Електрика

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Блискавка — одне з електричних явищ

Еле́ктрика (від грец. ήλεκτρον - бурштин; раніше також громови́на [1]) — розділ фізики, що вивчає електричні явища: взаємодію між зарядженими тілами, явища поляризації та проходження електричного струму.

Електричні явища лежать в основі сучасних засобів виробництва, транспортування й розподілу енергії, а тому є основою численних застосувань в сучасній технології.

Суміжні дисципліни[ред.ред. код]

Зв'язок електричних явищ з магнітними вивчається електромагнетизмом. Електродинаміка, включаючи в себе електрику й магнетизм, вивчає також електромагнітні хвилі. Напротивагу електродинаміці розділ електрики, що вивчає тільки нерухомі електричні заряди, називається електростатикою.

На електриці базують своє знання прикладні науки, такі як електротехніка, електрохімія тощо.

Історія[ред.ред. код]

Давньогрецький філософ Фалес Мілетський один з перших дослідників електрики

Електричні явища були відомі ще в давнину, давнім грекам, фінікійцям, жителям Межиріччя. Те, що при натиранні бурштин отримує властивість притягати до себе легкі предмети, описував в 600-х роках до н.е. Фалес Мілетський. Фалес, однак, не відрізняв електрики від магнетизму, вважаючи це одним явищем, от тільки бурштин отримує таку дивну властивість при терті, а в магнетита вона постійна.

Новий крок у вивченні електричних явищ здійснив у 1600 році англійський лікар Вільям Ґілберт. Провівши дослідження електричних і магнітних явищ, він опублікував книгу, в якій зробив висновок, що властивості постійного магніта і здатність натертого бурштину притягати предмети — безумовно різні явища. Ґілберт почав застосовувати латинське слово electricus — бурштиноподібний, для опису такої властивості. У своїй книзі Ґілберт також прийшов до висновку, що Земля є магнітом, і саме тому стрілка компаса вказує на полюс.

Постійний магніт — найпростіший приклад магнітного диполя.

У середині 17-го століття Отто фон Геріке винайшов електростатичний генератор.

Експерименти Стівена Ґрея показали, що електрику можна передавати на віддаль (до 800 футів) за допомогою провідників (зволожених ниток), якщо уникати контакту із землею і використовувати ізоляцію. Так почалися дослідження струмів і були закладені основи поділу матеріалів на провідники й діелектрики.

Шарль дю Фе відкрив два різні типи електрики, назвавши їх «скляним» і «смолистим» (тепер їх називають додатніми й від'ємними зарядами), продемонструвавши, що однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягаються. Дю Фе також поділив речовини на провідники й ізолятори, називаючи їх «електриками» і «неелектриками».

Досліди Бенджаміна Франкліна, проведені в 1752 році, продемонстрували, що блискавка має електричну природу.

Бенджамін Франклін США, політик та винахідник. Проводив дослідження електрики в 18 ст.

У 1791 році Луїджі Гальвані опублікував відкриття біоелектрики. В 1800 році Алессандро Вольта побудував першу батарею — вольтів стовп. Новий тип джерела струму був набагато надійнішим, ніж електростатичні генератори, що використовувалися до того. В 1820 році Андре-Марі Ампер відкрив зв'язок між електрикою і магнетизмом. В 1821 році Майкл Фарадей вигадав електричний двигун, а в 1827 — Георг Ом встановив математичний закон, що описує струм в електричному колі.

Важко перечислити всі наукові відкриття в області вивчення електричних явищ у першій половині 19-го століття. Відкриття електромагнітної індукції Фарадеєм у 1831 році відкрило шлях до продукування і використання електричної енергії у великих масштабах, і кінець 19-го століття став епохою численних винаходів в області електротехніки. До кінця століття зусиллями таких видатних вчених, як Нікола Тесла, Томас Алва Едісон, Вернер фон Сіменс, лорд Кельвін, Галілео Ферраріс та багатьох інших, електрика перетворилася з наукової цікавинки в провідну силу другої промислової революції.

Основні положення[ред.ред. код]

Електрична дуга забезпечує наочну демонстрацію електричного струму
Основні елементи електричного кола

Сучасна фізика вважає, що електромагнітна взаємодія є однією з фундаментальних взаємодій. Електричний заряд — властивість елементарних частинок, серед яких найважливішими, зважаючи на свою стабільність, є електрон і протон. Всі речовини складаються з атомів, в центрі яких існує позитивно зарядженне ядро, а навколо ядра — негативно заряджені електрони. Більшість атомів у навколишньому світі нейтральні — число електронів у їхньому складі дорівнює числу протонів, але рухливі електрони можуть покидати атом, утворюючи додатні йони, або приєднуватися до нейтрального атома, утворюючи від'ємні йони. Якщо в якомусь фізичному тілі число електронів відрізняється від числа протонів, то таке тіло отримує макроскопічний електричний заряд. Цей процес називається електризацією.

Однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються. Чисельно взаємодія між зарядами описується законом Кулона.

Якщо заряди помістити в суцільне середовище, то взаємодія між ними змінюється завдяки явищу, яке називається діелектричною поляризацією. Діелектрична поляризація виникає завдяки зміщенню електронів відносно ядер атомів у зовнішньому електричному полі або завдяки повороту молекул із власним дипольним моментом. В результаті сила, яка діє на заряд з боку інших зарядів визначається не лише величиною цих зарядів та їхнім розташуванням, а ще й наведеними дипольними моментами атомів і молекул середовища. При невеликих електричних полях (в порівнянні з внутрішньоатомними полями) здатність речовини поляризуватися описується діелектричною проникністю.

Під дією кулонівської сили заряджені частинки переміщаються, утворюючи електричний струм. Електричний струм створює магнітне поле, за яким його можна зареєструвати. Іншим наслідком проходження електричного струму через речовину є виділення тепла.

Залежно від здатності проводити електричний струм речовини можна поділити на провідники й діелектрики. Провідники відрізняються від діелектриків тим, що містять вільні носії заряду, що можуть легко переміщатися всередині речовини.

Виробництво та використання електроенергії[ред.ред. код]

Починаючи з кінця 19 століття, електричні явища відіграють дедалі більшу роль у виробництві й побуті. Електрика лежить у центрі нашої культури, починаючи від освітлення та різноманітних зручних у побуті приладів, і закінчуючи потужними електричними двигунами, які використовуються у виробництві.

Виробництво[ред.ред. код]

Докладніше у статті Енергетика
Panasonic-oxyride.jpg

В основному призначена для використання у виробництві і побуту електроенергія виробляється електростанціями, де механічна енергія обертання парових турбін перетворюється в електричну електричними генераторами. Тепло, необхідне для нагрівання пари, яка обертає турбіни, отримують в основному за рахунок викопного палива. Крім теплових електростанцій значна частина електроенергії виробляється атомними електростанціями та гідроелектростанціями. В останньому випадку використовується відновлюване джерело енергії. Іншими відновлюваними джерелами енергії є енергія вітру, яку використовують дедалі популярніші в сучасну епоху вітрові електростанції. Пряме використання сонячної енергії можливе завдяки сонячним елементам.

Вироблена електростанціями енергія розподіляється через електричну мережу в оселі людей, на фабрики й заводи.

Окрім виробництва й розподілу електричної енергії через мережу, широко використовуються також такі джерела електричної енергії, як електрохімічні батареї та акумулятори, які дозволяють отримати електричний струм невеликої напруги, потрібної для роботи переносних електронних приладів.

Використання[ред.ред. код]

Gluehlampe 01 KMJ.png

У 1870-х роках століття з'явилася лампа розжарювання, яка стала першим побутовим приладом, що вимагав проведення електричної мережі в кожну людську оселю й установу. Ще до її появи електрика використовувалася телеграфом і телефоном — важливими комукаційними приладами. Серед важливих домашніх електроприладів: радіо, телевізор, програвач, пральна машина, холодильник, кондиціонер, обігрівач та багато інших. Багато з цих приладів використовують електродвигун, винайдений Майклом Фарадеєм. Із розвитком електроніки в людських оселях з'явилися також комп'ютери.

Виробництво теж широко використовує потужні електродвигуни, але електричні явища застосовуються також для гальванопластики, виплавки металів, зварювання та багатьма іншими способами.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

  • С.Е. Фріш і А.В. Тіморєва (1953). Курс загальної фізики. Том II. Електричні і електромагнітні явища. Київ: Радянська школа. 
  • І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук, П.П.Луцик (2006). Загальний курс фізики: Навчальний посібник у 3-х т. Т.2. Електрика і магнетизм. Київ: Техніка. 
  • Сивухин Л. В. Общий курс физики. Т. 3. — Москва: Наука, 1977.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.