Электроэнергия википедия: электроэнергия — Викисловарь

электроэнергия — Викисловарь

Морфологические и синтаксические свойства[править]

э·лѐ-ктро-э·не́р-ги-я

Существительное, неодушевлённое, женский род, 1-е склонение (тип склонения 7a по классификации А.  А. Зализняка).

Корень: -электр-; интерфикс: -о-; корень: -энерг-; суффикс: -и; окончание: -я ^{[Тихонов, 1996]}.

Произношение[править]

• МФА: [ɛˌlʲektrəɛˈnɛrɡʲɪɪ̯ə] 

Семантические свойства[править]

Значение[править]

1. электрическая энергия ◆ Более половины населения (54%) сочли возможным наступление в 1991 г. экономической катастрофы, 49% ― массовой безработицы, 42% ― голода, 51% ― перебоев с подачей воды и электроэнергии. Е. Т. Гайдар, «Гибель империи», 2006 г. (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы)

Синонимы[править]

Антонимы[править]

Гиперонимы[править]

Гипонимы[править]

Родственные слова[править]

Этимология[править]

Происходит от ??

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

Библиография[править]

Крупнейшие потребители электричества планеты земля / Электроэнергия / Анализ на RosInvest. Com

Что ожидает мир

Население планеты неукоснительно растет, в связи с этим будет повышаться и потребление электричества в мире. По аналитическим данным именно бытовое потребление электроэнергии является самым большим, и только потом следует промышленное производство. Примерно на 32% возрастет потребление электроэнергии на планете к 2040 году.

Особенно резкий рост темпов потребления электричества будет наблюдаться в Индии, по той причине, что население страны менее чем за 30 лет увеличится в два раза. Кроме того скачек в потреблении электроэнергии будет зафиксирован в странах Ближнего Востока, Латинской Америки и Африке.

В развитых странах (Европа, США) напротив, потребление электроэнергии снизится. Данную тенденцию можно было наблюдать в период кризиса 2008-2009 года, когда впервые после окончания Второй мировой войны, с 1945 года, за счет уменьшения промышленного использования, потребление электроэнергии в странах «Восьмерки» снизилось на 3,5%. Примечательно, что в периоды прошлых кризисов обычно падал спрос на нефть, потребление электричества не уменьшалось, это показывает на сколько глубоким был последний кризис.

Если взять по отраслям производства электроэнергии, то использование энергии атома вырастет к 2040 году почти в два раза – на 64%. Природный газ будет использоваться для генерации электричества на 62% больше, и таким образом газ будет занимать второе место в системе выработки электроэнергии, пропустив вперед нефть и оставив позади уголь. Уголь будет использоваться на 6% меньше, чем в настоящее время.

А в связи с нехваткой невозобновляемых источников энергии резко взлетит вверх генерация электричества с помощью возобновляемых источников (ветер, Солнце, приливы т.п.). Спрос на них возрастет на 340%, что есть почти в пять раз, чем сегодня.

Общее соотношение потребляемых энергоресурсов

Стоит заметить, что доля электроэнергии в общем соотношении потребляемых энергоресурсов в мире составляет 18%. В эту цифру входят все виды вырабатываемой электроэнергии на планете – гидроэнергетика, атомная энергетика, электростанции на газе, угле и мазуте, а также альтернативные источники электроэнергии. Доля нефти, угля и газа в совокупности составляет 68% от всех потребляемых энергоресурсов.

Общий рейтинг потребления электричества по странам

Уже не один год пальму первенства по потреблению электроэнергии в мире держат Соединенные Штаты Америки. США потребляют почти 4 000 ТВт-час за год.

На втором месте Китай – 3 700 ТВт-час за год. В Китае потребление электричества это индикатор экономического роста и активности, и он достовернее официальных индексов.

Далее, с большим отрывом, третье место в мире по потреблению электроэнергии занимает Япония. На ее долю приходится 965 ТВт-час за год.

На четвертом месте Россия – 851 ТВт-час за год. Спад потребления в России составил около 10%.

Пятое место у Индии – 670 ТВт-час за год. На 1% больше прошлых показателей.

На шестом месте Германия, она потребляет 534 ТВт-час за год.

На седьмом месте Канада, и 521 ТВт-час за год.

Восьмое место занимает еще одна страна Евросоюза – Франция. У нее объем потребления равен 478 ТВт-час за год.

