Kas ir elektrība — definīcija, strāva, vadītāji un pielietojumi

Pastāv divu veidu elektriskie lādiņi, kas viens otru spiež un velk: pozitīvie lādiņi un negatīvie lādiņi. Elektriskie lādiņi viens otru spiež vai velk, ja tie nesaskaras. Tas ir iespējams, jo katrs lādiņš ap sevi rada elektrisko lauku. Elektriskais lauks ir laukums, kas ieskauj lādiņu. Katrā punktā pie lādiņa elektriskais lauks ir vērsts noteiktā virzienā. Ja šajā punktā novietos pozitīvu lādiņu, tas tiks virzīts šajā virzienā. Ja šajā punktā novietos negatīvu lādiņu, tas tiks virzīts tieši pretējā virzienā.

Tas darbojas līdzīgi kā magnēts, un patiesībā elektrība rada magnētisko lauku, kurā līdzīgi lādiņi viens otru atgrūž un pretēji lādiņi pievelkas. Tas nozīmē, ka, novietojot divus negatīvos lādiņus tuvu viens otram un tos palaižot, tie attālināsies viens no otra. Tas pats attiecas uz diviem pozitīviem lādiņiem. Bet, ja tuvu viens otram novietotu pozitīvu un negatīvu lādiņu, tie vilktu viens pie otra. Īss veids, kā to atcerēties, ir frāze "pretnostatījumi piesaista patīk atbaidīt".

Visa matērija Visumā sastāv no sīkām daļiņām ar pozitīvu, negatīvu vai neitrālu lādiņu. Pozitīvos lādiņus sauc par protoniem, bet negatīvos - par elektroniem. Protoni ir daudz smagāki par elektroniem, taču tiem abiem ir vienāds elektriskais lādiņš, tikai protoniem ir pozitīvs, bet elektroniem - negatīvs. Tā kā "pretstati pievelkas", protoni un elektroni turas kopā. Daži prototi un elektroni var veidot lielākas daļiņas, ko sauc par atomiem un molekulām. Atomi un molekulas joprojām ir ļoti sīkas. Tās ir pārāk mazas, lai tās saskatītu. Jebkurā lielā objektā, piemēram, tavā pirkstā, ir vairāk atomu un molekulu, nekā kāds var saskaitīt. Mēs varam tikai aplēst, cik daudz to ir.

Tā kā negatīvie elektroni un pozitīvie protoni salipst kopā, veidojot lielus objektus, visi lielie objekti, kurus mēs varam redzēt un sajust, ir elektriski neitrāli. Elektriski ir vārds, kas nozīmē "apraksta elektrību", un neitrāls ir vārds, kas nozīmē "līdzsvarots". Tāpēc mēs no attāluma nejūtam, kā objekti mūs spiež un velk, kā tas būtu, ja viss būtu elektriski lādēts. Visi lielie objekti ir elektriski neitrāli, jo pasaulē ir vienāds pozitīvā un negatīvā lādiņa daudzums. Varētu teikt, ka pasaule ir precīzi līdzsvarota jeb neitrāla. Zinātnieki joprojām nezina, kāpēc tas tā ir.

Elektroni var pārvietoties pa visu materiālu. Protoni nekad nepārvietosies pa cietiem objektiem, jo tie ir ļoti smagi, vismaz salīdzinājumā ar elektroniem. Materiālu, kas ļauj elektroniem pārvietoties, sauc par vadītāju. Materiālu, kas katru elektronu tur cieši savā vietā, sauc par izolatoru. Vadītāju piemēri ir varš, alumīnijs, sudrabs un zelts. Izolatoru piemēri ir gumija, plastmasa un koks. Varš tiek ļoti bieži izmantots kā vadītspējīgs materiāls, jo tas ir ļoti labs vadītspējīgs materiāls un pasaulē tā ir ļoti daudz. Varš ir atrodams elektrības vados. Taču dažkārt tiek izmantoti arī citi materiāli.

Vadītājā elektroni lēkā apkārt, bet tie ilgi neskrien vienā virzienā. Ja vadītājā tiek izveidots elektriskais lauks, visi elektroni sāk kustēties virzienā, kas ir pretējs virzienam, uz kuru vērsts lauks (jo elektroni ir negatīvi lādēti). Elektrisku lauku vadītājā var radīt baterija. Ja abus vada gabala galus savieno ar abiem baterijas galiem (tos sauc par elektrodiem), tad izveidoto cilpu sauc par elektrisko ķēdi. Elektroni plūst apkārt un apkārt kontūram, kamēr vien baterija vadā rada elektrisko lauku. Šo elektronu plūsmu pa ķēdi sauc par elektrisko strāvu.

