De energie electrică este o proprietate fizică a materiei. Constă din acea interacțiune negativă sau pozitivă dintre protoni și electronii materiei. Termenul se referă la culoarea chihlimbar, datorită culorii versatile și luminoase pe care a prezentat-o. Cu toate acestea, termenul a fost introdus pentru prima dată în societatea științifică de către omul de știință englez William Gilbert (1544-1603) în secolul al XVI-lea pentru a descrie fenomenul interacțiunii energetice dintre particule.
Ce este electricitatea
Cuprins
Electricitatea fizică este înțeleasă a fi fenomenele care se manifestă prin prezența sarcinilor electrice prezente în corpuri, deoarece acestea sunt formate din molecule și atomi, a căror interacțiune a subparticulelor lor generează impulsuri electrice. Sarcinile pozitive și negative de pe atomi sunt electricitate statică, în timp ce mișcarea electronilor și eliberarea lor din atomi produc curenți electrici.
Aceasta face parte din electromagnetism, care conformează, cu gravitația și forța nucleară slabă și forța nucleară puternică, interacțiunile fundamentale ale naturii.
Etimologia sa provine din latina electrum, tot din greaca élektron, care înseamnă „chihlimbar”. Filosoful grec Thales din Milet (624-546 î.Hr.) a observat cum fricțiunea magnetiza chihlimbarul cu electricitate statică, iar secole mai târziu, omul de știință Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739), a observat cum încărcările pozitive ale electricității au fost dezvăluite atunci când sticla a fost frecată și, la rândul ei, au fost prezentate negative atunci când rășinile, cum ar fi chihlimbarul, au fost frecate.
Fluxul de energie din mișcare sau de sarcini statice este ceea ce se numește energie electrică, sau transferul de electroni de la un atom la altul, iar forța electrică rezultată este măsurată în volți sau wați, un termen folosit în energie electrică în limba engleză și A fost numit după inventatorul mașinii cu aburi James Watt (1736-1819).
Cu toate acestea, este posibil să găsim electricitate în natură, ca în cazul evenimentelor atmosferice, bioelectricitatea (electricitatea prezentă la unele animale) și magnetosfera.
Unul dintre cele mai cunoscute cazuri de animale care produc electricitate este cel al anghilei electrice, care are în corpul său electrocite (un organ al acestui animal care generează câmpuri electrice), care se găsesc în tot corpul său, funcționând în mod similar cu neuroni și poate genera descărcări de până la 500 de volți.
Deoarece există o diversitate de elemente, atomii lor sunt diferiți; de aceea unele materiale sunt purtătoare de energie electrică și alți izolatori. Cei mai buni conductori sunt metalele, deoarece au puțini electroni în atomii lor, deci nu este necesară o cantitate mai mare de energie pentru ca aceste molecule sub-atomice să sară de la un atom la altul.
Caracteristicile energiei electrice
Conform dinamicii, originii, performanței și fenomenelor pe care le produce, are caracteristici care îl fac să iasă în evidență. Printre principalele sunt:
- Cumulativ. Există dispozitive cu capacitatea de a stoca energie electrică în substanțe chimice în interiorul acumulatorilor, care permit păstrarea acesteia pentru o utilizare ulterioară (baterii).
- Modul său de a obține. În cazul bateriilor sau celulelor, se obține chimic; de asemenea, prin inducție electromagnetică atunci când se deplasează un conductor într-un câmp magnetic, ca alternatoarele; și de la lumină, atunci când anumite tipuri de metale eliberează electroni când lumina soarelui cade asupra lor (panouri solare).
- Efectele sale. Acestea pot fi fizice, mecanice sau cinetice, termice, chimice, magnetice și luminoase.
- Manifestările sale. Ele pot fi sub formă de fulgere, electricitate statică, curenți de curent, printre altele.
- Pericol. Prin generarea căldurii, poate provoca arsuri severe și în caz de expunere mai puternică, moarte.
- Rezistivitate și conductivitate. Este opoziția unor tipuri de materie în fața trecerii sale și, respectiv, fluxul ușor al acesteia.
Tipuri de electricitate
Există mai multe tipuri de energie electrică, cele mai importante sunt:
Static
Statica apare din excesul de sarcină electrică, care se acumulează într-un material conductiv sau izolator.