На девятом месте Южная Корея – 459 ТВт-час за год.

Замыкает десятку Бразилия – 440 ТВт-час за год.

Динамика потребления электроэнергии

Рассматривая динамику потребления электроэнергии в мире по странам с начала нового тысячелетия можно наблюдать следующую картину: резкий скачек потребления электричества в Китае, он составил 217%. Рост производства и экономики страны в целом также приходится на данный промежуток времени.

На втором месте по динамике роста потребления электричества Иран. Его показатели возросли на 96%.

Третье место поделили Саудовская Аравия и Индия, с показателем роста 82%.

На четвертом месте так же две страны: Южная Корея и Турция. Их динамика роста потребления электроэнергии составила 75%.

Все остальные страны недотягивают и до 40%. А Великобритания даже ушла в минус, у нее спад на 4%. Практически отсутствовала динамика потребления электричества у Японии – 0,7%. У России рост потребления составил 23%.

Индикатор кризиса

Наглядно видно, что ведущие экономики мира «Старого и Нового света» достигли определенного уровня, выше которого прыгнуть уже не удастся. По словам главного экономиста Международной энергетической ассоциации Фатиха Бироля – спад в потреблении электричества показывает глубину нынешней рецессии. Снижения потребления – это своего рода индикатор кризиса и этот показатель часто указывает на предстоящие тенденции.

Когда-то в 2005 году, еще до кризиса, Международная энергетическая ассоциация (МЭА) в своих отчетах предсказывала рост потребления электричества до 2015 года на 33%. Увы, этого не случилось. В 2007 году он вырос только на 4,7%, а в 2008 всего на 2,5%.

МЭА выступает за стимуляцию расходов на возобновляемые источники энергии, как независимого от ископаемых источников энергии, предупреждая тем самым, что спад инвестиций на добычу и производство нефти приведет к очередному дефициту поставок.

Электроэнергия — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электроэне́ргия — физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы). Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электрический ток.

Электрическая энергия является также товаром, который приобретают участники оптового рынка (энергосбытовые компании и крупные потребители-участники опта) у генерирующих компаний, а участники розничного рынка у энергосбытовых компаний. Цена на электрическую энергию в международной торговле обычно выражается в центах за киловатт-час либо в долларах за тысячу киловатт-часов.
Электрическая энергия (электроэнергия): Способность электромагнитного поля совершать работу под действием приложенного напряжения в технологическом процессе её производства, передачи, распределения и потребления.

Мировое производство электроэнергии[править | править код]

Динамика мирового производства электроэнергии (Год — млрд кВт*час):

• 1890 — 9
• 1900 — 15
• 1914 — 37,5
• 1950 — 950
• 1960 — 2300
• 1970 — 5000
• 1980 — 8250
• 1990 — 11800
• 2000 — 14500
• 2005 — 18138,3
• 2007 — 19894,9
• 2013 — 23127^[1]
• 2014 — 23536,5^[2]
• 2015 — 24255^[3]
• 2016 — 24816^[4]

Крупнейшими в мире странами — производителями электроэнергии являются Китай и США, вырабатывающие соответственно 24 % и 18 % от мирового производства, а также уступающие им в 4 раза каждая^[что?] — Индия, Россия и Япония.

Начиная с 2012 года, Китай занял лидирующее место по годовому объему выработки электроэнергии (6,14 трлн кВт⋅ч в 2016)^[5][4].

Промышленное производство электроэнергии[править | править код]

В эпоху индустриализации подавляющий объем электроэнергии вырабатывается промышленным способом на электростанциях.

В последнее время, в связи с экологическими проблемами, дефицитом ископаемого топлива и его неравномерным географическим распределением, становится целесообразным вырабатывать электроэнергию используя ветроэнергетические установки, солнечные батареи, малые газогенераторы.

В некоторых государствах, например в Германии, приняты специальные программы, поощряющие инвестиции в производство электроэнергии домохозяйствами.

В 2017 году мировой рынок электроэнергии оценивался в 5,61 млрд. долл. США^[8]. Почти 9/10 объемов купли-продажи электроэнергии приходится на страны Европы. Крупнейшими экспортерами являются Франция (1,75 млрд. долл.), Германия (731 млн. долл.), Нидерланды (410 млн. долл.), Испания (358 млн. долл.), Босния и Герцеговина (294 млн. долл.). Крупнейшие импортеры — Италия (2,21 млрд. долл.), Великобритания (1,07 млрд. долл.), Марокко (360 млн. долл.), Греция (328 млн. долл.).