Elektriskās strāvas vads, ko izmanto elektriskās strāvas pārvadei, bieži ir ietīts izolatorā, piemēram, gumijā. Tas ir tāpēc, ka vadi, pa kuriem plūst strāva, ir ļoti bīstami. Ja cilvēks vai dzīvnieks pieskartos necaurlaidīgam vadam, pa kuru plūst strāva, viņš varētu savainoties vai pat iet bojā atkarībā no tā, cik spēcīga ir strāva un cik daudz elektriskās enerģijas strāva pārvada. Jums jābūt uzmanīgiem elektrisko rozešu un vaļēju vadu tuvumā, pa kuriem var plūst strāva.

Elektrisko ierīci ir iespējams pieslēgt ķēdei tā, lai caur ierīci plūstu elektriskā strāva. Šī strāva pārnesīs elektrisko enerģiju, lai ierīce veiktu kādu darbību, ko mēs vēlamies, lai tā veiktu. Elektriskās ierīces var būt ļoti vienkāršas. Piemēram, spuldzītē strāva pārvada enerģiju caur īpašu vadu, ko sauc par kvēldiegu, kas liek spuldzei spīdēt. Elektriskās ierīces var būt arī ļoti sarežģītas. Elektrisko enerģiju var izmantot, lai darbinātu elektromotoru, kas atrodas instrumentā, piemēram, urbjmašīnā vai zīmuļu asināmajā mašīnā. Elektrisko enerģiju izmanto arī moderno elektronisko ierīču, tostarp telefonu, datoru un televizoru, darbināšanai.

Daži ar elektrību saistīti termini

Šeit ir daži termini, ar kuriem var sastapties, pētot, kā darbojas elektrība. Pētījumu par elektrību un to, kā tā padara iespējamas elektriskās ķēdes, sauc par elektroniku. Pastāv inženierzinātņu joma, ko sauc par elektrotehniku un kurā cilvēki izgudro jaunas lietas, izmantojot elektrību. Visus šos terminus ir svarīgi zināt.

• Strāva ir elektriskā lādiņa daudzums, kas plūst. Ja 1 kulons elektrības 1 sekundē kaut kur izplūst, strāva ir 1 ampērs. Lai izmērītu strāvu vienā punktā, mēs izmantojam ampērmetru.

• Spriegums, ko sauc arī par "potenciālu starpību", ir strāvas "grūdiens". Tas ir darba apjoms, ko var paveikt elektriskais avots ar vienu elektrisko lādiņu. Ja 1 kulonam elektriskā lādiņa ir 1 džouls enerģijas, tam būs 1 volts elektriskā potenciāla. Lai izmērītu spriegumu starp diviem punktiem, mēs izmantojam voltmetru.

• Pretestība ir vielas spēja "palēnināt" strāvas plūsmu, tas ir, samazināt lādiņa plūsmas ātrumu caur vielu. Ja 1 volta elektriskais spriegums caur vadu uztur 1 ampēra strāvu, tad vada pretestība ir 1 ohms - to sauc par Oma likumu. Ja strāvas plūsmai ir pretestība, enerģija tiek "izlietota", kas nozīmē, ka tā tiek pārvērsta citos veidos (piemēram, gaismā, siltumā, skaņā vai kustībā).

• Elektroenerģija ir spēja veikt darbu, izmantojot elektriskās ierīces. Elektriskā enerģija ir "saglabājama" īpašība, kas nozīmē, ka tā uzvedas kā viela un to var pārvietot no vietas uz vietu (piemēram, pa pārvades līdzekli vai akumulatorā). Elektroenerģiju mēra džoulos vai kilovatstundās (kWh).

• Elektriskā jauda ir ātrums, ar kādu tiek izmantota, uzglabāta vai pārnesta elektroenerģija. Elektriskās enerģijas plūsmu pa elektrolīnijām mēra vatos. Ja elektroenerģija tiek pārvērsta citā enerģijas veidā, to mēra vatos. Ja daļa no tās tiek pārvērsta un daļa uzkrāta, to mēra voltampēros, vai arī, ja tā tiek uzkrāta (piemēram, elektriskā vai magnētiskā laukā), to mēra reaktīvajos voltampēros.

Elektroenerģija galvenokārt tiek ražota vietās, ko sauc par elektrostacijām. Lielākajā daļā spēkstaciju izmanto siltumu, lai ūdeni pārvērstu tvaikā, kas griež tvaika dzinēju. Tvaika dzinēja turbīna griež mašīnu, ko sauc par "ģeneratoru". Ģeneratora iekšpusē vīti vadi griežas magnētiskajā laukā. Tas izraisa elektrības plūsmu caur vadiem, pārnesot elektroenerģiju. Šo procesu sauc par elektromagnētisko indukciju. Maikls Faradejs atklāja, kā to izdarīt.

Ir daudz siltuma avotu, ko var izmantot elektroenerģijas ražošanai. Siltuma avotus var iedalīt divos veidos: atjaunojamie energoresursi, kuros siltumenerģijas krājumi nekad neizsīkst, un neatjaunojamie energoresursi, kuros krājumi ar laiku izsīkst.

Dažkārt dabisko plūsmu, piemēram, vēja vai ūdens enerģiju, var izmantot tieši ģeneratora griešanai, tāpēc siltums nav nepieciešams.