Struja je česta i vitalna pojava za većinu ljudi. I kao svaka poznata stvar, rijetko je primjetna. Malo ljudi se pita odakle dolazi, kako funkcionira, što se s njim može učiniti. Međutim, njegovo istraživanje provedeno je mnogo prije naše ere, a do sada su neke misterije ostale neodgovorene.
Sadržaj
Što se podrazumijeva pod električnom strujom
Elektricitet je kompleks pojava povezanih s postojanjem električnih naboja. Ova riječ najčešće označava električnu struju i sve procese koje ona uzrokuje.
Električna struja je usmjereno kretanje čestica koje nose naboj pod utjecajem električnog polja.
Tko je izumio struju - povijest
Pojedine manifestacije elektriciteta proučavane su mnogo prije naše ere.No, spojiti ih u jednu teoriju koja objašnjava bljeskove munja na nebu, privlačnost objekata, mogućnost izazivanja požara i utrnulosti dijelova tijela, pa čak i smrti osobe, pokazalo se teškim zadatkom.
Od davnina, znanstvenici su proučavali tri manifestacije elektriciteta:
- Ribe koje proizvode električnu energiju;
- Statična struja;
- Magnetizam.
U starom Egiptu iscjelitelji su znali za čudne sposobnosti nilskog soma i pokušavali njime liječiti glavobolje i druge bolesti. Stari rimski liječnici su u slične svrhe koristili električnu rampu. Stari Grci su detaljno proučavali čudne sposobnosti raža i znali su da stvorenje može omamiti osobu bez izravnog kontakta kroz trozubac i ribarske mreže.
Nešto ranije otkriveno je da ako trljate jantar o komad vune, on će početi privlačiti vunu i male predmete. Kasnije je otkriven još jedan materijal sličnih svojstava - turmalin.
Oko 500 g. pr. Indijski i arapski znanstvenici znali su za tvari sposobne privući željezo i aktivno su koristili tu sposobnost na raznim poljima. Oko 100. pr. Kineski znanstvenici izumili su magnetski kompas.
Godine 1600. William Gilbert, dvorski liječnik Elizabete I. i Jamesa I., otkrio je da je cijeli planet jedan golemi kompas i uveo pojam "elektriciteta" (od grčkog "jantar"). U njegovim spisima eksperimenti s trljanjem jantara o vunu i sposobnošću kompasa da usmjerava na sjever počeli su se spajati u jednu teoriju. Na slici ispod pokazuje magnet Elizabeti I.
Godine 1633. inženjer Otto von Guericke izumio je elektrostatički stroj koji ne samo da može privlačiti, već i odbijati predmete, a 1745. Peter van Muschenbroek gradi prvi uređaj za pohranu električnog naboja na svijetu.
1800. Talijan Alessandro Volta izume prvi izvor struje - električna baterija koja proizvodi D.C.. Također je mogao prenositi električnu struju na daljinu. Stoga ovu godinu mnogi smatraju godinom izuma električne energije.
Godine 1831. Mike Faraday otkriva fenomen elektromagnetske indukcije i otvara put za izum raznih uređaja temeljenih na električnoj struji.
Na prijelazu iz XIX-XX stoljeća učinjen je ogroman broj otkrića i postignuća zahvaljujući aktivnostima Nikole Tesle. Između ostalog, izumio je visokofrekventni generator i transformator, elektromotor, antena za radio signale.
Znanost koja proučava elektricitet
Struja je prirodni fenomen. Djelomično se proučava u biologiji, kemiji i fizici. Najpotpuniji električni naboji razmatraju se u okviru elektrodinamike - jedne od grana fizike.
Teorije i zakoni elektriciteta
Postoji nekoliko zakona koji reguliraju električnu energiju, ali oni u potpunosti opisuju taj fenomen:
- Zakon održanja energije temeljni je zakon kojemu se pokoravaju i električni fenomeni;
- Ohmov zakon je osnovni zakon električne struje;
- Zakon elektromagnetske indukcije – o elektromagnetskim i magnetskim poljima;
- Amperov zakon – o interakciji dva vodiča sa strujama;
- Joule-Lenzov zakon – o toplinskom učinku električne energije;
- Coulombov zakon – o elektrostatici;
- Pravila desne i lijeve ruke – određivanje smjera linija magnetskog polja i Amperove sile koja djeluje na vodič u magnetskom polju;
- Lenzovo pravilo – određivanje smjera indukcijske struje;
- Faradayevi zakoni se odnose na elektrolizu.
Prvi eksperimenti s električnom energijom
Prvi eksperimenti s električnom energijom bili su uglavnom zabavni. Njihova je bit bila u svjetlosnim objektima koji su se privlačili i odbijali pod utjecajem slabo shvaćene sile. Još jedno zabavno iskustvo je prijenos električne energije kroz lanac ljudi koji se drže za ruke. Fiziološki učinak električne energije aktivno je proučavao Jean Nollet, koji je učinio da električni naboj prođe kroz 180 ljudi.