Se știe că atomii sunt compuși dintr-un anumit număr de protoni (sarcină pozitivă) în nucleul lor și același număr de electroni (sarcină negativă) care orbitează în jurul său, ceea ce face ca atomul respectiv să fie neutru din punct de vedere electric sau în echilibru; dar atunci când se generează o frecare între două corpuri sau substanțe, pot fi generate sarcini în obiectele menționate.
Acest lucru se datorează faptului că electronii ambelor materiale vor intra în contact, producând un dezechilibru în sarcinile atomilor, ducând la static. Se numește așa deoarece este generat în atomi care sunt în repaus și sarcina sa nu se mișcă, dar rămâne staționară. Un exemplu în acest sens este atunci când trecem o perie prin păr și unele sunt ridicate de statica fricțiunii dintre materialul aceluiași și păr. Artefactele precum imprimantele folosesc static pentru a dezvălui tonerul sau cerneala pe hârtie.
Dinamic
Acest tip este produs de o sarcină care este în mișcare sau de fluxul acesteia. Pentru aceasta, este necesară o sursă electrică (care poate fi chimică, cum ar fi o baterie; sau electromecanică, cum ar fi o dinamă), care face ca electronii să curgă printr-un material conductiv prin care pot circula aceste încărcături electrice.
În el, electronii se deplasează de la un atom la altul și așa mai departe. Această circulație este cunoscută sub numele de curent electric. Un exemplu al acestui tip de electricitate sunt prizele electrice, care reprezintă o sursă de electricitate dinamică pentru aparatele și alte aparate care necesită electricitate.
Este important să subliniem existența altor tipuri de energie electrică, printre care:
- De bază: Acest tip este cel care se referă la atracția sarcinilor pozitive și negative, unde obiectele vor fi încărcate. Este generat din doi poli, care nu trebuie neapărat să se atingă, ci să se atragă reciproc. Acest tip de electricitate se găsește în obiectele de zi cu zi.
- Comportamental: este considerat ca parte a dinamicii, deoarece este cel care este transportat prin intermediul conductoarelor, motiv pentru care continuă să se miște prin circuite. Există diferiți conductori, precum metale (în special cupru), aluminiu, aur, carbon, printre altele.
- Electromagnetic: Este generat de un câmp magnetic, care poate fi stocat și emis ca radiație, de aceea este recomandat să nu vă expuneți la acest tip de câmp pentru o lungă perioadă de timp. Fizicianul Hans Christian Ørsted (1777-1851) a descoperit relația dintre magnetism și electricitate, observând că curentul electric creează un câmp magnetic.
Printre aplicațiile acestui tip de energie electrică se remarcă în medicină, de exemplu, pentru aparatele cu raze X sau pentru a efectua imagistica prin rezonanță magnetică.
- Industrial: Aceasta este ceea ce trebuie generat pentru mașinile mari utilizate în producția în masă a produselor, care necesită cantități mari de energie, deoarece acestea sunt de mare putere.
A fost dezvoltat după ce știința a dovedit că resursele naturale de energie, cum ar fi fulgerele, ar putea fi canalizate și utilizate de om, devenind o sursă puternică de energie electrică, care a permis satisfacerea nevoilor industriei.
Manifestări electrice
Incarcare electrica
Este o proprietate pe care unele particule subatomice (electroni, neutroni și protoni) trebuie să se atragă și să se respingă reciproc, precum și definește interacțiunea lor electromagnetică. Aceasta este produsă în atomi, care o vor transfera către moleculele unui alt corp sau printr-un material conductor. De asemenea, se referă la capacitatea unei particule de a schimba fotoni (particule de lumină sau energie electromagnetică).
Acest lucru este prezent, de exemplu, în electricitatea statică, care este o sarcină staționară într-un corp. De asemenea, o sarcină dă naștere forței electromagnetice, deoarece produce forță asupra altora. Taxele pot fi negative și altele pozitive, iar cele de același tip vor fi respinse, în timp ce opusul se va atrage reciproc.
Sarcinile sunt măsurate prin unitatea coulomb sau coulomb și este reprezentată de litera C și înseamnă cantitatea de sarcină care trece printr-o secțiune a unui conductor într-o perioadă de o secundă. Atât materia cât și antimateria au sarcini egale și opuse particulei lor corespunzătoare.
Curent electric
Acesta este fluxul de sarcină electrică printr-un material, produs de mișcarea electronilor sau de un alt tip de sarcină. Va produce un câmp magnetic, unul dintre fenomenele electrice care pot fi exploatate, în acest caz de un electromagnet.
