα, συσσωρεύει ένα μικρό φορτίο και όταν γδύνεται, μπορείτε να ακούσετε ένα ελαφρύ τρίξιμο και να δείτε σπινθήρες. Παρόμοιο φαινόμενο συμβαίνει όταν χτενίζετε τα μαλλιά με πλαστική χτένα. Πηγές στατικού ηλεκτρισμού στο διαμέρισμα είναι οικιακές ηλεκτρικές συσκευές, υπολογιστές και εξοπλισμός γραφείου. Κατά τη λειτουργία, ηλεκτρίζουν μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης, τα οποία επικάθονται στο πάτωμα, τα έπιπλα, τα ρούχα και το ανθρώπινο δέρμα και εισέρχονται επίσης στην αναπνευστική οδό.

Ο στατικός ηλεκτρισμός επηρεάζει αρνητικά την ανθρώπινη υγεία. Με παρατεταμένη έκθεση, ένα στατικό φορτίο μπορεί να προκαλέσει διαταραχές στη λειτουργία του κεντρικού νευρικού και καρδιαγγειακού συστήματος, απώλεια ύπνου και όρεξης, ευερεθιστότητα και πονοκεφάλους.

Το περισσότερο φωτεινό παράδειγμαΗ εκδήλωση του στατικού ηλεκτρισμού στη φύση είναι ο κεραυνός. Μια ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της συσσώρευσης ηλεκτρονίων στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας.

Παραγωγή και χρήση ηλεκτρικής ενέργειας

Ο όγκος της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται κάθε χρόνο. Είναι απαραίτητο για θέρμανση, φωτισμό δωματίων και εξασφαλίζει εργασία βιομηχανικές επιχειρήσεις. Όλες οι οικιακές συσκευές, χωρίς τις οποίες η ανθρώπινη ζωή είναι αδιανόητη, λειτουργούν επίσης με ηλεκτρισμό.

Η συντριπτική πλειοψηφία της ηλεκτρικής ενέργειας για βιομηχανικές και ανάγκες του νοικοκυριούπου παράγεται σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίοι παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με τη χρήση γεννητριών και τη μεταδίδουν σε μεγάλες αποστάσεις μέσω ηλεκτροφόρων γραμμών. Ανάλογα με την πηγή ενέργειας, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής είναι τριών τύπων:

• πυρηνικά - χρησιμοποιούν ραδιενεργά υλικά (ουράνιο και πλουτώνιο) ως καύσιμο.
• θερμική - λειτουργεί με φυσικό αέριο, ντίζελ ή άνθρακα.
• υδροηλεκτρικοί σταθμοί - τουρμπίνες γεννήτριας περιστρέφονται από τη ροή του νερού.

Χρησιμοποιείται ως εναλλακτική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας ανεμογεννήτριες, γεννήτριες αερίου, ηλιακοί συλλέκτες.

Η ανακάλυψη του ηλεκτρισμού άλλαξε εντελώς την ανθρώπινη ζωή. Αυτό φυσικό φαινόμενοσυμμετέχει συνεχώς στην καθημερινή ζωή. Ο φωτισμός του σπιτιού και του δρόμου, η λειτουργία κάθε είδους συσκευών, η γρήγορη κίνησή μας - όλα αυτά θα ήταν αδύνατα χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό έγινε διαθέσιμο χάρη σε πολυάριθμες μελέτες και πειράματα. Ας εξετάσουμε τα κύρια στάδια στην ιστορία της ηλεκτρικής ενέργειας.

Αρχαία εποχή

Ο όρος «ηλεκτρισμός» προέρχεται από την αρχαία ελληνική λέξη «ηλεκτρόνιο», που σημαίνει «κεχριμπαρένιο». Η πρώτη αναφορά αυτού του φαινομένου συνδέεται με την αρχαιότητα. Αρχαίος Έλληνας μαθηματικός και φιλόσοφος Ο Θαλής της Μιλήτουτον 7ο αιώνα π.Χ μι. ανακάλυψε ότι εάν το κεχριμπάρι τρίβονταν με το μαλλί, η πέτρα αποκτούσε την ικανότητα να έλκει μικρά αντικείμενα.

Στην πραγματικότητα, ήταν ένα πείραμα για τη διερεύνηση της δυνατότητας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Στον σύγχρονο κόσμο, αυτή η μέθοδος είναι γνωστή ως το τριβοηλεκτρικό φαινόμενο, το οποίο καθιστά δυνατή την παραγωγή σπινθήρων και την προσέλκυση αντικειμένων μικρού βάρους. Παρά τη χαμηλή απόδοση αυτής της μεθόδου, μπορούμε να μιλήσουμε για τον Thales ως τον ανακάλυτη του ηλεκτρισμού.