определение электричества и синонимов электричества (английский)

Молния — одно из самых драматических эффектов электричества.

Электричество — это наука, техника, технология и физические явления, связанные с наличием и перемещением электрических зарядов. Электричество дает широкий спектр хорошо известных электрических эффектов , таких как молния, статическое электричество, электромагнитная индукция и протекание электрического тока в электрическом проводе. Кроме того, электричество позволяет создавать и принимать электромагнитное излучение, такое как радиоволны.

В электричестве заряды создают электромагнитные поля, которые действуют на другие заряды. Электричество возникает из-за нескольких типов физики:

В электротехнике электричество используется для:

Электрические явления изучались с древних времен, хотя успехи в науке были достигнуты только в семнадцатом и восемнадцатом веках. Однако практических применений электричества оставалось немного, и только в конце девятнадцатого века инженеры смогли применить его в промышленных и жилых помещениях.Быстрое развитие электрических технологий в это время изменило промышленность и общество. Чрезвычайная универсальность электричества как средства обеспечения энергией означает, что его можно использовать в практически неограниченном наборе приложений, включая транспорт, отопление, освещение, связь и вычисления. Электроэнергия — это основа современного индустриального общества, и ожидается, что она останется таковой в обозримом будущем. ^[1]

Слово электричество происходит от нового латинского ēlectricus , «похожий на янтарь» ^[a] , появившегося в 1600 году из греческого ήλεκτρον (электрон), что означает янтарь, поскольку электрические эффекты производились классически натирание янтаря.

История

Фалес, самый ранний известный исследователь электричества

Основные статьи: История теории электромагнетизма и История электротехники

Задолго до того, как появились какие-либо знания об электричестве, люди знали о ударах электрических рыб. Древние египетские тексты, датируемые 2750 годом до нашей эры, называют этих рыб «Громовержцами Нила» и описывают их как «защитников» всех других рыб. Спустя тысячелетия о электрических рыбах снова сообщили древнегреческие, римские и арабские естествоиспытатели и врачи. ^[2] Некоторые древние писатели, такие как Плиний Старший и Скрибоний Ларгус, засвидетельствовали ошеломляющее действие электрического шока, вызываемого сомом и торпедными лучами, и знали, что такие разряды могут распространяться по проводящим объектам. ^[3] Пациентам, страдающим такими недугами, как подагра или головная боль, приказывали прикоснуться к электрической рыбе в надежде, что мощный толчок их вылечит. ^[4] Возможно, самый ранний и ближайший подход к открытию идентичности молнии и электричества из любого другого источника следует приписать арабам, которые до 15 века использовали арабское слово для обозначения молнии ( raad ), приложенный к электрическому лучу. ^[5]

Древние культуры Средиземноморья знали, что определенные предметы, такие как янтарные стержни, можно натирать кошачьей шерстью, чтобы привлечь легкие предметы, например перья. Фалес из Милета провел серию наблюдений за статическим электричеством около 600 г. до н.э., из которых он полагал, что трение делает янтарь магнитным, в отличие от минералов, таких как магнетит, которые не нуждались в трении. ^{[6] [7]} Фалес ошибался, полагая, что притяжение было вызвано магнитным эффектом, но более поздняя наука доказала связь между магнетизмом и электричеством. Согласно противоречивой теории, парфяне, возможно, знали гальваническое покрытие, основанное на открытии в 1936 году Багдадской батареи, которая напоминает гальванический элемент, хотя неясно, был ли артефакт электрическим по своей природе. ^[8]

Бенджамин Франклин провел обширные исследования электричества в 18 веке, о чем свидетельствует Джозеф Пристли (1767) История и современное состояние электричества , с которым Франклин вел расширенную переписку.