Materialele prin care va circula acest flux pot fi solide, lichide sau gazoase. În materialele solide, electronii se mișcă; ionii (atomi sau molecule care nu sunt neutri din punct de vedere electric) se mișcă în lichide; iar cele gazoase, pot fi atât electroni, cât și ioni.
Cantitatea de încărcare a curentului pentru o unitate de timp este cunoscută sub numele de intensitatea curentului electric, care este simbolizată prin litera I și este menționată ca coulombi pe secundă sau ampere.
Curentul electric poate fi:
- Continuă sau directă, care sunt acele fluxuri de sarcini care circulă într-o cale constantă, nu este întreruptă de nicio perioadă de vid, deoarece este într-o singură direcție.
- Alterna, care este cea care se mișcă în două direcții, își modifică traseul și intensitatea.
- Triphasic, care este gruparea a trei curenți alternativi cu aceeași amplitudine, frecvență și valoare efectivă (concept utilizat pentru studierea undelor periodice), prezentând o diferență de 120º între fază și fază.
câmp electric
Este un câmp electromagnetic care a fost generat de o încărcare electrică (chiar și atunci când nu se mișcă) și care afectează încărcăturile care îl înconjoară sau se află în el. Câmpurile nu sunt măsurabile, dar pot fi observate sarcinile care sunt plasate pe ele.
Un câmp electric este un spațiu fizic în care sarcinile electrice ale diferitelor corpuri interacționează și se definește concentrația intensității unei forțe electrice. În această regiune proprietățile au fost modificate prin prezența unei încărcături.
Potential electric
Se referă la capacitatea unui corp electric sau la energia necesară pentru a deplasa o sarcină sau pentru a efectua lucrări și este măsurată în volți. Acest concept este legat de cel al diferenței de potențial, care este definit ca energia necesară pentru a muta o sarcină dintr-un punct în altul.
Acest lucru poate fi definit doar într-o regiune limitată de spațiu pentru un câmp static, deoarece pentru sarcini în mișcare se utilizează potențialele Liénard-Wiechert (ele descriu câmpurile electromagnetice ale unei distribuții a sarcinilor în mișcare).
Electromagnetismul
Aceasta se referă la câmpurile magnetice care sunt generate din cauza sarcinilor electrice care sunt în mișcare și care produc atracția sau repulsia către materialele care se află în aceste câmpuri, care pot genera curent electric.
Circuite electrice
Se referă la conectarea a cel puțin două componente electrice, astfel încât sarcina electrică să poată circula într-o cale închisă pentru un anumit scop. Acestea sunt alcătuite din elemente precum componente, noduri, ramuri, ochiuri, surse și conductori.
Există circuite cu receptor, ca în cazul becurilor sau clopotelor; circuite de serie, cum ar fi luminile de Crăciun; circuite în paralel, ca în cazul luminilor care se aprind simultan cu același comutator; circuite mixte (combină serie și paralel); și comutate, care sunt cele care permit, de exemplu, să aprindă una sau mai multe lumini din mai multe puncte diferite.
Istoria electricității
Antecedentele energiei electrice datează din cele mai vechi timpuri, chiar cu aproape trei mii de ani înainte de Hristos, unde oamenii au observat anumite fenomene electrice în natură, în ciuda faptului că nu știau cum au fost produse sau dinamica lor. La fel, au fost martori ai anumitor fenomene magnetice produse de unele tipuri de materiale obținute în natură, cum ar fi magnetitul sau prezența acestuia la animale.
În aproximativ 2.750 î.Hr., civilizația egipteană a scris despre peștii electrici găsiți în râul Nil, referindu-se la aceștia drept protectori ai celorlalte faune din acesta. În jurul anului 600 î.Hr., Thales din Milet a fost prima persoană care a descoperit că chihlimbarul a dobândit proprietăți electrice și magnetice atunci când a fost frecat cu un anumit material. Dar electricitatea ca știință datează din secolele al XVII-lea și al XVIII-lea, în mijlocul revoluției științifice, când apariția acestui domeniu de studiu a fost contextul perfect pentru începutul revoluției industriale și a expansiunii sale în lumea modernă care era în creștere, a fost crucial pentru dezvoltarea umanității.
Înainte de aceasta, în secolul al XVI-lea, filosoful și medicul William Gilbert (1544-1603) au adus contribuții importante la studiul fenomenului electric, acordând o atenție specială electricității și magnetismului. Termenii „electricitate” și „electric” apar pentru prima dată în 1646 în opera englezului Thomas Browne (1605-1682). Unitățile de măsură pentru diferitele fenomene electrice au apărut mai târziu datorită contribuțiilor multiple ale intelectualilor în fizică.
Omul de știință, politician și inventator Benjamin Franklin (1706-1790), în 1752 a reușit să canalizeze puterea electrică conținută de fulgere printr-un zmeu, ceea ce a dus la inventarea paratrăsnetului; un dispozitiv folosit pentru a conduce electricitatea fulgerului la sol. Mai târziu, fizicianul italian Alessandro Volta (1745-1827), a inventat în 1800 bateria de tensiune care permitea stocarea energiei, profitând de utilizarea energiei electrice generate de reacțiile chimice; iar în 1831 fizicianul Michael Faraday (1791-1867), a dezvoltat primul generator electric, care a permis să trimită curent electric continuu.
Prima etapă a revoluției industriale nu a implicat electricitatea pentru dezvoltarea ei, deoarece a folosit energia generată de abur. Deja spre a doua revoluție industrială din secolul al XIX-lea, electricitatea și petrolul au fost folosite pentru a genera energie, ceea ce i-a permis omului de știință Thomas Alva Edison (1847-1931) să aprindă primul bec cu filament în 1879.
La sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, Edison, avocatul curentului continuu, și inventatorul și inginerul Nikola Tesla (1856-1943), tatăl curentului alternativ, a contestat viitorul electricității.
Curentul continuu a fost popularizat în Statele Unite pentru uz casnic și industrial; cu toate acestea, s-a descoperit curând că era ineficient pe distanțe mari și când era necesară o tensiune mai mare și emite cantități enorme de căldură.
Tesla a dezvoltat experimente care au condus la descoperirea unor modalități alternative de transport a energiei electrice mai eficient, care au dus la descoperirea curentului alternativ.
George Westinghouse (1846-1914), un om de afaceri american, a susținut și a cumpărat invenția lui Tesla, care a câștigat în cele din urmă lupta pentru electricitate deoarece era un tip de curent mai ieftin, cu pierderi de energie mai mici.
Importanța electricității
Importanța sa este vitală pentru viața modernă, fiind unul dintre pilonii fundamentali ai societății actuale, întrucât practic tot ceea ce folosesc ființele umane implică electricitatea pentru a funcționa: aparate electrice, mașini, comunicații, unele forme de transport, producție de bunuri și servicii, pentru domeniul medicinei, științei, printre alte domenii.
Poate fi creat de om sau valorificat direct din natură. Electricitatea artificială este creată de turbine, condensatoare și mașini care se bazează pe forța naturii de a funcționa, cum ar fi barajele, care folosesc forța unor cantități mari de apă pentru a genera curentul care alimentează orașele mari.
Planeta Pământ este, de asemenea, capabilă să genereze electricitate, acele raze, fulgere și fulgere pe care le vedem pe cer în mijlocul unei furtuni sunt descărcări electrice generate de coliziunea unor grupuri uriașe de materie și energie. Acesta se numește curent electric natural și poate fi folosit de om cu paratrăsneturi și conductoare super rezistente capabile să absoarbă impactul unei descărcări de o asemenea amploare.
10 exemple de utilizare a energiei electrice
Electricitatea are multiple utilizări în activitățile umane. Printre cele mai proeminente exemple se numără:
- În vehiculele cu electricitate auto, care circulă prin circuite care ajung în părți ale acestuia și care necesită electricitate pentru a funcționa, cum ar fi luminile, claxonul, motorul, printre altele, și este generat de la o baterie.
- Pentru iluminat, adică pentru pornirea iluminatului intern, public și industrial.
- Pentru aprinderea aparatelor electrice și electronice.
- Pentru a genera căldură în climă temperată, cum ar fi prin încălzire.
- Pentru transport, cum ar fi avioanele, deoarece au nevoie de energie electrică pentru a decola.
- Pentru domeniul medical, utilizat în dispozitivele utilizate pentru analize și studii.
- În industrie, care necesită cantități mari de încărcare electrică pentru fabricarea produselor de larg consum.
- Pentru a genera mișcare prin motoare care acționează energie electrică, transformând energia electrică în energie mecanică.
- Pentru comunicații, utilizate în dispozitive precum antene repetoare, emițătoare, printre altele.
- Pentru transportul și controlul fluidelor, cum ar fi apa, prin electrovalve care ajută la moderarea debitului.