Od čega se sastoji električna struja?
Električna struja je usmjereno ili uređeno kretanje nabijenih čestica (elektrona, iona). Takve čestice nazivaju se nositeljima električnog naboja. Da bi se gibanje pojavilo, u tvari moraju postojati slobodne nabijene čestice. Sposobnost nabijenih čestica da se kreću u tvari određuje vodljivost te tvari. Prema vodljivosti, tvari se dijele na vodiče, poluvodiče, dielektrike i izolatore.
U metalima naboj pomiču elektroni. Istodobno, sama tvar nigdje ne curi - metalni ioni su sigurno fiksirani u čvorovima strukture i samo lagano osciliraju.
U tekućinama naboj nose ioni: pozitivno nabijeni kationi i negativno nabijeni anioni. Čestice jure prema elektrodama s suprotnim nabojem, gdje postaju neutralne i talože se.
Plazma nastaje u plinovima pod djelovanjem sila s različitim potencijalima. Naboj nose slobodni elektroni i ioni oba pola.
U poluvodičima, naboj pomiču elektroni, krećući se od atoma do atoma i ostavljajući za sobom diskontinuitete koji se smatraju pozitivno nabijenim.
Odakle dolazi električna struja
Struja koja kroz žice dolazi do kuća generira se električnim generatorom na raznim elektranama. Na njima je generator spojen na turbinu koja se stalno okreće.
U dizajnu generator postoji rotor – zavojnica koja se nalazi između polova magneta. Kada turbina rotira ovaj rotor u magnetskom polju, prema zakonima fizike, pojavljuje se ili inducira električna struja. Dakle, svrha generatora je pretvaranje kinetičke sile rotacije u električnu energiju.
Postoji mnogo načina da se turbina okrene, koristeći različite izvore energije. Podijeljeni su u tri vrste:
- Obnovljivi – energija dobivena iz neiscrpnih izvora: tokova vode, sunčeve svjetlosti, vjetra, geotermalnih izvora i biogoriva;
- Neobnovljivi – energija dobivena iz resursa koji nastaju vrlo sporo, nerazmjerno stopi potrošnje: ugljen, nafta, treset, prirodni plin;
- Nuklearna - energija dobivena procesom diobe nuklearne stanice.
Električna energija se najčešće proizvodi radom:
- Hidroelektrane (HE) - grade se na rijekama i koriste snagu toka vode;
- Termoelektrane (TE) - rade na toplinsku energiju iz izgaranja goriva;
- Nuklearne elektrane (NPP) - rade na toplinskoj energiji dobivenoj procesom nuklearne reakcije.
Pretvorena energija se žicama dovodi do transformatorskih trafostanica i rasklopnih uređaja i tek tada dolazi do krajnjeg potrošača.
Sada se aktivno razvijaju takozvane alternativne vrste energije. To uključuje vjetroturbine, solarne ploče, korištenje geotermalnih izvora i sve druge načine dobivanja električne energije kroz neobične pojave. Alternativna energija je mnogo inferiornija u smislu produktivnosti i povrata u odnosu na tradicionalne izvore, ali u određenim situacijama pomaže u uštedi novca i smanjenju opterećenja na glavnim energetskim mrežama.
Postoji i mit o postojanju BTG - generatori bez goriva. Na internetu postoje video snimci koji demonstriraju njihov rad i nudi se njihova prodaja. No, postoji mnogo kontroverzi oko pouzdanosti ovih informacija.
Vrste električne energije u prirodi
Najjednostavniji primjer prirodnog elektriciteta je munja. Čestice vode u oblacima neprestano se sudaraju jedna s drugom, dobivajući pozitivan ili negativan naboj. Lakše, pozitivno nabijene čestice završavaju na vrhu oblaka, dok se teže, negativne čestice kreću dolje. Kada se dva slična oblaka nalaze na dovoljno bliskoj udaljenosti, ali na različitim visinama, pozitivni naboji jednog počinju međusobno privlačiti negativne čestice drugog. U ovom trenutku dolazi do munje. Također, ova pojava se događa između oblaka i same površine zemlje.
Još jedna manifestacija elektriciteta u prirodi su posebni organi u ribama, ražama i jeguljama. Uz njihovu pomoć mogu stvoriti električne naboje kako bi se obranili od grabežljivaca ili omamili svoj plijen. Njihov potencijal kreće se od vrlo slabih pražnjenja, neprimjetnih za ljude, do smrtonosnih.Neke ribe stvaraju oko sebe slabo električno polje koje im pomaže u potrazi za plijenom i navigaciji u mutnoj vodi. Svaki fizički objekt ga na neki način iskrivljuje, što pomaže u ponovnom stvaranju okolnog prostora i "videnju" bez očiju.
Elektricitet se očituje i u radu živčanog sustava živih organizama. Živčani impuls prenosi informacije s jedne stanice na drugu, omogućujući vam da odgovorite na vanjske i unutarnje podražaje, razmišljate i kontrolirate svoje pokrete.
Slični članci:
