Modern dünya elektrik olmadan mümkün değildir. Günümüzde hiç kimse üretim teknolojisi hakkında düşünmüyor bile ve eski zamanlarda böyle bir kelimeyi bile bilmiyorlardı. Ama o zaman bile meraklı beyinler vardı. MÖ 700 yılında dikkatli Yunan filozofu Thales, yünle sürtünme meydana geldiğinde kehribarın hafif nesneleri çekmeye başladığını fark etti. Bu noktada bilgi durdu.

Bilginin daha da geliştirilmesi

Ancak yüzyıllar sonra bu bilgi dalı daha da gelişmeye başladı. Oxford ve Cambridge'in en iyi üniversitelerinden mezun olan İngiliz fizikçi ve kraliyet sarayında yarı zamanlı doktor William Gilbert, elektrik biliminin kurucusu oldu. O elektroskopun ilk prototipini icat etti Versor adı verildi ve onun yardımıyla sadece kehribarın değil, diğer taşların da küçük nesneleri (samanları) çekme özelliğine sahip olduğunu öğrendim. "Elektrikli" mineraller arasında:

• elmas;
• ametist;
• bardak;
• opal;
• karborundum;
• arduvazlar;
• safir;
• kehribar.

Bilim adamı, cihazı kullanarak birçok ilginç keşif yapmayı başardı. Bunlar arasında alevin, sürtünme yoluyla elde edilen cisimlerin elektriksel özellikleri üzerindeki ciddi etkisi vardır. Gilbert ayrıca gök gürültüsü ve şimşeklerin elektriksel nitelikteki olaylar olduğunu öne sürdü.

“Elektrik” kavramı ilk kez 16. yüzyılda duyuldu. 1663 yılında Magdeburg'un belediye başkanı Otto von Guericke özel bir araştırma makinesi yarattı. Onun yardımıyla çekim ve itmenin etkisi gözlemlenebilir.

Elektrikle ilk deneyler

1729'da elektriğin kısa mesafeye iletilmesiyle ilgili ilk deney, bilim adamı Stephen Gray tarafından İngiltere'de gerçekleştirildi. Ancak süreç içerisinde tüm cisimlerin elektriği iletemediği belirlendi. Fransız bilim adamı Charles Dufay, ilk ciddi araştırmadan 4 yıl sonra şunu keşfetti: İki tür elektrik yükü vardır: Sürtünme için kullanılan malzemeye bağlı olarak cam ve reçine.

17. yüzyılın ortalarında Hollanda'da Pieter van Musschenbroek, "Leyden kavanozu" adı verilen bir kapasitör yarattı. Kısa bir süre sonra Benjamin Franklin'in teorisi ortaya çıktı ve teoriyi deneysel olarak doğrulayan ilk çalışmalar yapıldı. Yapılan araştırma paratoner yaratılmasının temelini oluşturdu.

Bundan sonra üzerinde çalışılan yeni bir bilim keşfedildi. Ve 1791 yılında Galvani tarafından “Kasların Hareketinde Elektriğin Gücü Üzerine Bir İnceleme” yayımlandı. 1800 yılında İtalyan mucit Volta, yeni bir akım kaynağı oluşturdum Galvanik hücre denir. Bu aparat çinkodan yapılmış sütun şeklinde bir nesnedir ve gümüş yüzük tuzlu suya batırılmış kağıt parçalarıyla ayrılır. Birkaç yıl sonra Rus mucit Vasily Petrov “Volta Arkı”nı keşfetti.

Aynı on yıl civarında fizikçi Jean Antoine Nollet, elektriğin keskin şekilli cisimlerden daha hızlı "boşaltılmasını" kaydeden ve akımın canlı organizmalar üzerindeki etkisine ilişkin bir teori oluşturan ilk elektroskobu icat etti. Bu etki tıbbi elektrokardiyografın icadının temelini oluşturdu. 1809 yılında İngiliz Delarue'nun akkor lambayı icat etmesiyle elektrik alanında yeni bir dönem başladı. Zaten 100 yıl içinde tungsten spiralli modern ampuller ortaya çıktı ve inert gazla doldurulması. Geliştiricileri Irving Langmuir'di.

Karmaşık araştırmalar ve harika keşifler

İÇİNDE XVIII'in başı yüzyılda Michael Faraday elektromanyetik alan üzerine bir inceleme yazdı.

Elektromanyetik etkileşim, 1820'de Danimarkalı bilim adamı Oersted'in deneyleri sırasında keşfedildi ve bir yıl sonra fizikçi Ampere, teorisinde elektrik ve manyetizmayı birbirine bağladı. Bu çalışmalar ortaya çıkışının temelini oluşturdu modern bilim- elektrik Mühendisliği.

1826'da Georg Simon Ohm, deneylerine dayanarak elektrik devresinin temel yasasını formüle edebildi ve yeni elektrik mühendisliği terimlerini tanıttı:

• "iletkenlik";
• "elektrik hareket gücü";
• "devrede voltaj düşüşü."

Oersted'in takipçisi, manyetik bir iğne üzerindeki akımın yönünü belirlemek için bir kural formüle eden Andre-Marie Ampère'di. Bu model birçok isim almıştır; bunlardan biri "kural"dır. sağ el" Kesinlikle elektromanyetik alan amplifikatörünü icat etti- yumuşak demir çekirdekli bakır telden oluşan çok turlu bobinler. Bu gelişmeye dayanarak 1829 yılında elektromanyetik telgraf icat edildi.

Yeni bir araştırma turu

Fizik alanındaki ünlü İngiliz bilim adamı Michael Faraday, H. Oersted'in çalışmalarına aşina olduğunda, elektromanyetik ve elektriksel olaylar arasındaki ilişki alanında araştırma yaptı ve bir mıknatısın bir akım iletkeni etrafında döndüğünü ve bunun tersini keşfetti. bir iletken bir mıknatısın etrafında döner.

Bu deneylerden sonra bilim adamı 10 yıl daha manyetizmayı elektrik akımına dönüştürmeye çalıştı ve sonuç olarak elektromanyetik indüksiyonu ve elektromanyetik alan teorisinin temellerini keşfetti ve aynı zamanda yeni bir bilim dalının - radyo mühendisliğinin - ortaya çıkmasının temelini oluşturmaya yardımcı oldu. Geçen yüzyılın 20'li yıllarında, SSCB topraklarında büyük ölçekli elektrifikasyon başladığında, "Ilyich'in ampulü" terimi ortaya çıktı.

Birçok gelişme farklı ülkelerde paralel olarak yürütüldüğü için tarihçiler elektriği ilk kimin icat ettiği konusunda tartışıyorlar. Pek çok bilim adamı ve mucit, güç ve bilgileriyle elektrik biliminin gelişimine katkıda bulundu: Ampere ve Lenz, Joule ve Ohm. Bu tür çabalar sayesinde modern insanlar evlerine ve diğer binalarına elektrik tedarikini organize etmekte sorun yaşamıyor.

Elektrik nedir?

Elektrik, elektrik yükünün varlığıyla ilişkili bir dizi fiziksel olaydır. Elektrik başlangıçta manyetizmadan ayrı bir olgu olarak görülse de, Maxwell denklemlerinin gelişmesiyle birlikte her ikisinin de tek bir olgunun parçası olduğu kabul edildi: elektromanyetizma. Yıldırım, statik elektrik, elektrikli ısıtma, elektrik deşarjları ve diğerleri gibi çeşitli yaygın olaylar elektrikle ilişkilidir. Ayrıca elektrik birçok modern teknolojinin temelini oluşturmaktadır.

Pozitif veya negatif olabilen bir elektrik yükünün varlığı bir elektrik alanı oluşturur. Öte yandan hareket elektrik ücretleri Elektrik akımı adı verilen manyetik alan oluşturur.

Elektrik alanı sıfır olmayan bir noktaya bir yük yerleştirildiğinde, üzerine bir kuvvet uygulanır. Bu kuvvetin büyüklüğü Coulomb yasasıyla belirlenir. Dolayısıyla, eğer bu yük hareket ettirilirse, elektrik alanı elektrik yükünü hareket ettirme (frenleme) işini yapacaktır. Böylece, uzayda belirli bir noktadaki elektrik potansiyelinden, harici bir ajanın, bir birim pozitif yükün keyfi olarak seçilen bir referans noktasından bu noktaya herhangi bir ivme olmadan aktarılmasında yaptığı işe eşit ve kural olarak, elektrik potansiyelinden bahsedebiliriz. volt cinsinden ölçülür.

Elektrik mühendisliğinde elektrik şu amaçlarla kullanılır:

• ekipmana güç sağlamak için elektrik akımının kullanıldığı yerlere elektrik sağlamak;
• elektronikle uğraşanlarda elektrik devreleri, aktif olanları içerir elektrik parçaları vakum tüpleri, transistörler, diyotlar ve entegre devreler ve ilgili pasif elemanlar gibi.

Elektriksel olaylar antik çağlardan beri incelenmektedir, ancak teorik anlayıştaki ilerleme 17. ve 18. yüzyıllarda başlamıştır. O zaman bile pratik kullanım Elektrik nadirdi ve mühendisler onu ancak 19. yüzyılın sonunda endüstriyel ve konut amaçlı kullanabildiler. Hızlı genişleme elektrik teknolojileri bu kez endüstriyi ve toplumu dönüştürdü. Elektriğin çok yönlülüğü, ulaşım, ısıtma, aydınlatma, iletişim ve bilgisayar gibi neredeyse sınırsız çeşitlilikteki endüstrilerde kullanılabilmesidir. Elektrik artık modern sanayi toplumunun temelidir.

Elektriğin tarihi

Elektrikle ilgili herhangi bir bilgi bulunmadan çok önce insanlar elektrikli balık şoklarını zaten biliyorlardı. MÖ 2750 yılına kadar uzanan eski Mısır metinleri. M.Ö. bu balıklara "Nil'in Yıldırımları" adını vermişler ve onları diğer tüm balıkların "koruyucuları" olarak tanımlamışlardır. Elektrikli balıklara dair kanıtlar binlerce yıl sonra antik Yunan, Roma ve Arap doğa bilimcileri ve hekimlerinde yeniden ortaya çıkıyor. Yaşlı Pliny ve Scribonius Largus gibi birçok antik yazar, uyuşukluğun yayın balığı ve elektrik ışınları tarafından üretilen elektrik şoklarının bir etkisi olduğunu doğruluyor ve ayrıca bu tür şokların iletken nesneler aracılığıyla iletilebileceğini de biliyorlardı. Gut veya baş ağrısı gibi hastalıkları olan hastalara, güçlü bir elektrik şokunun onları iyileştirebileceği umuduyla bu tür balıklara dokunmaları önerildi. Şimşek ve elektriğin kimliğinin başka herhangi bir kaynaktan keşfedilmesine yönelik ilk ve en yakın yaklaşımın, 15. yüzyıla kadar kendi dillerinde elektrik ışınları için yıldırım (raad) kelimesini kullanan Araplar tarafından yapılmış olması muhtemeldir.

Eski Akdeniz kültürleri, kehribar çubukları gibi bazı nesnelerin kedi kürküne sürtülmesi durumunda tüy gibi hafif nesnelerin çekileceğini biliyordu. Miletli Thales, MÖ 600 civarında statik elektrikle ilgili bir dizi gözlem yaptı ve bundan, manyetit gibi sürtünme gerektirmeyen minerallerin aksine, kehribarın nesneleri çekebilmesi için sürtünmenin gerekli olduğu sonucunu çıkardı. Thales, kehribarın çekiciliğinin manyetik bir etkiden kaynaklandığına inanmakta yanılıyordu, ancak daha sonra bilim, manyetizma ile elektrik arasındaki bağlantıyı kanıtladı. 1936'da Bağdat'ta voltaik bir hücreye benzeyen pilin keşfine dayanan tartışmalı bir teoriye göre, eserin doğası gereği elektriksel olup olmadığı belli olmasa da, Partlar elektrokaplamayı biliyor olabilir.