Электричество оставалось лишь интеллектуальным курьезом на протяжении тысячелетий до 1600 года, когда английский ученый Уильям Гилберт тщательно изучил электричество и магнетизм, отличив магнитный эффект от статического электричества, возникающего при трении янтаря. ^[6] Он придумал новое латинское слово electricus («янтарь» или «как янтарь», от ήλεκτρον [ elektron ], греческое слово «янтарь») для обозначения свойства притяжения мелкие предметы после растирания. ^[9] Эта ассоциация дала начало английским словам «электрический» и «электричество», которые впервые появились в печати в книге Томаса Брауна Pseudodoxia Epidemica от 1646 года. ^[10]

Дальнейшая работа проводилась Отто фон Герике, Робертом Бойлем, Стивеном Греем и К. Ф. дю Фей. В 18 веке Бенджамин Франклин провел обширные исследования в области электричества, продав свое имущество для финансирования своей работы. Считается, что в июне 1752 года он прикрепил металлический ключ к нижней части смоченной струны воздушного змея и запустил воздушного змея в грозовом небе. ^[11] Последовательность искр, прыгающих от ключа к тыльной стороне его руки, показала, что молния действительно имела электрическую природу. ^[12] Он также объяснил очевидно парадоксальное поведение лейденской банки как устройства для хранения большого количества электрического заряда.

В 1791 году Луиджи Гальвани опубликовал свое открытие биоэлектричества, продемонстрировав, что электричество является средой, с помощью которой нервные клетки передают сигналы мышцам. ^[13] Батарея Алессандро Вольта, или гальваническая батарея, 1800 г. , сделанная из чередующихся слоев цинка и меди, предоставила ученым более надежный источник электроэнергии, чем использовавшиеся ранее электростатические машины. ^[13] Признание электромагнетизма, единства электрических и магнитных явлений, принадлежит Гансу Кристиану Эрстеду и Андре-Мари Амперу в 1819-1820 годах; Майкл Фарадей изобрел электродвигатель в 1821 году, а Георг Ом математически проанализировал электрическую цепь в 1827 году. ^[13] Электричество и магнетизм (и свет) были окончательно связаны Джеймсом Клерком Максвеллом, в частности в его «О физических линиях силы». «в 1861 и 1862 годах. ^[14]

В то время как начало XIX века ознаменовалось быстрым прогрессом в области электротехники, конец XIX века стал годом наибольшего прогресса в области электротехники.Благодаря таким людям, как Никола Тесла, Галилео Феррарис, Оливер Хевисайд, Томас Эдисон, Отто Блати, Аньос Йедлик, сэр Чарльз Парсонс, Джозеф Свон, Джордж Вестингауз, Эрнст Вернер фон Сименс, Александр Грэм Белл и лорд Кельвин, электричество превратилось из научного любопытство стало важным инструментом современной жизни, став движущей силой Второй промышленной революции. ^[15]

Концепции

Электрический заряд

Основная статья: Электрический заряд

Электрический заряд — это свойство определенных субатомных частиц, которое порождает и взаимодействует с электромагнитной силой, одной из четырех фундаментальных сил природы.Заряд возникает в атоме, в котором его наиболее известными носителями являются электрон и протон. Это сохраняемая величина, то есть чистый заряд в изолированной системе всегда будет оставаться постоянным, независимо от любых изменений, происходящих в этой системе. ^[16] Внутри системы заряд может передаваться между телами либо путем прямого контакта, либо путем прохождения по проводящему материалу, например по проводу. ^[17] Неофициальный термин «статическое электричество» относится к чистому наличию (или «дисбалансу») заряда на теле, обычно возникающему, когда разнородные материалы трутся друг о друга, передавая заряд от одного к другому.

Электричество — Википедия, бесплатная энциклопедия

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Молния — одно из самых драматических эффектов электричества.

Электричество (от новой латыни ēlectricus , «похожий на янтарь» ^[a] ) — это общий термин, охватывающий множество явлений, возникающих в результате наличия и протекания электрического заряда. К ним относятся многие легко узнаваемые явления, такие как молния и статическое электричество, но, кроме того, менее знакомые понятия, такие как электромагнитное поле и электромагнитная индукция.

В общем, слово «электричество» подходит для обозначения ряда физических эффектов. Однако в научном обиходе этот термин расплывчат, и эти связанные, но разные концепции лучше идентифицировать с помощью более точных терминов:

Электрические явления изучались с древних времен, хотя успехи в науке были достигнуты только в семнадцатом и восемнадцатом веках. Однако практических применений электричества оставалось немного, и только в конце девятнадцатого века инженеры смогли применить его в промышленных и жилых помещениях.Быстрое развитие электрических технологий в это время изменило промышленность и общество. Необычайная универсальность электричества как источника энергии означает, что его можно использовать в практически неограниченном наборе приложений, включая транспорт, отопление, освещение, связь и вычисления. Основой современного индустриального общества является и, как можно ожидать, в обозримом будущем использование электроэнергии. ^[1]

История

Фалес, самый ранний исследователь электричества

Основные статьи: История электромагнетизма и история электротехники

Задолго до того, как появились какие-либо знания об электричестве, люди знали о ударах электрических рыб.Древние египетские тексты, датируемые 2750 годом до нашей эры, называют этих рыб «Громовержцами Нила» и описывают их как «защитников» всех других рыб. О них снова сообщили тысячелетия спустя древнегреческие, римские и арабские естествоиспытатели и врачи. ^[2] Некоторые древние писатели, такие как Плиний Старший и Скрибоний Ларгус, засвидетельствовали ошеломляющее действие электрического шока, вызываемого сомом и торпедными лучами, и знали, что такие разряды могут распространяться по проводящим объектам. ^[3] Пациентам, страдающим такими недугами, как подагра или головная боль, приказывали прикоснуться к электрической рыбе в надежде, что мощный толчок их вылечит. ^[4] Возможно, самый ранний и ближайший подход к открытию идентичности молнии и электричества из любого другого источника следует приписать арабам, которые до 15 века использовали арабское слово для обозначения молнии ( raad ), приложенный к электрическому лучу. ^[5]

То, что некоторые предметы, такие как янтарные стержни, можно натирать кошачьей шерстью и притягивать легкие предметы, например перья, было известно древним культурам Средиземноморья.Фалес из Милета провел серию наблюдений за статическим электричеством около 600 г. до н.э., из которых он полагал, что трение делает янтарь магнитным, в отличие от минералов, таких как магнетит, которые не нуждались в трении. ^{[6] [7]} Фалес ошибался, полагая, что притяжение было вызвано магнитным эффектом, но более поздняя наука доказала связь между магнетизмом и электричеством. Согласно противоречивой теории, парфяне, возможно, знали гальваническое покрытие, основанное на открытии в 1936 году Багдадской батареи, которая напоминает гальванический элемент, хотя неясно, был ли артефакт электрическим по своей природе. ^[8]

Бенджамин Франклин провел обширное исследование электричества в 18 веке.

Электричество оставалось лишь интеллектуальным курьезом на протяжении тысячелетий до 1600 года, когда английский врач Уильям Гилберт провел тщательное исследование электричества и магнетизма, отличив магнитный эффект от статического электричества, возникающего при натирании янтаря. ^[6] Он придумал новое латинское слово electricus («янтарь» или «как янтарь», от ήλεκτρον [ elektron ], греческое слово «янтарь») для обозначения свойства притяжения мелкие предметы после растирания. ^[9] Эта ассоциация дала начало английским словам «электрический» и «электричество», которые впервые появились в печати в книге Томаса Брауна Pseudodoxia Epidemica от 1646 года. ^[10]

Дальнейшая работа проводилась Отто фон Герике, Робертом Бойлем, Стивеном Греем и К. Ф. дю Фей. В 18 веке Бенджамин Франклин провел обширные исследования в области электричества, продав свое имущество для финансирования своей работы. Считается, что в июне 1752 года он прикрепил металлический ключ к нижней части смоченной струны воздушного змея и запустил воздушного змея в грозовом небе. ^[11] Последовательность искр, прыгающих от ключа к тыльной стороне руки, показала, что молния действительно имела электрическую природу. ^[12]

Майкл Фарадей заложил основы технологии электродвигателей

В 1791 году Луиджи Гальвани опубликовал свое открытие биоэлектричества, продемонстрировав, что электричество является средой, с помощью которой нервные клетки передают сигналы мышцам. ^[13] Батарея Алессандро Вольта, или гальваническая батарея, 1800 г., сделанная из чередующихся слоев цинка и меди, предоставила ученым более надежный источник электроэнергии, чем использовавшиеся ранее электростатические машины. ^[13] Признание электромагнетизма, единства электрических и магнитных явлений, принадлежит Гансу Кристиану Эрстеду и Андре-Мари Амперу в 1819-1820 годах; Майкл Фарадей изобрел электродвигатель в 1821 году, а Георг Ом математически проанализировал электрическую схему в 1827 году. ^[13]