ΣΕ ΑΡΧΑΙΑ χρονιαΑρκετά πιο δειλά βήματα έγιναν προς την ανακάλυψη της ηλεκτρικής ενέργειας:

• ο αρχαίος Έλληνας φιλόσοφος Αριστοτέλης τον 4ο αιώνα π.Χ. μι. μελέτησε ποικιλίες χελιών που μπορούν να επιτεθούν σε έναν εχθρό με ηλεκτρική εκκένωση.
• Ο αρχαίος Ρωμαίος συγγραφέας Πλίνιος διερεύνησε τις ηλεκτρικές ιδιότητες της ρητίνης το 70 μ.Χ.

Όλα αυτά τα πειράματα είναι απίθανο να μας βοηθήσουν να καταλάβουμε ποιος ανακάλυψε τον ηλεκτρισμό. Αυτά τα μεμονωμένα πειράματα δεν αναπτύχθηκαν. Τα επόμενα γεγονότα στην ιστορία του ηλεκτρισμού έλαβαν χώρα πολλούς αιώνες αργότερα.

Στάδια δημιουργίας θεωρίας

Ο 17ος-18ος αιώνες σημαδεύτηκε από τη δημιουργία των θεμελίων της παγκόσμιας επιστήμης. Από τον 17ο αιώνα, έχουν συμβεί πολλές ανακαλύψεις που στο μέλλον θα επιτρέψουν σε ένα άτομο να αλλάξει εντελώς τη ζωή του.

Εμφάνιση του όρου

Ο Άγγλος φυσικός και ιατρός της αυλής το 1600 δημοσίευσε το βιβλίο «On the Magnet and Magnetic Bodies», στο οποίο όρισε το «ηλεκτρικό». Εξήγησε τις ιδιότητες πολλών στερεάΜετά το τρίψιμο, προσελκύστε μικρά αντικείμενα. Όταν εξετάζουμε αυτό το γεγονός, πρέπει να κατανοήσουμε ότι δεν μιλάμε για την εφεύρεση του ηλεκτρισμού, αλλά μόνο για έναν επιστημονικό ορισμό.

Ο William Gilbert κατάφερε να εφεύρει μια συσκευή που ονομάζεται versor. Μπορούμε να πούμε ότι έμοιαζε με ένα σύγχρονο ηλεκτροσκόπιο, η λειτουργία του οποίου είναι να προσδιορίζει την παρουσία ηλεκτρικού φορτίου. Με τη χρήση του versor, διαπιστώθηκε ότι, εκτός από το κεχριμπάρι, τα ακόλουθα έχουν επίσης την ικανότητα να προσελκύουν ελαφριά αντικείμενα:

• ποτήρι;
• διαμάντι;
• ζαφείρι;
• αμέθυστος;
• οπάλιο;
• πλάκες?
• ανθρακορούνδιο.

Το 1663, ο Γερμανός μηχανικός, φυσικός και φιλόσοφος Otto von Guerickeεφηύρε μια συσκευή που ήταν πρωτότυπο ηλεκτροστατική γεννήτρια. Ήταν μια σφαίρα θείου τοποθετημένη σε μια μεταλλική ράβδο, η οποία περιστρεφόταν και τρίβονταν με το χέρι. Με τη βοήθεια αυτής της εφεύρεσης, ήταν δυνατό να δούμε σε δράση την ιδιότητα των αντικειμένων όχι μόνο να προσελκύουν, αλλά και να απωθούνται.

Τον Μάρτιο του 1672 ο διάσημος Γερμανός επιστήμονας Γκότφριντ Βίλχελμ Λάιμπνιτςσε επιστολή προς Guerickeανέφερε ότι ενώ δούλευε στη μηχανή του εντόπισε έναν ηλεκτρικό σπινθήρα. Αυτή ήταν η πρώτη απόδειξη ενός φαινομένου που ήταν μυστηριώδες εκείνη την εποχή. Ο Guericke δημιούργησε μια συσκευή που χρησίμευσε ως πρωτότυπο για όλες τις μελλοντικές ηλεκτρικές ανακαλύψεις.