Elektrik, İngiliz bilim adamı William Gilbert'in elektrik ve manyetizma üzerine kapsamlı bir çalışma yürüttüğü ve "manyetit" etkisini kehribarın sürtünmesiyle üretilen statik elektrikten ayırdığı 1600 yılına kadar binlerce yıl boyunca entelektüel meraktan biraz daha fazlasını yaratmaya devam etti. Nesnelerin sürtünmeden sonra küçük nesneleri çekme özelliğini belirtmek için yeni bir Latince kelime electricus ("kehribar" veya "kehribar gibi"), ἤλεκτρον, Elektron, Yunancadan: "amber") türetmiştir. Bu dilsel birliktelik, ingilizce kelimeler"elektrik" ve "elektrik" ilk kez 1646'da Thomas Browne'un Pseudodoxia Epidemica adlı eserinde basılmıştır.

Daha ileri çalışmalar Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray ve Charles Francois Dufay tarafından gerçekleştirildi. 18. yüzyılda Benjamin Franklin, elektrik konusunda kapsamlı araştırmalar yaptı ve çalışmalarını finanse etmek için varlıklarını sattı. Haziran 1752'de uçurtmanın ipinin ucuna metal bir anahtar taktı ve uçurtmayı fırtınalı bir gökyüzüne uçurdu. Anahtardan elin arkasına doğru sıçrayan bir dizi kıvılcım, yıldırımın gerçekten elektriksel nitelikte olduğunu gösterdi. Ayrıca Leyden kavanozunun, pozitif ve negatif yüklerden oluşan büyük miktarlardaki elektrik yükünü elektrik cinsinden depolamaya yönelik bir cihaz olarak görünüşte paradoksal davranışını da açıkladı.

1791'de Luigi Galvani, elektriğin nöronların kaslara sinyal iletme aracı olduğunu gösteren biyoelektromanyetizma keşfini duyurdu. Akümülatör pili 1800'lerin Alessandro Volta veya kaplama direği, alternatif çinko ve bakır katmanlarından yapılmıştır. Bilim adamları için daha önce kullanılan elektrostatik makinelere göre daha güvenilir bir elektrik enerjisi kaynağıydı. Elektromanyetizmanın elektriksel ve manyetik olayların birliği olarak anlaşılması 1819-1820'de Oersted ve Andre-Marie Ampère sayesinde ortaya çıktı. Michael Faraday 1821'de elektrik motorunu icat etti ve Georg Ohm 1827'de elektrik devresini matematiksel olarak analiz etti. Elektrik ve manyetizma (ve ışık) nihayet James Maxwell tarafından, özellikle de 1861 ve 1862'deki Fiziksel Kuvvet Hatları adlı çalışmasında ilişkilendirildi.

Dünya, 19. yüzyılın başlarında elektrik biliminde hızlı gelişmelere tanık olurken, en büyük ilerlemeler 19. yüzyılın sonlarında elektrik mühendisliği alanında yaşandı. 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 gibi kişilerin yardımıyla, Nikola Tesla ve George Westinghouse'un katkılarıyla elektrik, bilimsel bir meraktan modern yaşamın vazgeçilmez bir aracına dönüştü ve ikinci sanayi devriminin arkasındaki itici güç oldu.

1887'de Heinrich Hertz, ultraviyole ışıkla aydınlatılan elektrotların, aydınlatılmayanlara göre daha kolay elektrik kıvılcımı oluşturduğunu keşfetti. 1905 yılında Albert Einstein, ışık enerjisinin elektronları harekete geçiren ayrık kuantize edilmiş paketler tarafından aktarılmasının bir sonucu olarak fotoelektrik etkinin deneysel kanıtını açıklayan bir makale yayınladı. Bu keşif kuantum devrimine yol açtı. Einstein, "fotoelektrik etki yasasını keşfetmesi" nedeniyle 1921'de Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Fotovoltaik etki, güneş panellerinde bulunanlar gibi fotovoltaik hücrelerde de kullanılır ve bu genellikle ticari amaçlarla elektrik üretmek için kullanılır.

İlk yarı iletken cihaz, ilk kez 1900'lü yıllarda radyolarda kullanılan kedi bıyık dedektörüydü. Bir kontak geçiş etkisi yoluyla bir radyo sinyalini tespit etmek için bıyık benzeri bir tel katı bir kristalle (örneğin bir germanyum kristali) hafif temasa getirilir. Yarı iletken bir düzenekte, akımı değiştirmek ve yükseltmek için özel olarak tasarlanmış yarı iletken elemanlara ve bağlantılara akım sağlanır. Elektrik akımı iki biçimde temsil edilebilir: negatif yüklü elektronlar olarak ve ayrıca delikler adı verilen pozitif yüklü elektron boşlukları (yarı iletken atomdaki doldurulmamış elektron alanları) olarak. Bu yükler ve delikler kuantum fiziği perspektifinden anlaşılmaktadır. Yapı malzemesi çoğunlukla kristal yarı iletkendir.

Yarı iletken cihazların gelişimi 1947 yılında transistörün icadıyla başladı. Yaygın yarı iletken cihazlar transistörler, mikroişlemci çipleri ve rasgele erişim belleği. USB flash sürücülerinde flash bellek adı verilen özel bir bellek türü kullanılmaktadır ve son zamanlarda katı hal sürücüleri, mekanik olarak dönen manyetik sabit disk sürücülerinin yerini almaya başlamıştır. Yarı iletken cihazlar, 1950'lerde ve 1960'larda, vakum tüplerinden yarı iletken diyotlara, transistörlere, entegre devrelere (IC'ler) ve ışık yayan diyotlara (LED'ler) geçiş sırasında yaygınlaştı.

Elektriğin temel kavramları

Elektrik şarjı

Bir yükün varlığı elektrostatik kuvvete yol açar: yükler birbirlerine kuvvet uygular, bu etki o zamanlar anlaşılmasa da eski zamanlarda biliniyordu. Bir ip üzerinde asılı duran bir ışık topu, daha önce kumaşa sürtünerek yüklenen bir cam çubukla ona dokunularak yüklenebilir. Aynı cam çubuk tarafından yüklenen benzer bir top, ilki tarafından itilecektir: yük, iki topun birbirinden ayrılmasına neden olur. Ovalanan kehribar renkli çubuktan yüklenen iki top da birbirini itiyor. Ancak toplardan biri cam çubukla, diğeri ise sarı çubukla yüklenirse her iki top da birbirini çekmeye başlar. Bu fenomenler on sekizinci yüzyılın sonunda Charles Augustin de Coulomb tarafından araştırıldı ve yükün iki zıt biçimde ortaya çıktığı sonucuna vardı. Bu keşif, iyi bilinen bir aksiyomun ortaya çıkmasına yol açtı: Benzer yüklü nesneler birbirini iter, zıt yüklü nesneler ise çeker.

Kuvvet, yüklü parçacıkların kendilerine etki eder, bu nedenle yük, iletken yüzey üzerinde mümkün olduğu kadar eşit bir şekilde yayılma eğilimindedir. İster çekici ister itici olsun, bir elektromanyetik kuvvetin büyüklüğü, elektrostatik kuvvetin yüklerin çarpımı ile orantılı ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı olduğunu belirten Coulomb yasası ile belirlenir. Elektromanyetik etkileşim çok güçlüdür, güç bakımından yalnızca güçlü etkileşimden sonra ikinci sıradadır, ancak ikincisinden farklı olarak her mesafeden etki eder. Çok daha zayıf olanlarla karşılaştırıldığında yerçekimi etkileşimi Elektromanyetik kuvvet, iki elektronu, onları çeken yerçekimi kuvvetinden 1042 kat daha güçlü bir şekilde birbirinden uzaklaştırır.

Çalışma, yükün kaynağının, elektrik yükü özelliğine sahip belirli türdeki atom altı parçacıklar olduğunu gösterdi. Elektrik yükü, doğanın dört temel kuvvetinden biri olan elektromanyetik kuvveti üretir ve onunla etkileşime girer. En iyi bilinen elektrik yükü taşıyıcıları elektron ve protondur. Deney, yükün korunan bir miktar olduğunu, yani izole bir sistemdeki toplam yükün, bu sistem içinde meydana gelen herhangi bir değişiklikten bağımsız olarak her zaman sabit kalacağını gösterdi. Bir sistemde yük, cisimler arasında doğrudan temasla veya tel gibi iletken bir malzeme aracılığıyla aktarılabilir. Gayri resmi "statik elektrik" terimi, genellikle farklı malzemelerin birbirine sürtülmesi ve yükün birbirlerinden aktarılması nedeniyle bir vücutta net yük varlığını (veya yüklerin "dengesizliğini") ifade eder.

Elektron ve protonların yükleri zıt işaretlidir, bu nedenle toplam yük pozitif veya negatif olabilir. Geleneksel olarak, Benjamin Franklin'in çalışmalarının oluşturduğu geleneğe uygun olarak, elektronların taşıdığı yük negatif, protonların taşıdığı yük ise pozitif kabul edilir. Yük miktarı (elektrik miktarı) genellikle Q olarak sembolize edilir ve coulomb cinsinden ifade edilir; her elektron yaklaşık -1,6022 × 10-19 coulomb olmak üzere aynı yükü taşır. Protonun büyüklüğü eşit ve işareti zıt olan bir yüke sahiptir ve dolayısıyla + 1,6022 × 10-19 Coulomb'dur. Sadece maddenin değil antimaddenin de bir yükü vardır; her antiparçacık bir yük taşır. eşit yük, ancak karşılık gelen parçacığın yüküne zıt işaretlidir.

Yük çeşitli yollarla ölçülebilir: İlk aletlerden biri, hâlâ eğitimsel gösteriler için kullanılmasına rağmen yerini artık elektronik elektrometreye bırakan altın varaklı elektroskoptur.

Elektrik

Elektrik yüklerinin hareketine elektrik akımı denir ve yoğunluğu genellikle amper cinsinden ölçülür. Akım, hareket eden herhangi bir yüklü parçacık tarafından oluşturulabilir; Bunlar çoğunlukla elektronlardır, ancak prensipte harekete geçirilen herhangi bir yük bir akımı temsil eder.

Tarihsel gelenek olarak, pozitif akım, devrenin daha pozitif kısmından daha negatif kısmına akan pozitif yüklerin hareket yönü ile belirlenir. Bu şekilde belirlenen akıma konvansiyonel akım denir. Akımın en iyi bilinen biçimlerinden biri, negatif yüklü elektronların bir devre boyunca hareketidir ve dolayısıyla akımın pozitif yönü, elektronların hareketinin tersi yönde yönlendirilir. Bununla birlikte, koşullara bağlı olarak bir elektrik akımı, herhangi bir yönde, hatta aynı anda her iki yönde hareket eden yüklü parçacıkların akışından oluşabilir. Bu durumu basitleştirmek için akımın pozitif yönünü pozitif yüklerin hareket yönü olarak kabul etme kuralı yaygın olarak kullanılmaktadır.

Elektrik akımının bir malzemeden geçmesi sürecine elektriksel iletkenlik denir ve bunun doğası, onu hangi yüklü parçacıkların taşıdığına ve içinde hareket ettiği malzemeye bağlı olarak değişir. Örnek olarak elektrik akımlarıÖrnekler arasında elektronların metal gibi bir iletken boyunca akışıyla gerçekleştirilen metalik iletim ve elektrik kıvılcımlarında olduğu gibi iyonların (yüklü atomların) bir sıvı veya plazma boyunca akışıyla gerçekleştirilen elektroliz yer alır. Parçacıklar çok yavaş hareket edebilse de, bazen saniyede milimetrenin çok küçük bir kısmındaki ortalama sürüklenme hızıyla hareket edebilirler; onları hareket ettiren elektrik alanı ise ışık hızına yakın bir hızla hareket ederek elektrik sinyallerinin kablolar üzerinden hızlı bir şekilde iletilmesini sağlar.

Akım, tarihsel olarak varlığının işareti olan bir dizi gözlemlenebilir etki üretir. Galvanik kolondan gelen akımın etkisi altında suyun ayrışma olasılığı 1800 yılında Nicholson ve Carlisle tarafından keşfedildi. Bu işleme artık elektroliz adı veriliyor. Çalışmaları 1833'te Michael Faraday tarafından büyük ölçüde genişletildi. Dirençten geçen akım lokal ısınmaya neden olur. Bu etki 1840 yılında James Joule tarafından matematiksel olarak tanımlanmıştır. Akımla ilgili en önemli keşiflerden biri, 1820'de Oersted tarafından tesadüfen yapıldı; bir ders hazırlarken, bir telden geçen akımın manyetik pusula iğnesinin dönmesine neden olduğunu keşfetti. Elektrik ve manyetizma arasındaki temel etkileşim olan elektromanyetizmayı bu şekilde keşfetti. Bir elektrik arkının ürettiği elektromanyetik emisyonların seviyesi, bitişikteki ekipmanın çalışmasına zarar verebilecek elektromanyetik girişim üretecek kadar yüksektir.Elektrik ve manyetizma arasındaki temel etkileşim olan elektromanyetizmayı keşfetti. Bir elektrik arkının ürettiği elektromanyetik radyasyonun seviyesi, yakındaki ekipmanın çalışmasına müdahale edebilecek elektromanyetik girişim üretecek kadar yüksektir.

Teknik veya evsel uygulamalar için akım genellikle doğru akım (DC) veya alternatif akım (AC) olarak tanımlanır. Bu terimler akımın zaman içinde nasıl değiştiğini ifade eder. Bir pilin ürettiği ve çoğu kişinin ihtiyaç duyduğu doğru akım elektronik aletler devrenin pozitif potansiyelinden negatifine doğru tek yönlü bir akıştır. Eğer bu akış, çoğu zaman olduğu gibi, elektronlar tarafından taşınıyorsa, elektronlar ters yönde hareket edeceklerdir. Alternatif akım, sürekli yön değiştiren herhangi bir akımdır; neredeyse her zaman sinüs dalgası şeklindedir. Alternatif akım, uzun bir süre boyunca yükü herhangi bir sonlu mesafeye taşımadan bir iletken içinde ileri geri titreşir. Alternatif akımın zaman ortalamalı değeri sıfırdır ancak enerjiyi önce bir yönde, sonra ters yönde iletir. Alternatif akım, endüktans ve kapasitans gibi kararlı durum doğru akımında görülmeyen elektriksel özelliklere bağlıdır. Ancak bu özellikler, örneğin ilk güç uygulaması sırasında devre geçici rejimlere maruz kaldığında belirgin hale gelebilir.

Elektrik alanı

Elektrik alanı kavramı Michael Faraday tarafından ortaya atılmıştır. Bir elektrik alanı, vücudu çevreleyen boşluktaki yüklü bir cisim tarafından yaratılır ve bu alanda bulunan diğer yüklere etki eden bir kuvvetle sonuçlanır. İki yük arasında etki eden elektrik alanı, iki kütle arasında etki eden yer çekimi alanına benzer, ayrıca sonsuza kadar uzanır ve cisimler arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Ancak önemli bir fark var. Yerçekimi her zaman çeker ve iki kütlenin bir araya gelmesine neden olur; elektrik alanı ise ya çekme ya da itmeyle sonuçlanabilir. Gezegenler gibi büyük cisimlerin net yükü genellikle sıfır olduğundan, belirli bir mesafedeki elektrik alanları genellikle sıfırdır. Dolayısıyla yerçekimi, kendisi çok daha zayıf olmasına rağmen, Evrende büyük mesafelerde baskın kuvvettir.

Elektrik alanı, kural olarak, uzayın farklı noktalarında farklılık gösterir ve herhangi bir noktadaki yoğunluğu, sabit, ihmal edilebilir bir yükün o noktaya yerleştirilmesi durumunda etkileyeceği kuvvet (birim yük başına) olarak tanımlanır. "Test yükü" olarak adlandırılan soyut yükün, ana alanı bozan kendi elektrik alanının ihmal edilebilmesi için yok denecek kadar küçük olması ve ayrıca manyetik alanların etkisini önlemek için sabit (hareketsiz) olması gerekir. Elektrik alanı kuvvet cinsinden tanımlandığından ve kuvvet bir vektör olduğundan, elektrik alanı da hem büyüklüğü hem de yönü olan bir vektördür. Daha spesifik olarak elektrik alanı bir vektör alanıdır.

Sabit yüklerin oluşturduğu elektrik alanlarının incelenmesine elektrostatik denir. Alan, uzayın herhangi bir noktasında yönü alanın yönüyle çakışan bir dizi hayali çizgi kullanılarak görselleştirilebilir. Bu kavram Faraday tarafından ortaya atılmıştır ve "alan çizgileri" terimi bazen hala kullanılmaktadır. Alan çizgileri, bir alanın etkisi altında noktasal pozitif yükün hareket edeceği yollardır. Ancak bunlar fiziksel bir nesneden ziyade soyut bir nesnedir ve alan, çizgiler arasında kalan tüm alana nüfuz eder. Sabit yüklerden yayılan alan çizgilerinin birkaç temel özelliği vardır: birincisi, pozitif yüklerle başlar ve negatif yüklerle biter; ikincisi, herhangi bir ideal iletkene dik açılarla (normalde) girmeleri gerekir ve üçüncüsü, asla kendi kendilerine kesişmezler veya kapanmazlar.

İçi boş bir iletken cisim tüm yükünü üzerinde taşır. dış yüzey. Bu nedenle alan vücudun her yerinde sıfırdır. Faraday kafesi bu prensiple çalışır; iç alanını dış elektriksel etkilerden izole eden metal bir kabuk.

Yüksek gerilim ekipman bileşenlerinin tasarımında elektrostatik prensipleri önemlidir. Herhangi bir malzemenin dayanabileceği elektrik alan kuvvetinin sınırlı bir sınırı vardır. Bu değerin üzerinde elektrik arızası meydana gelir ve bu da yüklü parçalar arasında bir elektrik arkının oluşmasına neden olur. Örneğin havada santimetre başına 30 kV'u aşan elektrik alan kuvvetlerinde küçük aralıklarda elektriksel bozulma meydana gelir. Boşluk arttıkça nihai arıza voltajı santimetre başına yaklaşık 1 kV'a düşer. Bu tür doğal olayların en göze çarpanı yıldırımdır. Yüklerin bulutlarda yükselen hava sütunları tarafından ayrılması ve havadaki elektrik alanının arıza değerini aşmaya başlamasıyla oluşur. Büyük bir fırtına bulutunun voltajı 100 MV'a ulaşabilir ve 250 kWh'lik bir deşarj enerjisine sahip olabilir.

Alan kuvvetinin büyüklüğü yakındaki iletken nesnelerden büyük ölçüde etkilenir ve alanın sivri nesnelerin etrafında bükülmesi gerektiğinde kuvvet özellikle yüksektir. Bu prensip, keskin kuleleri yıldırımın korudukları binalar yerine kendilerine doğru akmasını sağlayan paratonerlerde kullanılır.

Elektrik potansiyeli

Elektrik potansiyeli kavramı elektrik alanıyla yakından ilgilidir. Bir elektrik alanına yerleştirilen küçük bir yük bir kuvvete maruz kalır ve yükü bu kuvvete karşı hareket ettirmek için iş yapılması gerekir. Herhangi bir noktadaki elektrik potansiyeli, bir birim test yükünü sonsuzluktan o noktaya son derece yavaş hareket ettirmek için harcanması gereken enerji olarak tanımlanır. Potansiyel genellikle volt cinsinden ölçülür ve bir voltluk potansiyel, bir yükü bir coulomb'luk bir yükü sonsuzdan hareket ettirmek için bir joule'lük işin harcanması gereken potansiyeldir. Potansiyelin bu resmi tanımının pratik uygulaması çok azdır ve elektriksel potansiyel farkı kavramı, yani bir birim yükü belirli iki nokta arasında hareket ettirmek için gereken enerji kavramı daha kullanışlıdır. Elektrik alanının bir özelliği vardır, muhafazakardır, bu da test yükünün kat ettiği yolun önemli olmadığı anlamına gelir: verilen iki nokta arasındaki olası tüm yolların geçişinde her zaman aynı enerji harcanacaktır ve dolayısıyla tek bir elektrik alanı vardır. iki konum arasındaki fark potansiyellerinin değeri. Volt, elektriksel potansiyel farkının bir ölçüm ve tanımlama birimi olarak o kadar sağlam bir şekilde yerleşmiştir ki, voltaj terimi her gün yaygın olarak kullanılmaktadır.

Pratik amaçlar doğrultusunda, potansiyellerin ifade edilebileceği ve karşılaştırılabileceği ortak bir referans noktası tanımlamak faydalıdır. Sonsuzda olabilse de her yerde aynı potansiyele sahip olduğu varsayılan Dünya'nın kendisini sıfır potansiyel olarak kullanmak çok daha pratiktir. Bu referans noktasına doğal olarak “toprak” adı verilmektedir. Dünya, eşit miktarda pozitif ve negatif yükten oluşan sonsuz bir kaynaktır ve bu nedenle elektriksel olarak nötrdür ve yüksüzdür.

Elektrik potansiyeli skaler bir niceliktir, yani yalnızca bir değeri vardır ve yönü yoktur. Bu, yüksekliğe benzer bir şey olarak düşünülebilir: tıpkı serbest bırakılan bir nesnenin yerçekimi alanının neden olduğu yükseklik farkından dolayı düşmesi gibi, bir yük de elektrik alanının neden olduğu bir voltaj yoluyla "düşecektir". Tıpkı haritaların, eşit yükseklikteki noktaları birleştiren kontur çizgilerini kullanarak yer şekillerini göstermesi gibi, elektrostatik olarak yüklü bir nesnenin etrafına eşit potansiyele sahip noktaları birleştiren bir dizi çizgi (eşpotansiyeller olarak bilinir) çizilebilir. Eşpotansiyeller tüm kuvvet çizgilerini dik açılarla keser. Ayrıca iletkenin yüzeyine paralel uzanmaları gerekir, aksi takdirde yük taşıyıcılarını iletkenin eşpotansiyel yüzeyi boyunca hareket ettiren bir kuvvet üretilecektir.

Elektrik alanı resmi olarak birim yük başına uygulanan kuvvet olarak tanımlanır, ancak potansiyel kavramı daha kullanışlı ve eşdeğer bir tanım sağlar: elektrik alanı, elektrik potansiyelinin yerel eğimidir. Tipik olarak metre başına volt cinsinden ifade edilir ve alan vektörünün yönü, potansiyeldeki en büyük değişimin olduğu çizgidir, yani diğer eş potansiyelin en yakın konumu yönündedir.

Elektromıknatıslar

Oersted'in 1821'de elektrik akımı taşıyan bir telin her tarafında manyetik alan bulunduğunu keşfetmesi, elektrik ile manyetizma arasında doğrudan bir bağlantı olduğunu gösterdi. Dahası, etkileşim yerçekimi ve etkileşimden farklı görünüyordu. elektrostatik kuvvetler, o zamanlar bilinen iki doğa gücü. Kuvvet pusula iğnesine etki etti, onu akım taşıyan tele doğru ya da uzağa doğru yönlendirmedi, ona dik açılarda etki etti. Oersted, gözlemini biraz belirsiz olan "elektriksel çatışmanın dönüşümlü davranışı vardır" sözleriyle ifade etti. Bu kuvvet aynı zamanda akımın yönüne de bağlıydı, çünkü eğer akım yön değiştirirse manyetik kuvvet de onu değiştirirdi.

Oersted keşfini tam olarak anlamadı, ancak gözlemlediği etki karşılıklıydı: Akım mıknatısa bir kuvvet uygular ve manyetik alan da akıma bir kuvvet uygular. Bu fenomen, akım taşıyan iki paralel telin birbirine kuvvet uyguladığını keşfeden Ampere tarafından daha da araştırıldı: içlerinden aynı yönde akım geçen iki tel birbirini çekerken, birbirinden zıt yönlerde akım içeren teller birbirini çeker. , püskürtmek. Bu etkileşim, her akımın yarattığı manyetik alan aracılığıyla gerçekleşir ve bu olguya dayanarak, uluslararası birim sisteminde akımın ölçü birimi Amper belirlenir.

Manyetik alanlar ve akımlar arasındaki bu bağlantı son derece önemlidir çünkü Michael Faraday'ın 1821'de elektrik motorunu icat etmesine yol açmıştır. Tek kutuplu motoru şunlardan oluşuyordu: kalıcı mıknatıs cıva içeren bir kaba yerleştirildi. Akım, bir mıknatısın üzerindeki bir gimbal üzerinde asılı duran ve cıvaya batırılan bir telden geçirildi. Mıknatıs telin üzerine teğetsel bir kuvvet uyguladı ve bu da telde akım korunduğu sürece telin mıknatısın etrafında dönmesine neden oldu.

Faraday'ın 1831'de yaptığı bir deney, manyetik alana dik olarak hareket eden telin uçlarında potansiyel fark yarattığını gösterdi. Elektromanyetik indüksiyon olarak bilinen bu sürecin daha ileri analizi, şimdi Faraday'ın indüksiyon yasası olarak bilinen, kapalı bir devrede indüklenen potansiyel farkın, devreden geçen manyetik akının değişim hızıyla orantılı olduğu ilkesini formüle etmesine olanak sağladı. Bu keşfin geliştirilmesi, Faraday'ın 1831'de ilk elektrik jeneratörünü icat etmesine olanak tanıdı. mekanik enerji bakır diski elektrik enerjisine çeviriyor. Faraday diski verimsizdi ve pratik bir jeneratör olarak kullanılmıyordu ancak manyetizmayı kullanarak elektrik üretme olasılığını gösteriyordu ve bu olasılık, onun gelişmelerini takip edenler tarafından benimsendi.

Kimyasal reaksiyonların elektrik üretme yeteneği ve elektriğin ters yönde kimyasal reaksiyon üretme yeteneği geniş bir uygulama alanına sahiptir.

Elektrokimya her zaman elektrik çalışmalarının önemli bir parçası olmuştur. Voltaik sütunun orijinal icadından bu yana, voltaik hücreler çok çeşitli pil türlerine, voltaik hücrelere ve elektroliz hücrelerine dönüştü. Alüminyum, elektroliz yoluyla büyük miktarlarda üretilir ve birçok taşınabilir elektronik cihaz, şarj edilebilir güç kaynakları kullanır.

Elektrik devreleri

Bir elektrik devresi, elektrik bileşenlerinin, kapalı bir yol (devre) boyunca akmaya zorlanan elektrik yükünün genellikle bazı yararlı görevleri yerine getireceği şekilde bir bağlantısıdır.

Bir elektrik devresindeki bileşenler şunları alabilir: çeşitli şekiller dirençler, kapasitörler, anahtarlar, transformatörler gibi elemanlar olarak görev yapan ve elektronik parçalar. Elektronik devreler, genellikle doğrusal olmayan bir modda çalışan ve kendilerine uygulanması için karmaşık analiz gerektiren yarı iletkenler gibi aktif bileşenler içerir. En basit elektrik bileşenleri pasif ve doğrusal olarak adlandırılanlardır: geçici olarak enerji depolayabilmelerine rağmen enerji kaynakları içermezler ve doğrusal modda çalışırlar.

Direnç belki de pasif devre elemanlarının en basitidir: Adından da anlaşılacağı gibi içinden geçen akıma direnç gösterir ve elektrik enerjisini ısı olarak dağıtır. Direnç, yükün bir iletken boyunca hareketinin bir sonucudur: örneğin metallerde direnç öncelikle elektronlar ve iyonlar arasındaki çarpışmalardan kaynaklanır. Ohm kanunu devre teorisinin temel kanunudur ve bir dirençten geçen akımın direnç üzerindeki potansiyel farkla doğru orantılı olduğunu belirtir. Çoğu malzemenin direnci geniş bir sıcaklık ve akım aralığında nispeten sabittir; Bu koşulları sağlayan malzemelere "ohmik" adı verilir. Ohm, adını Georg Ohm'dan alan ve Yunanca Ω harfiyle gösterilen bir direnç birimidir. 1 ohm, içinden bir amperlik akım geçtiğinde bir voltluk potansiyel farkı yaratan bir dirençtir.

Kondansatör, Leyden kavanozunun modernleştirilmiş halidir ve bir yükü depolayabilen ve dolayısıyla ortaya çıkan alanda elektrik enerjisini depolayabilen bir cihazdır. İnce bir yalıtkan dielektrik tabakasıyla ayrılmış iki iletken plakadan oluşur; pratikte birim hacim başına yüzey alanını ve dolayısıyla kapasiteyi artırmak için birbirine sarılmış bir çift ince metal folyo şerididir. Kapasitans birimi, Michael Faraday'ın adını taşıyan ve F sembolüyle sembolize edilen faraddır: bir farad, bir coulomb'luk yükü depolarken bir voltluk potansiyel fark yaratan kapasitanstır. Yük, kapasitörde biriktikçe, akım başlangıçta bir güç kaynağına bağlı bir kapasitörden akar; Ancak bu akım, kapasitör şarj edildikçe azalacak ve sonunda sıfır olacaktır. Bu nedenle kapasitör doğru akımı geçirmez, ancak onu bloke eder.

Endüktans, içinden akım geçtiğinde oluşturulan manyetik alanda enerji depolayan, genellikle bir tel bobin olan bir iletkendir. Akım değiştiğinde manyetik alan da değişir ve iletkenin uçları arasında bir gerilim oluşur. İndüklenen voltaj akımın değişim hızıyla orantılıdır. Orantılılık faktörüne endüktans denir. Endüktans birimi, adını Faraday'ın çağdaşı Joseph Henry'den alan Henry'dir. Bir Henry'nin endüktansı, içinden geçen akımın değişim hızı saniyede bir amper olduğunda bir voltluk potansiyel farkı üreten bir endüktanstır. Endüktansın davranışı kapasitörün davranışının tersidir: doğru akımı serbestçe geçirir ve hızla değişen akımı engeller.

Elektrik gücü

Elektrik gücü, elektrik enerjisinin bir elektrik devresi tarafından aktarılma hızıdır. SI güç birimi saniyede bir joule'e eşit olan watt'tır.

Elektrik gücü, mekanik güç gibi, işin yapılma hızıdır, watt cinsinden ölçülür ve P harfiyle gösterilir. Halk arasında kullanılan güç girişi terimi, "watt cinsinden elektrik gücü" anlamına gelir. Q coulomb yükünün her t saniyede bir geçişine eşit bir elektrik akımı I tarafından üretilen watt cinsinden elektrik gücü elektriksel fark potansiyeller (gerilim) V eşittir

P = QV/t = IV

• Q - coulomb cinsinden elektrik yükü
• t - saniye cinsinden süre
• I - amper cinsinden elektrik akımı
• V - volt cinsinden elektrik potansiyeli veya voltajı

Elektrik üretimi çoğunlukla elektrik jeneratörleri tarafından üretilir ancak aynı zamanda elektrik pilleri gibi kimyasal kaynaklarla veya çok çeşitli enerji kaynakları kullanılarak başka yollarla da üretilebilir. Elektrik gücü genellikle işyerlerine ve evlere elektrik enerjisi şirketleri tarafından sağlanır. Elektrik faturaları genellikle kilovat saat (3,6 MJ) başına ödenir; bu, kilovat cinsinden üretilen gücün saat cinsinden çalışma süresiyle çarpımıdır. Elektrik enerjisi endüstrisinde, müşteriye sağlanan toplam elektrik enerjisi miktarını depolayan elektrik sayaçları kullanılarak güç ölçümleri yapılır. Fosil yakıtlardan farklı olarak elektrik, düşük entropili bir enerji biçimidir ve yüksek verimlilikle itici enerjiye veya diğer birçok enerji biçimine dönüştürülebilir.

Elektronik

Elektronik, vakum tüpleri, transistörler, diyotlar ve entegre devreler gibi aktif elektrik bileşenlerini ve ilgili pasif ve anahtarlama elemanlarını içeren elektrik devreleriyle ilgilenir. Aktif bileşenlerin doğrusal olmayan davranışı ve elektron akışını kontrol etme yetenekleri, zayıf sinyallerin güçlendirilmesine ve elektroniklerin bilgi işleme, telekomünikasyon ve sinyal işlemede yaygın olarak kullanılmasına olanak tanır. Elektronik cihazların anahtar görevi görme yeteneği, bilginin dijital olarak işlenmesine olanak tanır. gibi anahtarlama elemanları baskılı devre kartı, yerleşim teknolojileri ve diğer çeşitli iletişim altyapısı biçimleri tamamlayıcıdır işlevsellik devreler oluşturur ve heterojen bileşenleri ortak bir çalışma sistemine dönüştürür.

Günümüzde çoğu elektronik cihaz, elektronik kontrolü gerçekleştirmek için yarı iletken bileşenler kullanmaktadır. Yarı iletken cihazlar ve ilgili teknolojilerin incelenmesi, katı hal fiziğinin bir dalı olarak kabul edilirken, tasarım ve mühendislik elektronik devreler pratik problemleri çözmek için elektronik alanına aittir.

Elektromanyetik dalgalar

Faraday ve Ampere'nin çalışması, zamanla değişen bir manyetik alanın bir elektrik alanı ürettiğini ve zamanla değişen bir elektrik alanının da bir manyetik alanın kaynağı olduğunu gösterdi. Böylece, bir alan zamanla değiştiğinde daima başka bir alan tetiklenir. Bu fenomenin dalga özellikleri vardır ve doğal olarak elektromanyetik dalga olarak adlandırılır. Elektromanyetik dalgalar teorik olarak 1864 yılında James Maxwell tarafından analiz edildi. Maxwell, elektrik alanı, manyetik alan, elektrik yükü ve elektrik akımı arasındaki ilişkiyi açık bir şekilde tanımlayabilen bir dizi denklem geliştirdi. Ayrıca böyle bir dalganın mutlaka ışık hızında yayıldığını ve dolayısıyla ışığın kendisinin bir elektromanyetik radyasyon biçimi olduğunu da kanıtlayabildi. Işığı, alanları ve yükü birleştiren Maxwell yasalarının gelişimi teorik fizik tarihinin en önemli aşamalarından biridir.

Böylece, pek çok araştırmacının çalışmaları, sinyalleri yüksek frekanslı salınımlı akımlara dönüştürmek için elektroniklerin kullanılmasını mümkün kıldı ve uygun şekillendirilmiş iletkenler aracılığıyla elektrik, bu sinyallerin radyo dalgaları aracılığıyla çok uzun mesafelerde iletilmesine ve alınmasına olanak sağladı.

Elektrik enerjisinin üretimi ve kullanımı

Elektrik akımının üretimi ve iletimi

MÖ 6. yüzyılda. e. Yunan filozof Miletoslu Thales, kehribar çubuklarla deneyler yaptı ve bu deneyler, elektrik enerjisi üretimine yönelik ilk araştırma oldu. Artık triboelektrik etki olarak bilinen bu yöntem yalnızca hafif nesneleri kaldırabiliyor ve kıvılcım üretebiliyordu ama son derece etkisizdi. On sekizinci yüzyılda volta kutbunun icadıyla geçerli bir elektrik kaynağı ortaya çıktı. Volta kutbu ve onun modern soyundan gelen elektrik pili enerjiyi depolar. kimyasal form ve bunu isteğe bağlı olarak elektrik enerjisi şeklinde sağlar. Pil, birçok uygulama için ideal olan çok yönlü ve çok yaygın bir güç kaynağıdır, ancak içinde depolanan enerji sınırlıdır ve tükendiğinde pilin atılması veya yeniden şarj edilmesi gerekir. Büyük ihtiyaçlar için elektrik enerjisinin iletken enerji hatları üzerinden sürekli olarak üretilmesi ve iletilmesi gerekir.

Elektrik gücü tipik olarak fosil yakıtların yakılmasıyla üretilen buhar veya nükleer reaksiyonlarla üretilen ısıyla çalıştırılan elektromekanik jeneratörler tarafından üretilir; veya rüzgar veya akan sudan elde edilen kinetik enerji gibi diğer kaynaklardan. Modern buhar türbünü 1884 yılında Sir Charles Parsons tarafından geliştirilen elektrik, bugün çeşitli ısı kaynaklarını kullanarak dünya elektriğinin yaklaşık yüzde 80'ini üretiyor. Bu tür jeneratörler 1831'deki homopolar Faraday disk jeneratörüne benzemiyor ancak yine de ona güveniyorlar. elektromanyetik prensip Buna göre değişen bir manyetik alanla etkileşime giren bir iletken, uçlarında potansiyel bir fark yaratır. 19. yüzyılın sonlarında transformatörün icadı, elektrik enerjisinin daha yüksek voltajlarda ancak daha düşük akımlarda daha verimli bir şekilde iletilebileceği anlamına geliyordu. Verimli elektrik iletimi Bu da elektriğin ölçek ekonomisinden yararlanılarak merkezi santrallerde üretilebileceği ve daha sonra nispeten uzun mesafeler üzerinden ihtiyaç duyulan yere iletilebileceği anlamına geliyor.

Elektrik enerjisi, ulusal ihtiyaçları karşılamaya yetecek miktarlarda kolaylıkla depolanamayacağından, her an aynı miktarda üretilmesi gerekmektedir. şu an bu gereklidir. Bu, kamu hizmetlerinin elektrik yüklerini dikkatli bir şekilde tahmin etmesini ve bu verileri enerji santralleri ile sürekli olarak koordine etmesini gerektirir. Elektrik talebinde keskin bir artış olması durumunda, elektrik şebekesi için bir güvenlik ağı olarak belirli bir miktardaki üretim kapasitesinin her zaman yedekte tutulması gerekmektedir.

Ülke modernleştikçe ve ekonomisi geliştikçe elektriğe olan talep de hızla artıyor. Amerika Birleşik Devletleri, 20. yüzyılın ilk otuz yılının her yılında talepte yüzde 12'lik bir büyüme yaşadı. Bu büyüme oranı şu anda Hindistan ve Çin gibi gelişmekte olan ekonomilerde gözleniyor. Tarihsel olarak, elektriğe olan talebin artış hızı, diğer enerji türlerine olan talebin artış hızını geride bırakmıştır.

Elektrik üretimiyle ilgili çevresel kaygılar, yenilenebilir kaynaklardan, özellikle de rüzgar ve hidroelektrik santrallerinden elektrik üretimine daha fazla odaklanılmasına yol açmıştır. üzerindeki etkisine ilişkin tartışmaların devam etmesi beklenebilir. çevre çeşitli araçlar elektrik üretiminin son hali nispeten saftır.

Elektriği kullanma yöntemleri

Elektriğin iletimi çok uygun bir şekilde enerji iletimi ve çok büyük ve giderek artan sayıda uygulamaya uyarlanmıştır. 1870'lerde pratik akkor ampulün icadı, aydınlatmanın elektriğin ilk seri üretilen kullanımlarından biri olmasına yol açtı. Elektrifikasyonun kendi riskleri olmasına rağmen, gazlı aydınlatmanın açık alevlerinin değiştirilmesi, ev ve fabrikaların içindeki yangın riskini büyük ölçüde azalttı. Büyüyen elektrikli aydınlatma pazarına hitap etmek için birçok şehirde kamu hizmetleri oluşturuldu.

Isıtma dirençli Joule etkisi akkor lamba filamanlarında kullanılır ve sistemlerde daha doğrudan uygulamalar bulur. elektrikli ısıtma. Bu ısıtma yöntemi çok yönlü ve kontrol edilebilir olmasına rağmen, çoğu enerji üretim yöntemi zaten bir enerji santralinde termal enerji üretimini gerektirdiğinden israf olarak değerlendirilebilir. Danimarka gibi bazı ülkeler, yeni binalarda elektrikli rezistanslı ısıtmanın kullanımını kısıtlayan veya yasaklayan yasalar çıkarmıştır. Bununla birlikte, elektrik, ısıtma ve soğutma için hala çok pratik bir enerji kaynağıdır; klimalar veya ısı pompaları, ısıtma ve soğutma elektriğine yönelik talebin büyüyen bir sektörünü temsil etmektedir ve kamu hizmetlerinin giderek bunun sonuçlarını dikkate alması gerekmektedir.

Elektrik telekomünikasyonda kullanılıyor ve aslında ticari kullanımı 1837'de Cook ve Wheatstone tarafından gösterilen elektrikli telgraf, en eski elektrikli telekomünikasyon uygulamalarından biriydi. 1860'lı yıllarda ilk kıtalararası, ardından transatlantik telgraf sistemlerinin inşasıyla elektrik, her şeyle dakikalar içinde iletişim kurmayı mümkün kıldı. Dünya. Fiber optik ve uydu iletişimi, iletişim sistemleri pazarını ele geçirdi ancak elektriğin bu sürecin önemli bir parçası olarak kalması beklenebilir.

Elektromanyetizmanın etkilerinin en belirgin kullanımı, saf ve etkili çözüm itici güç. Vinç gibi sabit bir motora kolayca güç verilebilir, ancak elektrikli araç gibi mobil bir uygulamaya yönelik bir motorun ya piller gibi güç kaynaklarını yanında taşıması ya da pantograf olarak bilinen kayan bir kontakla akımı toplaması gerekir.

Elektronik cihazlarda yirminci yüzyılın belki de en önemli icatlarından biri olan transistör kullanılır. inşa bloğu tüm modern planlar. Modern bir entegre devre, yalnızca birkaç santimetrekarelik bir alanda birkaç milyar minyatürleştirilmiş transistör içerebilir.

Elektrik aynı zamanda elektrikli otobüsler ve trenler dahil olmak üzere toplu taşıma araçları için de yakıt kaynağı olarak kullanılıyor.

Elektriğin canlı organizmalar üzerindeki etkisi

Elektrik akımının insan vücudu üzerindeki etkisi

İnsan vücuduna uygulanan voltaj, dokudan bir elektrik akımının geçmesine neden olur ve bu ilişki doğrusal olmasa da ne kadar fazla voltaj uygulanırsa o kadar fazla akım oluşmasına neden olur. Algılama eşiği, beslemenin frekansına ve akımın konumuna bağlı olarak değişir; şebeke frekansı elektriği için yaklaşık 0,1 mA ila 1 mA arasındadır, ancak bir mikroamper kadar küçük bir akım, belirli koşullar altında bir elektrovibrasyon etkisi olarak algılanabilir. Akım yeterince büyükse kas kasılmasına, kardiyak aritmiye ve doku yanıklarına neden olabilir. Bir iletkenin elektrik yüklü olduğuna dair gözle görülür herhangi bir işaretin bulunmaması, elektriği özellikle tehlikeli hale getirir. Elektrik akımının neden olduğu ağrı şiddetli olabilir ve elektriğin bazen bir işkence yöntemi olarak kullanılmasına neden olabilir. Elektrik çarpmasıyla gerçekleştirilen ölüm cezasına elektrikle idam denir. Son zamanlarda kullanımı daha az yaygınlaşmış olsa da, elektrikle idam bazı ülkelerde hala bir adli cezalandırma yöntemidir.

Doğadaki elektriksel olaylar

Elektrik bir insan icadı değildir, ancak doğada çeşitli biçimlerde gözlemlenebilir ve bunun dikkate değer bir tezahürü yıldırımdır. Dokunma, sürtünme veya dokunma gibi makroskobik düzeyde aşina olunan pek çok etkileşim Kimyasal bağ atom düzeyinde elektrik alanları arasındaki etkileşimlerden kaynaklanır. Dünyanın manyetik alanının kaynaklandığına inanılıyor doğal üretim Gezegenin çekirdeğinde dolaşan akımlar. Kuvars ve hatta şeker gibi bazı kristaller, dış basınca maruz kaldıklarında yüzeyleri boyunca potansiyel farklılıklar yaratma kapasitesine sahiptir. Yunanca "basmak" anlamına gelen piezein (πιέζειν) kelimesinden gelen ve piezoelektriklik olarak bilinen bu olgu, 1880 yılında Pierre ve Jacques Curie tarafından keşfedildi. Bu etki tersine çevrilebilir ve piezoelektrik malzeme bir elektrik alanına maruz bırakıldığında fiziksel boyutlarında küçük bir değişiklik olur.

Köpekbalıkları gibi bazı organizmalar, elektrik algılama olarak bilinen bir yetenek olan, elektrik alanlarındaki değişiklikleri algılayabilir ve bunlara tepki verebilir. Aynı zamanda, elektrojenik olarak adlandırılan diğer organizmalar da, kendilerine savunma veya yırtıcı silah olarak hizmet eden voltajları kendileri üretme yeteneğine sahiptirler. Elektrikli yılan balığının en ünlü temsilcisi olduğu Gymnotiiformes takımına ait balıklar, avlarını tespit edebilir veya sersemletebilir. yüksek voltaj Elektrositler adı verilen değiştirilmiş kas hücreleri tarafından üretilir. Tüm hayvanlar, işlevi sinir sistemine nöronlar ve kaslar arasındaki iletişimi sağlamak olan aksiyon potansiyelleri adı verilen voltaj darbeleri yoluyla hücre zarları boyunca bilgi iletir. Elektrik şoku bu sistemi uyarır ve kas kasılmasına neden olur. Aksiyon potansiyelleri aynı zamanda belirli bitkilerin faaliyetlerini koordine etmekten de sorumludur.

1850'de William Gladstone, bilim adamı Michael Faraday'a elektriğin değerinin ne olduğunu sordu. Faraday cevap verdi: "Bir gün efendim, ondan vergi alabileceksiniz."

19. yüzyılda ve 20. yüzyılın başlarında elektrik hayatın bir parçası değildi. Gündelik Yaşam sanayileşmiş Batı dünyasında bile birçok insan. Bu nedenle dönemin popüler kültürü onu sık sık yaşayanları öldürebilen, ölüleri diriltebilen veya başka şekillerde doğa yasalarını değiştirebilen gizemli, yarı büyülü bir güç olarak tasvir ediyordu. Bu görüş, Galvani'nin 1771'de hayvana elektrik uygulandığında ölü kurbağaların bacaklarının seğirdiğini gösteren deneyleriyle hüküm sürmeye başladı. Görünüşe göre ölü veya boğulmuş kişilerin "yeniden canlandırılması" veya yeniden canlandırılması, Galvani'nin çalışmasından kısa bir süre sonra tıp literatüründe bildirildi. Bu raporlar Mary Shelley tarafından Frankenstein'ı (1819) yazmaya başladığında öğrenildi, ancak canavarı canlandırmak için böyle bir yöntem belirtmedi. Canavarlara elektrik kullanarak hayat vermek daha sonra korku filmlerinde popüler bir tema haline geldi.

İkinci sanayi devriminin can damarı olan elektriğe ilişkin kamusal farkındalık arttıkça, elektrik kullanıcıları sıklıkla olumlu bir şekilde gösterildi; örneğin "kabloları dokurken parmakları üşüyen eldivenleri yüzünden ölüm" olarak tanımlanan elektrik işçileri gibi. Rudyard Kipling'in 1907 tarihli şiiri: "Martha'nın Oğulları" Jules Verne ve Tom Swift'in macera hikayelerinde çeşitli elektrikle çalışan araçlar belirgin bir şekilde yer aldı. Aralarında Thomas Edison, Charles Steinmetz veya Nikola Tesla gibi bilim adamlarının da bulunduğu kurgusal veya gerçek elektrik uzmanları, yaygın olarak sihirli güçlere sahip sihirbazlar olarak algılanıyordu.

20. yüzyılın ikinci yarısında elektriğin bir yenilik olmaktan çıkıp günlük yaşamda bir zorunluluk haline gelmesiyle, ancak elektrik tedariki kesildiğinde popüler kültür tarafından özel ilgi görmeye başladı; bu genellikle felaket sinyali veren bir olaydı. Jimmy Webb'in "Wichita Lineman" (1968) şarkısının isimsiz kahramanı gibi onun gelişini destekleyen insanlar, giderek daha fazla kahraman ve büyülü karakterler olarak sunuldu.

Veya Elektrik şoku elektronlar gibi yüklü parçacıkların yönsel olarak hareket eden akışı olarak adlandırılır. Elektrik aynı zamanda yüklü parçacıkların bu hareketi sonucu elde edilen enerjiyi ve bu enerjiye dayanarak elde edilen aydınlatmayı da ifade eder. "Elektrik" terimi, İngiliz bilim adamı William Gilbert tarafından 1600 yılında "Mıknatıs, Manyetik Cisimler ve Büyük Mıknatıs-Dünya Üzerine" adlı makalesinde tanıtıldı.

Gilbert, kumaşla sürtünme sonucu diğer hafif cisimleri çekebilen, yani belirli bir yük elde eden kehribarla deneyler yaptı. Kehribar Yunancadan elektron olarak çevrildiğinden, bilim adamının gözlemlediği olaya "elektrik" adı verildi.

Elektrik

Elektrik hakkında küçük bir teori

Elektrik, elektrik akımı iletkenlerinin veya yüklü cisimlerin etrafında bir elektrik alanı oluşturabilir. Bir elektrik alanı aracılığıyla diğer cisimleri elektrik yüküyle etkilemek mümkündür.fv

Herkesin bildiği gibi elektrik yükleri pozitif ve negatif olarak ikiye ayrılır. Bu seçim şartlıdır, ancak tarihsel olarak uzun süredir yapılmış olması nedeniyle, yalnızca bu nedenle her ücrete belirli bir işaret atanmıştır.

Aynı işaretle yüklenen cisimler birbirini iter, farklı yüklere sahip olanlar ise tam tersine çeker.

Yüklü parçacıkların hareketi yani elektriğin varlığı sırasında elektrik alanının yanı sıra bir manyetik alan da ortaya çıkar. Bu, ayarlamanıza olanak tanır elektrik ve manyetizma arasındaki ilişki.

İlginçtir ki elektrik akımını ileten cisimler ya da direnci çok yüksek olan cisimler vardır ve bu durum İngiliz bilim adamı Stephen Gray tarafından 1729 yılında keşfedilmiştir.

Elektriğin incelenmesi, en kapsamlı ve temel olarak termodinamik gibi bir bilim tarafından yürütülmektedir. Bununla birlikte, elektromanyetik alanların ve yüklü parçacıkların kuantum özellikleri tamamen farklı bir bilim olan kuantum termodinamiği tarafından incelenmektedir, ancak bazı kuantum olayları sıradan kuantum teorileriyle oldukça basit bir şekilde açıklanabilir.

Elektrik Temelleri

Elektriğin keşfinin tarihi

Öncelikle şunu söylemek gerekir ki, elektriğin kaşifi sayılabilecek böyle bir bilim adamı yoktur, çünkü eski çağlardan günümüze kadar pek çok bilim adamı elektriğin özelliklerini inceliyor ve elektrik hakkında yeni şeyler öğreniyor.

• Elektrikle ilgilenen ilk kişi antik Yunan filozofu Thales'ti. Yüne sürülen kehribarın diğer hafif cisimleri çekme özelliğini kazandığını keşfetti.
• Daha sonra başka bir antik Yunan bilim adamı olan Aristoteles, düşmanlarına elektrik deşarjıyla saldıran bazı yılan balıklarını inceledi.
• MS 70 yılında Romalı yazar Pliny reçinenin elektriksel özelliklerini inceledi.
• Ancak o zaman uzun zamandır elektrik konusunda hiçbir bilgi edinilmedi.
• Ve ancak 16. yüzyılda, İngiliz Kraliçesi Elizabeth 1'in saray doktoru William Gilbert, elektriksel özellikleri incelemeye başladı ve bir dizi ilginç keşif yaptı. Bundan sonra tam anlamıyla “elektrik çılgınlığı” başladı.
• İngiliz bilim adamı William Gilbert tarafından tanıtılan "elektrik" terimi ancak 1600 yılında ortaya çıktı.
• 1650 yılında elektrostatik makineyi icat eden Magdeburg belediye başkanı Otto von Guericke sayesinde, elektriğin etkisi altındaki cisimlerin itme etkisini gözlemlemek mümkün hale geldi.
• 1729'da İngiliz bilim adamı Stephen Gray, elektrik akımının uzak mesafelere iletilmesi üzerine deneyler yaparken tesadüfen tüm malzemelerin elektriği eşit şekilde iletme yeteneğine sahip olmadığını keşfetti.
• 1733 yılında Fransız bilim adamı Charles Dufay, cam ve reçine adını verdiği iki tür elektriğin varlığını keşfetti. Camın ipeğe, reçinenin yüne sürülmesiyle ortaya çıktıkları için bu isimleri almışlar.
• İlk kapasitör, yani elektrik depolama cihazı, 1745 yılında Hollandalı Pieter van Musschenbroek tarafından icat edildi. Bu kapasitöre Leyden kavanozu adı verildi.
• 1747'de Amerikalı B. Franklin dünyanın ilk elektrik teorisini yarattı. Franklin'e göre elektrik maddi olmayan bir sıvı veya sıvıdır. Franklin'in bilime yaptığı hizmetlerden bir diğeri de paratoneri icat etmesi ve onun yardımıyla yıldırımın elektriksel kökenli olduğunu kanıtlamasıdır. Ayrıca pozitif ve negatif yük kavramlarını da ortaya attı ancak yükleri keşfetmedi. Bu keşif, pozitif ve negatif yük kutuplarının varlığını kanıtlayan bilim adamı Simmer tarafından yapıldı.
• Elektriğin özelliklerinin incelenmesi, 1785 yılında Coulomb'un Coulomb Yasası adı verilen, nokta elektrik yükleri arasında meydana gelen etkileşim kuvvetine ilişkin yasayı keşfetmesinden sonra kesin bilimlere taşındı.
• Daha sonra 1791 yılında İtalyan bilim adamı Galvani, hayvanların hareket ettiklerinde kaslarında bir elektrik akımı oluştuğunu belirten bir bilimsel inceleme yayınladı.
• Pilin 1800 yılında başka bir İtalyan bilim adamı Volta tarafından icadı, elektrik biliminin hızla gelişmesine ve ardından bu alanda bir dizi önemli keşiflere yol açtı.
• Bunu sadece 20 yıl içinde gerçekleşen Faraday, Maxwell ve Ampere keşifleri izledi.
• 1874 yılında Rus mühendis A.N. Lodygin, 1872'de icat edilen karbon çubuklu akkor lambanın patentini aldı. Daha sonra lambada tungsten çubuk kullanılmaya başlandı. Ve 1906'da patentini Thomas Edison'un şirketine sattı.
• 1888'de Hertz elektromanyetik dalgaları kaydetti.
• 1879 yılında Joseph Thomson elektriğin maddi taşıyıcısı olan elektronu keşfetti.
• 1911'de Fransız Georges Claude dünyanın ilk neon lambasını icat etti.
• Yirminci yüzyıl dünyaya Kuantum Elektrodinamiği teorisini kazandırdı.
• 1967'de elektriğin özelliklerinin incelenmesine yönelik bir adım daha atıldı. Bu yıl elektrozayıf etkileşim teorisi oluşturuldu.

Ancak bunlar yalnızca bilim adamlarının elektriğin kullanımına katkıda bulunan ana keşifleridir. Ancak günümüzde araştırmalar devam ediyor ve her yıl elektrik alanında keşifler yapılıyor.

Herkes elektrikle ilgili keşifler açısından en büyük ve en güçlü olanın Nikola Tesla olduğundan emindir. Kendisi şu anda Hırvatistan toprakları olan Avusturya İmparatorluğu'nda doğdu. Buluşları ve bilimsel çalışmaları arasında alternatif akım, alan teorisi, eter, radyo, rezonans ve çok daha fazlası yer alıyor. Bazıları bu fenomenin olasılığını kabul ediyor " Tunguska göktaşı”, bu bizzat Nikola Tesla'nın elinden, yani Sibirya'da muazzam bir güç patlamasından başka bir şey değil.

Dünyanın Efendisi-Nikola Tesla

Bir süredir doğada elektriğin bulunmadığına inanılıyordu. Ancak B. Franklin, yıldırımın elektriksel kökenli olduğunu tespit ettikten sonra bu görüş ortadan kalktı.

Elektriğin doğada ve insan yaşamında önemi oldukça büyüktür. Sonuçta amino asitlerin sentezine ve dolayısıyla yeryüzünde yaşamın ortaya çıkmasına neden olan şey yıldırımdı..

İnsan ve hayvanların sinir sistemindeki hareket, nefes alma gibi işlemler, canlıların dokularında bulunan elektrikten kaynaklanan sinir uyarıları nedeniyle gerçekleşir.

Bazı balık türleri, kendilerini düşmanlardan korumak, su altında yiyecek aramak ve elde etmek için elektriği, daha doğrusu elektrik deşarjını kullanır. Bu tür balıklar şunlardır: yılan balıkları, taşemenler, elektrikli vatozlar ve hatta bazı köpek balıkları. Tüm bu balıkların, kapasitör prensibi ile çalışan, yani oldukça büyük bir elektrik yükü biriktiren ve daha sonra bunu böyle bir balığa dokunan kurbanın üzerine boşaltan özel bir elektrik organı vardır. Ayrıca böyle bir organ birkaç yüz hertz frekansta çalışır ve birkaç voltluk bir gerilime sahiptir. Balığın elektrik organının mevcut gücü yaşla birlikte değişir: balık ne kadar yaşlanırsa, mevcut güç de o kadar artar. Ayrıca elektrik akımı sayesinde büyük derinliklerde yaşayan balıklar suda gezinirler. Elektrik alanı sudaki nesnelerin hareketi nedeniyle bozulur. Ve bu çarpıtmalar balıkların yön bulmasına yardımcı olur.