В то время как начало XIX века ознаменовалось быстрым прогрессом в области электротехники, конец XIX века стал годом наибольшего прогресса в области электротехники. Благодаря таким людям, как Никола Тесла, Томас Эдисон, Отто Блати, сэр Чарльз Парсонс, Джордж Вестингауз, Эрнст Вернер фон Сименс, Александр Грэм Белл и лорд Кельвин, электричество было превращено из научного любопытства в важный инструмент современной жизни, став двигателем. сила Второй промышленной революции. ^[14]

Концепции

Электрический заряд

Основная статья: Электрический заряд

Электрический заряд — это свойство определенных субатомных частиц, которое порождает электромагнитную силу, одну из четырех фундаментальных сил природы, и взаимодействует с ней. Заряд возникает в атоме, в котором его наиболее известными носителями являются электрон и протон. Это сохраняемая величина, то есть чистый заряд в изолированной системе всегда будет оставаться постоянным, независимо от любых изменений, происходящих в этой системе. ^[15] Внутри системы заряд может передаваться между телами либо путем прямого контакта, либо путем прохождения по проводящему материалу, например по проводу. ^[16] Неофициальный термин «статическое электричество» относится к чистому наличию (или «дисбалансу») заряда на теле, обычно вызываемому трением разнородных материалов друг с другом, передавая заряд от одного к другому.

Наличие заряда приводит к возникновению электромагнитной силы: заряды действуют друг на друга, эффект, который был известен, хотя и не понят, в древности. ^[17] Легкий шар, подвешенный на веревке, можно зарядить, прикоснувшись к нему стеклянным стержнем, который сам заряжается путем трения тканью. Если такой же шар заряжается тем же стеклянным стержнем, обнаруживается, что он отталкивает первый: этот заряд заставляет два шара разделяться. Два шара, заряженные натертым янтарным стержнем, также отталкиваются друг от друга. Однако, если один шар заряжается стеклянным стержнем, а другой — янтарным, два шара притягиваются друг к другу. Эти явления были исследованы в конце восемнадцатого века Шарлем-Огюстеном де Кулоном, который пришел к выводу, что обвинение проявляется в двух противоположных формах.Это открытие привело к хорошо известной аксиоме: одноименно заряженных объектов отталкиваются, а противоположно заряженные объекты притягиваются . ^[17]

Сила действует на сами заряженные частицы, поэтому заряд имеет тенденцию максимально равномерно распространяться по проводящей поверхности. Величина электромагнитной силы, притягивающей или отталкивающей, определяется законом Кулона, который связывает силу с произведением зарядов и имеет отношение обратных квадратов к расстоянию между ними. ^{[18] [19]} Электромагнитная сила очень сильна, уступая только силе сильного взаимодействия, ^[20] , но в отличие от этой силы она действует на всех расстояниях. ^[21] По сравнению с гораздо более слабой гравитационной силой, электромагнитная сила, отталкивающая два электрона, в 10 ⁴² раз больше, чем гравитационное притяжение, стягивающее их вместе. ^[22]

Заряд электронов и протонов противоположен по знаку, поэтому величина заряда может быть выражена как отрицательная или положительная.По соглашению заряд, переносимый электронами, считается отрицательным, а заряд протонов — положительным, что возникло в результате работы Бенджамина Франклина. ^[23] Величина заряда обычно обозначается символом Q и выражается в кулонах; ^[24] Каждый электрон несет одинаковый заряд примерно -1,6022 × 10 ^-19 кулонов. Протон имеет равный и противоположный заряд, и, следовательно, +1,6022 × 10 ⁻¹⁹ кулонов.Зарядом обладает не только материя, но и антивещество, каждая античастица несет равный и противоположный заряд соответствующей частице. ^[25]

Заряд можно измерить несколькими способами. Одним из первых инструментов был электроскоп с золотым листом, который, хотя до сих пор используется для демонстрации в классе, был заменен электронным электрометром. ^[16]

Электрический ток

Основная статья: Электрический ток

Движение электрического заряда известно как электрический ток, сила которого обычно измеряется в амперах.Ток может состоять из любых движущихся заряженных частиц; чаще всего это электроны, но любой движущийся заряд составляет ток.