Το 1729, ένας επιστήμονας από τη Μεγάλη Βρετανία Στίβεν Γκρέυπραγματοποίησε πειράματα που κατέστησαν δυνατή την ανακάλυψη της δυνατότητας μετάδοσης ηλεκτρικού φορτίου σε μικρές (έως 800 πόδια) αποστάσεις. Διαπίστωσε επίσης ότι η ηλεκτρική ενέργεια δεν μεταδίδεται μέσω της γης. Στη συνέχεια, αυτό κατέστησε δυνατή την ταξινόμηση όλων των ουσιών σε μονωτές και αγωγούς.

Δύο είδη χρεώσεων

Γάλλος επιστήμονας και φυσικός Charles Francois Dufayτο 1733 ανακάλυψε δύο ανόμοια ηλεκτρικά φορτία:

• "γυαλί", το οποίο τώρα ονομάζεται θετικό.
• «ρητινώδες», που ονομάζεται αρνητικό.

Στη συνέχεια πραγματοποίησε μελέτες ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων, οι οποίες απέδειξαν ότι διαφορετικά ηλεκτρισμένα σώματα θα έλκονται το ένα προς το άλλο και ότι παρόμοια ηλεκτρισμένα σώματα θα απωθούνται. Σε αυτά τα πειράματα, ο Γάλλος εφευρέτης χρησιμοποίησε ένα ηλεκτρόμετρο, το οποίο κατέστησε δυνατή τη μέτρηση της ποσότητας φορτίου.

Το 1745, ένας φυσικός από την Ολλανδία Pieter van Muschenbrouckεφηύρε το βάζο Leyden, το οποίο έγινε ο πρώτος ηλεκτρικός πυκνωτής. Δημιουργός του είναι επίσης ο Γερμανός δικηγόρος και φυσικός Ewald Jürgen von Kleist. Και οι δύο επιστήμονες έδρασαν παράλληλα και ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο. Αυτή η ανακάλυψη δίνει στους επιστήμονες κάθε δικαίωμα να συμπεριληφθούν στη λίστα με αυτούς που δημιούργησαν ηλεκτρική ενέργεια.

11 Οκτωβρίου 1745 Kleistπραγματοποίησε ένα πείραμα με ένα «ιατρικό βάζο» και ανακάλυψε την ικανότητα αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικών φορτίων. Στη συνέχεια, ενημέρωσε Γερμανούς επιστήμονες για την ανακάλυψη, μετά την οποία πραγματοποιήθηκε ανάλυση αυτής της εφεύρεσης στο Πανεπιστήμιο του Λέιντεν. Επειτα Pieter van Muschenbrouckδημοσίευσε το έργο του, χάρη στο οποίο η Leiden Bank έγινε διάσημη.

Βενιαμίν Φραγκλίνος

Το 1747, Αμερικανός πολιτικός, εφευρέτης και συγγραφέας Βενιαμίν Φραγκλίνοςδημοσίευσε το δοκίμιό του «Πειράματα και παρατηρήσεις με τον ηλεκτρισμό». Σε αυτό, παρουσίασε την πρώτη θεωρία του ηλεκτρισμού, στην οποία τον όρισε ως άυλο υγρό ή ρευστό.

Στον σύγχρονο κόσμο, το όνομα Franklin συνδέεται συχνά με το χαρτονόμισμα των εκατό δολαρίων, αλλά δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι ήταν ένας από τους μεγαλύτερους εφευρέτες της εποχής του. Η λίστα με τα πολλά επιτεύγματά του περιλαμβάνει:

1. Ο προσδιορισμός των ηλεκτρικών καταστάσεων που είναι γνωστός σήμερα είναι (-) και (+).
2. Ο Φράνκλιν απέδειξε την ηλεκτρική φύση του κεραυνού.
3. Μπόρεσε να καταλήξει και να παρουσιάσει ένα έργο αλεξικέραυνου το 1752.
4. Σκέφτηκε την ιδέα ενός ηλεκτροκινητήρα. Η ενσάρκωση αυτής της ιδέας ήταν η επίδειξη ενός τροχού που περιστρέφεται υπό την επίδραση ηλεκτροστατικών δυνάμεων.

Η δημοσίευση της θεωρίας του και οι πολυάριθμες εφευρέσεις δίνουν στον Φράνκλιν κάθε δικαίωμα να θεωρείται ένας από αυτούς που εφηύραν τον ηλεκτρισμό.