Ölümcül deneyler. Elektrik

Elektrik almak

Enerji santralleri elektrik üretmek için özel olarak yaratıldı. Enerji santrallerinde jeneratörlerin yardımıyla elektrik üretilmekte ve daha sonra elektrik hatları aracılığıyla tüketim yerlerine iletilmektedir. Elektrik akımı, mekanik veya iç enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi nedeniyle oluşur. Enerji santralleri şu şekilde ayrılır: hidroelektrik santraller veya HES'ler, termal nükleer, rüzgar, gelgit, güneş ve diğer enerji santralleri.

Hidroelektrik santrallerde suyun akışıyla tahrik edilen jeneratör türbinleri elektrik akımı üretir. Termik santrallerde veya diğer bir deyişle termik santrallerde elektrik akımı da üretilir ancak su yerine yakıtın, örneğin kömürün yanması sırasında suyun ısıtılması sırasında ortaya çıkan su buharı kullanılır.

Çok benzer bir çalışma prensibi kullanılmaktadır nükleer enerji santrali veya nükleer santral. Yalnızca nükleer santraller farklı türde yakıt kullanır - örneğin uranyum veya plütonyum gibi radyoaktif malzemeler. Çekirdek fisyonları, suyu ısıtmak ve su buharına dönüştürmek için kullanılan ve daha sonra elektrik akımı üreten bir türbine giren çok büyük miktarda ısının açığa çıkmasına neden olur. Bu tür istasyonların çalışması çok az yakıt gerektirir. Yani 10 gram uranyum, bir araba kömürle aynı miktarda elektrik üretiyor.

Elektrik kullanımı

Günümüzde elektriksiz yaşam imkansız hale geliyor. Yirmi birinci yüzyılda insanların hayatlarına oldukça entegre hale geldi. Elektrik genellikle aydınlatma için, örneğin elektrik veya neon lamba kullanılarak ve telefon, televizyon ve radyo, geçmişte telgraf kullanılarak her türlü bilginin iletilmesi için kullanılır. Ayrıca yirminci yüzyılda elektriğin yeni bir uygulama alanı ortaya çıktı: tramvayların, metro trenlerinin, troleybüslerin ve elektrikli trenlerin elektrik motorları için bir güç kaynağı. Hayatı büyük ölçüde iyileştiren çeşitli ev aletlerini çalıştırmak için elektrik gereklidir modern adam.

Günümüzde elektrik aynı zamanda üretim amacıyla da kullanılmaktadır. kaliteli malzemeler ve bunların işlenmesi. Elektrikle çalışan elektro gitarlar müzik oluşturmak için kullanılabilir. Elektrik aynı zamanda ölüm cezasına izin veren ülkelerde suçluları öldürmek için insani bir yöntem (elektrikli sandalye) olarak kullanılmaya devam ediyor.

Ayrıca, çalışması için elektriğe ihtiyaç duyan bilgisayarlar ve cep telefonları olmadan modern bir insanın yaşamının neredeyse imkansız hale geldiği göz önüne alındığında, elektriğin önemini abartmak oldukça zor olacaktır.

Mitolojide ve sanatta elektrik

Hemen hemen tüm ulusların mitolojisinde yıldırım atma yeteneğine sahip yani elektriği kullanabilen tanrılar vardır. Örneğin Yunanlılar arasında bu tanrı Zeus'tu, Hindular arasında yıldırıma dönüşebilen Agni, Slavlar arasında Perun, İskandinav halkları arasında ise Thor'du.

Karikatürlerde de elektrik vardır. Yani Disney'in Kara Pelerin çizgi filminde elektriği kontrol edebilen bir anti-kahraman Megavolt var. Japon animasyonunda elektrik Pokemon Pikachu tarafından kullanılıyor.

Çözüm

Elektriğin özelliklerinin incelenmesi eski zamanlarda başlamış ve günümüze kadar devam etmektedir. Elektriğin temel özelliklerini öğrenip doğru kullanmayı öğrenen insanlar, hayatlarını çok daha kolay hale getirdi. Elektrik fabrikalarda, fabrikalarda vb. yerlerde de kullanılmaktadır, yani başka faydalar elde etmek için de kullanılabilmektedir. Elektriğin hem doğada hem de modern insanın yaşamındaki önemi çok büyüktür. Yıldırım gibi elektriksel bir olay olmasaydı, yeryüzünde yaşam ortaya çıkmazdı ve yine elektrik nedeniyle ortaya çıkan sinir uyarıları olmasaydı, organizmaların tüm parçaları arasında koordineli çalışma sağlamak mümkün olmazdı.

İnsanlar, varlığından habersiz olsalar bile elektriğe her zaman minnettar olmuşlardır. Ana tanrılarına yıldırım atma yeteneği bahşettiler.

Modern insan da elektriği unutmuyor ama unutmak mümkün mü? Çizgi film ve film karakterlerine elektrik güçleri veriyor, elektrik üretmek için enerji santralleri inşa ediyor ve çok daha fazlasını yapıyor.

Dolayısıyla elektrik, doğanın bize verdiği ve ne mutlu ki kullanmayı öğrendiğimiz en büyük armağandır.

Biyolojik nesnelerin ve cansız ortamların içinde akan görünmez bir güç vardır. Bu kuvvete elektrik denir. Elektrik nedir? Bu, yüklü parçacıkların hareketi ve etkileşimi sonucu oluşan enerjidir. "Elektrik" terimi, "amber" anlamına gelen Yunanca "elektron" kelimesinden gelir. Eski Yunanlılar bu taşı ovalamanın küçük bir statik yük oluşturabileceğini keşfettiler. Ancak insanlar ihtiyaçları için elektrik akımı üretmeyi ancak 19. yüzyılın başlarında öğrendiler.

Elektrik nedir ve nereden gelir?

Etrafımızdaki tüm cansız nesneler, insanlar ve hatta hava bile atomlardan yapılmıştır. Atom, etrafında elektronların yörüngede döndüğü bir çekirdektir. Bu, çekirdeğe çekilen, ancak sürekli hareket halinde olduğu için onunla bağlantı kurmayan negatif yüklü bir parçacıktır. Elektronlar pozitif yüklü parçacıkları, protonları nötralize eder. Bu nedenle atom bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür.

Elektronların başka bir atoma yönlendirilmiş hareketi ile mümkündür. Bu hareket jeneratörün manyetik alanı, sürtünme veya Kimyasal reaksiyon pilin içinde. İşlem, benzer yüklü parçacıkların çekilmesi ve zıt yüklü parçacıkların itilmesi özelliğine dayanmaktadır.

Yüklü parçacıkların bir elektrik alanının etkisi altında hedeflenen hareketi sonucunda bir akım ortaya çıkar. Elektrik, iletken adı verilen bazı malzemeler aracılığıyla serbestçe iletilebilir. Örneğin bakır ve diğer metaller, su. Akımı iletemeyen maddelere yalıtkan denir. İyi yalıtkanlar ahşap, plastik ve ebonittir.

Statik elektrik

Statik elektrik, genellikle sürtünmeden kaynaklanan, bir atom içindeki proton ve elektronların dengesizliği sonucu oluşur. Bu fenomenin bir başka nedeni, aralarında potansiyel bir farkın ortaya çıktığı iki dielektrikin temasıdır.

Günlük yaşamda insanlar neredeyse her gün statik elektrikle karşılaşırlar. Örneğin, sentetik giyim Giyildiğinde ve vücuda sürtüldüğünde küçük bir yük biriktirir ve soyunurken hafif bir çatırtı sesi duyabilir ve kıvılcımlar görebilirsiniz. Saçları plastik bir tarakla tararken de benzer bir olay meydana gelir. Dairedeki statik elektrik kaynakları elektrikli ev aletleri, bilgisayarlar ve ofis ekipmanlarıdır. Çalışma sırasında yere, mobilyalara, giysilere ve insan derisine yerleşen ve ayrıca solunum yoluna giren küçük toz parçacıklarını elektriklendirirler.

Statik elektrik insan sağlığını olumsuz etkiler. Uzun süreli maruz kalma durumunda statik yük, merkezi sinir ve kardiyovasküler sistemlerin işleyişinde bozukluklara, uyku ve iştah kaybına, sinirlilik ve baş ağrılarına neden olabilir.

En çok parlak bir örnek Statik elektriğin doğadaki tezahürü yıldırımdır. Elektronların atmosferin alt katmanlarında birikmesi sonucu güçlü bir elektrik boşalması oluşur.

Elektrik üretimi ve kullanımı

Elektrik tüketiminin hacmi her yıl artmaktadır. Odaların ısıtılması, aydınlatılması için gereklidir ve çalışmayı sağlar endüstriyel Girişimcilik. İnsan hayatının onsuz düşünülemeyeceği tüm ev aletleri de elektrikle çalışmaktadır.

Elektriğin büyük çoğunluğu endüstriyel ve ev ihtiyaçları Jeneratörler kullanarak elektrik üreten ve elektrik hatları aracılığıyla uzun mesafelere ileten enerji santrallerinde üretilir. Enerji kaynağına bağlı olarak enerji santralleri üç tiptir:

• nükleer - yakıt olarak radyoaktif maddeler (uranyum ve plütonyum) kullanıyorlar;
• termal - gaz, dizel yakıt veya kömürle çalıştırma;
• hidroelektrik santraller - jeneratör türbinleri su akışıyla döndürülür.

Alternatif elektrik kaynakları olarak kullanılır rüzgar türbinleri, gaz jeneratörleri, güneş panelleri.

Elektriğin keşfi insan hayatını tamamen değiştirdi. Bu fiziksel olay sürekli olarak günlük hayata katılır. Evin ve sokağın aydınlatılması, her türlü cihazın çalışması, hızlı hareket etmemiz - bunların hepsi elektrik olmadan imkansız olurdu. Bu, çok sayıda çalışma ve deney sayesinde mümkün oldu. Elektrik enerjisi tarihindeki ana aşamaları ele alalım.

Eski zaman

“Elektrik” terimi, eski Yunancada “amber” anlamına gelen “elektron” sözcüğünden gelmektedir. Bu fenomenin ilk sözü eski zamanlarla ilişkilidir. Antik Yunan matematikçisi ve filozofu Milet Thales'i MÖ 7. yüzyılda e. Kehribar yüne sürtüldüğünde taşın küçük nesneleri çekme yeteneği kazandığını keşfetti.

Aslında bu, elektrik üretme olasılığını keşfetmeye yönelik bir deneydi. Modern dünyada bu yöntem, kıvılcım üretmeyi ve hafif nesneleri çekmeyi mümkün kılan triboelektrik etki olarak bilinir. Bu yöntemin verimliliği düşük olmasına rağmen Thales'in elektriğin kaşifi olduğundan bahsedebiliriz.

İÇİNDE eski Çağlar Elektriğin keşfine yönelik birkaç çekingen adım daha atıldı:

• MÖ 4. yüzyılda antik Yunan filozofu Aristoteles. e. düşmana elektrik deşarjıyla saldırabilen yılan balığı çeşitlerini inceledi;
• Antik Romalı yazar Pliny MS 70 yılında reçinenin elektriksel özelliklerini araştırdı.

Tüm bu deneylerin elektriği kimin keşfettiğini anlamamıza yardımcı olması pek olası değil. Bu izole deneyler geliştirilmemiştir. Elektrik tarihindeki sonraki olaylar yüzyıllar sonra gerçekleşti.