Исторически сложилось так, что положительный ток определяется как имеющий то же направление потока, что и любой положительный заряд, который он содержит, или как протекающий от наиболее положительной части цепи к наиболее отрицательной части. Определенный таким образом ток называется обычным током. Таким образом, движение отрицательно заряженных электронов по электрической цепи, одна из наиболее известных форм тока, считается положительным в направлении , противоположном направлению по отношению к электронам. ^[26] Однако, в зависимости от условий, электрический ток может состоять из потока заряженных частиц в любом направлении или даже в обоих направлениях одновременно. Для упрощения этой ситуации широко используется переход от положительного к отрицательному.

Электрическая дуга обеспечивает энергичную демонстрацию электрического тока.

Процесс прохождения электрического тока через материал называется электропроводностью, и его природа зависит от заряженных частиц и материала, через который они проходят.Примеры электрических токов включают металлическую проводимость, когда электроны протекают через проводник, такой как металл, и электролиз, когда ионы (заряженные атомы) протекают через жидкости. Хотя сами частицы могут двигаться довольно медленно, иногда со средней скоростью дрейфа всего доли миллиметра в секунду, ^[16] электрическое поле, которое их движет, само распространяется со скоростью, близкой к скорости света, позволяя электрическим сигналам проходить быстро. по проводам. ^[27]

Ток вызывает несколько наблюдаемых эффектов, которые исторически были средством распознавания его присутствия.То, что вода может быть разложена током от гальванической батареи, было обнаружено Николсоном и Карлайлом в 1800 году. Этот процесс теперь известен как электролиз. Их работа была значительно расширена Майклом Фарадеем в 1833 году. ^[28] Ток через сопротивление вызывает локальное нагревание — эффект, который Джеймс Прескотт Джоуль изучил математически в 1840 году. ^[28] Одним из наиболее важных открытий, касающихся тока, было случайно сделанное Гансом Кристианом Эрстедом в 1820 году, когда, готовя лекцию, он стал свидетелем того, как ток в проводе мешал стрелке магнитного компаса. ^[29] Он открыл электромагнетизм, фундаментальное взаимодействие между электричеством и магнетизмом.

В инженерных или бытовых приложениях ток часто описывается как постоянный (DC) или переменный (AC) ток. Эти термины относятся к тому, как ток изменяется во времени. Постоянный ток, который вырабатывается, например, аккумулятором и который требуется большинству электронных устройств, представляет собой однонаправленный поток от положительной части цепи к отрицательной. ^[30] Если, как это часто бывает, этот поток переносится электронами, они будут двигаться в противоположном направлении.Переменный ток — это любой ток, который постоянно меняет направление; почти всегда это принимает форму синусоидальной волны. ^[31] Таким образом, переменный ток пульсирует вперед и назад внутри проводника, при этом заряд не перемещается на какое-либо расстояние с течением времени. Усредненное по времени значение переменного тока равно нулю, но он передает энергию сначала в одном направлении, а затем в обратном. На переменный ток влияют электрические свойства, которые не наблюдаются при установившемся постоянном токе, такие как индуктивность и емкость. ^[32] Однако эти свойства могут стать важными, когда схема подвергается переходным процессам, например, при первом включении.

Электрическое поле

Основная статья: Электрическое поле

Понятие электрического поля было введено Майклом Фарадеем. Электрическое поле создается заряженным телом в пространстве, которое его окружает, и приводит к силе, действующей на любые другие заряды, помещенные в поле. Электрическое поле действует между двумя зарядами аналогично тому, как гравитационное поле действует между двумя массами, и, подобно ему, распространяется в бесконечность и показывает обратную квадратичную зависимость от расстояния. ^[21] Однако есть важное отличие. Гравитация всегда действует как притяжение, сближая две массы, в то время как электрическое поле может вызывать либо притяжение, либо отталкивание. Поскольку большие тела, такие как планеты, обычно не несут чистого заряда, электрическое поле на расстоянии обычно равно нулю. Таким образом, гравитация является доминирующей силой на расстоянии во Вселенной, несмотря на то, что она намного слабее. ^[22]

Силовые линии, исходящие от положительного заряда над плоским проводником

Электрическое поле обычно изменяется в пространстве, ^[33] и его сила в любой точке определяется как сила (на единицу заряда), которую чувствовал бы неподвижный, незначительный заряд, если бы его поместили в эту точку. ^[34] Концептуальный заряд, называемый «пробным зарядом», должен быть исчезающе малым, чтобы его собственное электрическое поле не мешало главному полю, а также должен быть стационарным, чтобы предотвратить действие магнитных полей. Поскольку электрическое поле определяется в терминах силы, а сила — это вектор, отсюда следует, что электрическое поле также является вектором, имеющим как величину, так и направление. В частности, это векторное поле. ^[34]