Από τη θεωρία στην ακριβή επιστήμη

Οι έρευνες και τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν επέτρεψαν στη μελέτη του ηλεκτρισμού να περάσει στην κατηγορία της ακριβούς επιστήμης. Το πρώτο σε μια σειρά επιστημονικών επιτευγμάτων ήταν η ανακάλυψη του νόμου του Coulomb.

Νόμος της αλληλεπίδρασης φορτίου

Γάλλος μηχανικός και φυσικός Charles Augustin de Coulonτο 1785 ανακάλυψε έναν νόμο που αντανακλούσε τη δύναμη της αλληλεπίδρασης μεταξύ στατικών σημειακών φορτίων. Ο Κουλόμπ είχε εφεύρει προηγουμένως τη ζυγαριά στρέψης. Η εμφάνιση του νόμου έγινε χάρη στα πειράματα του Coulomb με αυτές τις κλίμακες. Με τη βοήθειά τους, μέτρησε τη δύναμη της αλληλεπίδρασης μεταξύ φορτισμένων μεταλλικών σφαιρών.

Ο νόμος του Κουλόμπ ήταν ο πρώτος θεμελιώδης νόμος που εξηγούσε ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα, με τον οποίο ξεκίνησε η επιστήμη του ηλεκτρομαγνητισμού. Μια μονάδα ηλεκτρικού φορτίου ονομάστηκε προς τιμήν του Coulomb το 1881.

Εφεύρεση της μπαταρίας

Το 1791, ένας Ιταλός γιατρός, φυσιολόγος και φυσικός έγραψε μια πραγματεία για τις δυνάμεις του ηλεκτρισμού στη μυϊκή κίνηση. Σε αυτό κατέγραψε την παρουσία ηλεκτρικών παλμών μέσα μυϊκός ιστόςτων ζώων. Ανακάλυψε επίσης μια διαφορά δυναμικού κατά την αλληλεπίδραση δύο τύπων μετάλλου και ηλεκτρολύτη.

Η ανακάλυψη του Luigi Galvani αναπτύχθηκε στο έργο του Ιταλού χημικού, φυσικού και φυσιολόγου Alessandro Volta. Το 1800, εφευρίσκει τη "Στήλη Volta" - μια πηγή συνεχούς ρεύματος. Αποτελούνταν από μια στοίβα πλάκες από ασήμι και ψευδάργυρο, οι οποίες χωρίζονταν μεταξύ τους με κομμάτια χαρτιού εμποτισμένα σε διάλυμα αλατιού. Η βολταϊκή στήλη έγινε το πρωτότυπο των γαλβανικών στοιχείων, στα οποία η χημική ενέργεια μετατράπηκε σε ηλεκτρική ενέργεια.

Το 1861 εισήχθη προς τιμήν του το όνομα "volt" - μονάδα μέτρησης της τάσης.

Ο Galvani και ο Volta είναι από τους ιδρυτές του δόγματος των ηλεκτρικών φαινομένων. Η εφεύρεση της μπαταρίας πυροδότησε την ταχεία ανάπτυξη και την επακόλουθη ανάπτυξη επιστημονικές ανακαλύψεις. Τα τέλη του 18ου αιώνα και αρχές XIXαιώνα μπορεί να χαρακτηριστεί ως η εποχή που εφευρέθηκε ο ηλεκτρισμός.

Η εμφάνιση της έννοιας του ρεύματος

Το 1821, ο Γάλλος μαθηματικός, φυσικός και φυσικός επιστήμονας Andre-Marie Ampèreστη δική του πραγματεία καθιέρωσε μια σύνδεση μεταξύ μαγνητικών και ηλεκτρικών φαινομένων, η οποία απουσιάζει από τη στατική φύση του ηλεκτρισμού. Έτσι, εισήγαγε για πρώτη φορά την έννοια του «ηλεκτρικού ρεύματος».

Το Ampere σχεδίασε ένα πηνίο με πολλαπλές στροφές χάλκινων συρμάτων, το οποίο μπορεί να ταξινομηθεί ως ενισχυτής ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Αυτή η εφεύρεση χρησίμευσε για τη δημιουργία του ηλεκτρομαγνητικού τηλέγραφου στη δεκαετία του '30 του 19ου αιώνα.

Χάρη στην έρευνα του Ampere, έγινε δυνατή η γέννηση της ηλεκτρολογικής μηχανικής. Το 1881, προς τιμήν του, η μονάδα ρεύματος ονομάστηκε «αμπέρ» και τα όργανα που μετρούν τη δύναμη ονομάστηκαν «αμπέρμετρα».