Teori oluşturma aşamaları

17.-18. yüzyıllara dünya biliminin temellerinin yaratılması damgasını vurdu. 17. yüzyıldan bu yana, gelecekte bir kişinin hayatını tamamen değiştirmesine olanak sağlayacak bir dizi keşif meydana geldi.

Terimin görünümü

İngiliz fizikçi ve saray doktoru 1600 yılında “Elektriği” tanımladığı “Mıknatıs ve Manyetik Cisimler Üzerine” kitabını yayınladı. Pek çok şeyin özelliklerini açıkladı katılar Sürtündükten sonra küçük nesneleri çekin. Bu olayı ele alırken elektriğin icadından değil, sadece bilimsel bir tanımdan bahsettiğimizi anlamak gerekir.

William Gilbert, versor adı verilen bir cihazı icat etmeyi başardı. İşlevi elektrik yükünün varlığını belirlemek olan modern bir elektroskop'a benzediğini söyleyebiliriz. Vericiyi kullanarak, kehribarın yanı sıra aşağıdakilerin de hafif nesneleri çekme yeteneğine sahip olduğu bulundu:

• bardak;
• elmas;
• safir;
• ametist;
• opal;
• arduvazlar;
• karborundum.

1663 yılında Alman mühendis, fizikçi ve filozof Otto von Guericke prototip olan bir aparat icat etti elektrostatik jeneratör. Bu, metal bir çubuğa monte edilmiş, elle döndürülen ve ovalanan bir kükürt topuydu. Bu buluşun yardımıyla nesnelerin yalnızca çekme değil aynı zamanda itme özelliğini de eylem halinde görmek mümkün oldu.

Mart 1672'de ünlü Alman bilim adamı Gottfried Wilhelm Leibniz bir mektupta Guericke makinesinde çalışırken elektrik kıvılcımı tespit ettiğini belirtti. Bu, o dönemde gizemli olan bir olgunun ilk kanıtıydı. Guericke, gelecekteki tüm elektrik keşifleri için prototip görevi görecek bir cihaz yarattı.

1729'da Büyük Britanya'dan bir bilim adamı Stephen Gray kısa (800 feet'e kadar) mesafelerde bir elektrik yükünün iletilme olasılığını keşfetmeyi mümkün kılan deneyler gerçekleştirdi. Ayrıca elektriğin topraktan iletilmediğini de tespit etti. Daha sonra bu, tüm maddelerin yalıtkanlar ve iletkenler olarak sınıflandırılmasını mümkün kıldı.

İki tür ücret

Fransız bilim adamı ve fizikçi Charles François Dufay 1733'te iki farklı elektrik yükünü keşfetti:

• artık pozitif olarak adlandırılan “cam”;
• “reçineli”, negatif denir.

Daha sonra, farklı şekilde elektriklenen cisimlerin birbirini çekeceğini ve benzer şekilde elektriklenen cisimlerin birbirini iteceğini kanıtlayan elektriksel etkileşimler üzerine çalışmalar yaptı. Bu deneylerde Fransız mucit, yük miktarını ölçmeyi mümkün kılan bir elektrometre kullandı.

1745 yılında Hollandalı bir fizikçi Pieter van Muschenbrouck ilk elektrik kondansatörü olan Leyden kavanozunu icat etti. Yaratıcısı aynı zamanda Alman avukat ve fizikçi Ewald Jürgen von Kleist'tir. Her iki bilim adamı da paralel ve birbirlerinden bağımsız hareket ettiler. Bu keşif, bilim adamlarına elektriği yaratanlar listesine dahil olma hakkını veriyor.

11 Ekim 1745 Kleist'in"tıbbi kavanoz" ile bir deney yaptı ve büyük miktarda elektrik yükünü depolayabilme yeteneğini keşfetti. Daha sonra Alman bilim adamlarını keşif hakkında bilgilendirdi ve ardından Leiden Üniversitesi'nde bu buluşun bir analizi yapıldı. Daha sonra Pieter van Muschenbrouck Leiden Bank'ın meşhur olmasını sağlayan eserini yayınladı.

Benjamin Franklin

1747'de Amerikalı politikacı, mucit ve yazar Benjamin Franklin“Elektrikle Deneyler ve Gözlemler” adlı makalesini yayınladı. İçinde, onu maddi olmayan bir sıvı veya akışkan olarak tanımladığı ilk elektrik teorisini sundu.

Modern dünyada Franklin ismi genellikle yüz dolarlık banknotla ilişkilendirilir ancak onun zamanının en büyük mucitlerinden biri olduğunu da unutmamalıyız. Pek çok başarısının listesi şunları içerir:

1. Günümüzde bilinen elektriksel durumların tanımı (-) ve (+)'dır.
2. Franklin yıldırımın elektriksel doğasını kanıtladı.
3. 1752 yılında bir paratoner projesini ortaya atıp sunmayı başardı.
4. Bir elektrik motoru fikri ortaya çıktı. Bu fikrin somut örneği, elektrostatik kuvvetlerin etkisi altında dönen bir tekerleğin gösterilmesiydi.

Teorisinin ve sayısız icadının yayınlanması, Franklin'e elektriği icat edenlerden biri olarak kabul edilme hakkını veriyor.

Teoriden kesin bilime

Yapılan araştırma ve deneyler, elektrik çalışmalarının kesin bir bilim kategorisine geçmesine olanak sağladı. Bir dizi bilimsel başarının ilki Coulomb yasasının keşfiydi.

Yük Etkileşimi Yasası

Fransız mühendis ve fizikçi Charles Augustin de Coulon 1785'te statik nokta yükler arasındaki etkileşim kuvvetini yansıtan bir yasa keşfetti. Coulomb daha önce burulma dengesini icat etmişti. Kanunun ortaya çıkışı Coulomb'un bu terazilerle yaptığı deneyler sayesinde gerçekleşti. Onların yardımıyla yüklü metal toplar arasındaki etkileşimin kuvvetini ölçtü.

Coulomb yasası, elektromanyetizma biliminin başladığı elektromanyetik olayları açıklayan ilk temel yasaydı. 1881'de Coulomb'un onuruna bir elektrik yükü birimi adı verildi.

Pilin icadı

1791'de İtalyan bir doktor, fizyolog ve fizikçi Kas Hareketindeki Elektrik Kuvvetleri Üzerine Bir İnceleme yazdı. İçinde elektriksel uyarıların varlığını kaydetti. kas dokusu hayvanlar. Ayrıca iki tür metal ve elektrolitin etkileşimi sırasında potansiyel bir fark keşfetti.

Luigi Galvani'nin keşfi İtalyan kimyager, fizikçi ve fizyolog Alessandro Volta'nın çalışmalarıyla geliştirildi. 1800 yılında sürekli akım kaynağı olan “Volta Sütunu”nu icat etti. Tuz çözeltisine batırılmış kağıt parçalarıyla birbirinden ayrılan bir dizi gümüş ve çinko plakadan oluşuyordu. “Volta Sütunu”, kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü galvanik hücrelerin prototipi haline geldi.

1861'de onun onuruna, bir voltaj ölçüm birimi olan "volt" adı tanıtıldı.

Galvani ve Volta, elektrik olgusu doktrininin kurucuları arasındadır. Pilin icadı hızlı gelişmeyi ve ardından gelen büyümeyi ateşledi bilimsel keşifler. 18. yüzyılın sonu ve XIX'in başı yüzyıl elektriğin icat edildiği dönem olarak nitelendirilebilir.

Akım kavramının ortaya çıkışı

1821'de Fransız matematikçi, fizikçi ve doğa bilimci Andre-Marie Ampère Kendi incelemesinde, manyetik ve elektriksel olaylar arasında, elektriğin statik doğasında bulunmayan bir bağlantı kurmuştur. Böylece ilk kez “elektrik akımı” kavramını ortaya attı.

Ampere, elektromanyetik alan yükselticisi olarak sınıflandırılabilecek çok sayıda bakır tel sarımına sahip bir bobin tasarladı. Bu buluş, 19. yüzyılın 30'lu yıllarında elektromanyetik telgrafın yaratılmasına hizmet etti.

Ampere'nin araştırması sayesinde elektrik mühendisliğinin doğuşu mümkün oldu. 1881 yılında onun onuruna akım birimine “amper”, kuvveti ölçen aletlere ise “ampermetre” adı verildi.

Elektrik Devre Hukuku

Fizikçi Almanya Georg Simon Ohm 1826'da bir devredeki direnç, voltaj ve akım arasındaki ilişkiyi kanıtlayan bir yasa çıkardı. Om sayesinde yeni terimler ortaya çıktı:

• ağdaki voltaj düşüşü;
• iletkenlik;
• elektrik hareket gücü.

1960 yılında bir elektrik direnci birimine onun adı verilmiştir ve Ohm da şüphesiz elektriği icat edenler listesinde yer almaktadır.

İngiliz kimyager ve fizikçi Michael Faraday 1831 yılında elektriğin seri üretiminin temelini oluşturan elektromanyetik indüksiyonun keşfini yaptı. Bu olgudan yola çıkarak ilk elektrik motorunu yaratır. 1834'te Faraday elektroliz yasalarını keşfetti ve bu onu atomların elektriksel kuvvetlerin taşıyıcısı olarak kabul edilebileceği sonucuna götürdü. Elektroliz çalışmaları elektronik teorisinin ortaya çıkmasında önemli rol oynamıştır.

Faraday, elektromanyetik alan doktrininin yaratıcısıdır. Elektromanyetik dalgaların varlığını tahmin edebildi.

Halka açık kullanım

Tüm bu keşifler pratik kullanım olmasaydı efsane olmazdı. İlki olası yollar Uygulama alanı ise 19. yüzyılın 70'li yıllarında akkor lambanın icadından sonra ortaya çıkan elektrik ışığıydı. Yaratıcısı bir Rus elektrik mühendisiydi Alexander Nikolayeviç Lodygin.

İlk lamba, içinde karbon çubuk bulunan kapalı bir cam kaptı. 1872'de buluş için bir başvuru yapıldı ve 1874'te Lodygin'e akkor lambanın icadı için patent verildi. Elektriğin hangi yılda ortaya çıktığı sorusuna cevap vermeye çalışırsanız, bu yıl doğru cevaplardan biri olarak kabul edilebilir, çünkü ampulün görünümü erişilebilirliğin açık bir işareti haline geldi.

Rusya'da elektriğin ortaya çıkışı

Rusya'da elektriğin hangi yılda ortaya çıktığını öğrenmek ilginç olacak. Aydınlatma ilk olarak 1879'da St. Petersburg'da ortaya çıktı. Daha sonra ışıklar Liteiny Köprüsü'ne yerleştirildi. Daha sonra 1883 yılında Polis Köprüsü'nde ilk elektrik santrali faaliyete geçti.

Aydınlatma ilk kez 1881'de Moskova'da ortaya çıktı. İlk şehir elektrik santrali 1888'de Moskova'da faaliyete geçti.

Rusya'nın enerji sistemlerinin kuruluş günü, Alexander III'ün 1886 tarihli Elektrikli Aydınlatma Derneği'nin tüzüğünü imzaladığı 4 Temmuz 1886 olarak kabul ediliyor. Dünyaca ünlü Siemens endişesinin organizatörünün kardeşi Karl Friedrich Siemens tarafından kuruldu.

Dünyada elektriğin tam olarak ne zaman ortaya çıktığını söylemek mümkün değil. Zamana dağılmış, aynı derecede önemli olan pek çok olay vardır. Bu nedenle birçok cevap seçeneği olabilir ve hepsi doğru olacaktır.