Δίκαιο Ηλεκτρικού Κυκλώματος

Φυσικός από Γερμανία Georg Simon Ohmτο 1826 εισήγαγε έναν νόμο που απέδειξε τη σχέση μεταξύ αντίστασης, τάσης και ρεύματος σε ένα κύκλωμα. Χάρη στον Om, προέκυψαν νέοι όροι:

• πτώση τάσης στο δίκτυο.
• αγώγιμο;
• ηλεκτροκινητική δύναμη.

Μια μονάδα ηλεκτρικής αντίστασης πήρε το όνομά του το 1960 και το Ohm αναμφίβολα περιλαμβάνεται στον κατάλογο εκείνων που επινόησαν τον ηλεκτρισμό.

Άγγλος χημικός και φυσικός Michael Faradayέκανε την ανακάλυψη της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής το 1831, η οποία αποτελεί τη βάση της μαζικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Με βάση αυτό το φαινόμενο, δημιουργεί τον πρώτο ηλεκτροκινητήρα. Το 1834, ο Faraday ανακάλυψε τους νόμους της ηλεκτρόλυσης, οι οποίοι τον οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι τα άτομα μπορούν να θεωρηθούν ως φορείς ηλεκτρικών δυνάμεων. Οι μελέτες ηλεκτρόλυσης έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση της ηλεκτρονικής θεωρίας.

Ο Faraday είναι ο δημιουργός του δόγματος του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Ήταν σε θέση να προβλέψει την παρουσία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Δημόσια χρήση

Όλες αυτές οι ανακαλύψεις δεν θα είχαν γίνει θρυλικές χωρίς πρακτική χρήση. Το πρώτο από πιθανούς τρόπουςεφαρμογή ήταν το ηλεκτρικό φως, το οποίο έγινε διαθέσιμο μετά την εφεύρεση του λαμπτήρα πυρακτώσεως στη δεκαετία του '70 του 19ου αιώνα. Ο δημιουργός του ήταν ένας Ρώσος ηλεκτρολόγος μηχανικός Alexander Nikolaevich Lodygin.

Ο πρώτος λαμπτήρας ήταν ένα κλειστό γυάλινο δοχείο που περιείχε μια ράβδο άνθρακα. Το 1872, υποβλήθηκε αίτηση για την εφεύρεση και το 1874 χορηγήθηκε στον Lodygin δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εφεύρεση ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως. Εάν προσπαθήσετε να απαντήσετε στην ερώτηση σε ποια χρονιά εμφανίστηκε η ηλεκτρική ενέργεια, τότε αυτό το έτος μπορεί να θεωρηθεί μία από τις σωστές απαντήσεις, καθώς η εμφάνιση του λαμπτήρα έγινε προφανές σημάδι προσβασιμότητας.

Η εμφάνιση της ηλεκτρικής ενέργειας στη Ρωσία

Θα είναι ενδιαφέρον να μάθουμε ποια χρονιά εμφανίστηκε η ηλεκτρική ενέργεια στη Ρωσία. Ο φωτισμός εμφανίστηκε για πρώτη φορά το 1879 στην Αγία Πετρούπολη. Στη συνέχεια τα φώτα τοποθετήθηκαν στη γέφυρα Liteiny. Τότε το 1883 άρχισε να λειτουργεί ο πρώτος σταθμός ηλεκτροπαραγωγής στην Αστυνομική (Λαϊκή) Γέφυρα.

Ο φωτισμός εμφανίστηκε για πρώτη φορά στη Μόσχα το 1881. Το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της πόλης άρχισε να λειτουργεί στη Μόσχα το 1888.

Η ημέρα ίδρυσης των ενεργειακών συστημάτων της Ρωσίας θεωρείται η 4η Ιουλίου 1886, όταν ο Αλέξανδρος Γ' υπέγραψε το καταστατικό της Εταιρείας Ηλεκτρικού Φωτισμού του 1886. Ιδρύθηκε από τον Karl Friedrich Siemens, ο οποίος ήταν αδερφός του διοργανωτή της παγκοσμίου φήμης ανησυχίας Siemens.

Είναι αδύνατο να πούμε ακριβώς πότε εμφανίστηκε η ηλεκτρική ενέργεια στον κόσμο. Υπάρχουν πάρα πολλά γεγονότα διάσπαρτα στο χρόνο που είναι εξίσου σημαντικά. Επομένως, μπορεί να υπάρχουν πολλές επιλογές απάντησης και όλες θα είναι σωστές.