Изучение электрических полей, создаваемых стационарными зарядами, называется электростатикой.Поле может быть визуализировано набором воображаемых линий, направление которых в любой точке совпадает с направлением поля. Эта концепция была введена Фарадеем, ^[35] , чей термин «силовые линии» все еще иногда находит применение. Линии поля — это пути, по которым точечный положительный заряд будет стремиться пройти, когда он был вынужден двигаться внутри поля; однако они представляют собой воображаемую концепцию, не имеющую физического существования, и поле пронизывает все промежуточное пространство между линиями. ^[35] Силовые линии, исходящие от стационарных зарядов, обладают несколькими ключевыми свойствами: во-первых, они возникают при положительных зарядах и заканчиваются отрицательными зарядами; во-вторых, они должны входить в любой хороший проводник под прямым углом, и в-третьих, чтобы они никогда не пересекались или не приближались друг к другу. ^[36]

Полое проводящее тело несет весь свой заряд на своей внешней поверхности. Следовательно, поле равно нулю во всех точках тела. ^[37] Это принцип действия клетки Фарадея, проводящей металлической оболочки, которая изолирует ее внутреннюю часть от внешних электрических воздействий.

Принципы электростатики важны при проектировании высоковольтного оборудования. Существует конечный предел напряженности электрического поля, которому может противостоять любая среда.За пределами этой точки происходит электрический пробой, и электрическая дуга вызывает пробой между заряженными частями. Воздух, например, имеет тенденцию образовывать дугу через небольшие промежутки при напряженности электрического поля, превышающей 30 кВ на сантиметр. На больших зазорах его прочность на пробой ниже, возможно, 1 кВ на сантиметр. ^[38] Наиболее заметным естественным явлением этого является молния, возникающая, когда заряд разделяется в облаках из-за восходящих столбов воздуха и увеличивает электрическое поле в воздухе до уровня, превышающего его способность выдерживать.Напряжение большого грозового облака может достигать 100 МВ, а энергия разряда — 250 кВтч. ^[39]

На напряженность поля сильно влияют близлежащие проводящие объекты, и она становится особенно интенсивной, когда поле вынуждено огибать остроконечные объекты. Этот принцип используется в молниеотводе, острый острие которого способствует развитию удара молнии в нем, а не в здании, которое он служит для защиты. ^[40]

Электрический потенциал

Основная статья: Электрический потенциал

Пара ячеек AA.Знак + указывает полярность разности потенциалов между клеммами аккумулятора.

Понятие электрического потенциала тесно связано с понятием электрического поля. Небольшой заряд, помещенный в электрическое поле, испытывает силу, и чтобы подвести этот заряд к этой точке против силы, требуется работа. Электрический потенциал в любой точке определяется как энергия, необходимая для медленной доставки единичного испытательного заряда с бесконечного расстояния в эту точку. Обычно он измеряется в вольтах, а один вольт — это потенциал, на который необходимо затратить один джоуль работы, чтобы вывести из бесконечности заряд в один кулон. ^[41] Это определение потенциала, хотя и формальное, имеет мало практического применения, и более полезной концепцией является концепция разности электрических потенциалов, которая представляет собой энергию, необходимую для перемещения единичного заряда между двумя заданными точками. Электрическое поле имеет особое свойство: консервативное значение , что означает, что путь, пройденный испытательным зарядом, не имеет значения: все пути между двумя указанными точками расходуют одинаковую энергию, и, таким образом, можно указать уникальное значение разности потенциалов. ^[41] Вольт настолько четко обозначен как единица выбора для измерения и описания разности электрических потенциалов, что термин «напряжение» находит более широкое повседневное использование.

Для практических целей полезно определить общую точку отсчета, с которой можно выражать и сравнивать потенциалы. Хотя это может быть бесконечность, гораздо более полезным ориентиром является сама Земля, которая, как предполагается, везде имеет одинаковый потенциал. Эта точка отсчета естественно принимает название земля или земля.Предполагается, что Земля является бесконечным источником равных количеств положительного и отрицательного заряда и, следовательно, электрически не заряжена — и не заряжается. ^[42]

Электрический потенциал — это скалярная величина, то есть он имеет только величину, а не направление. Его можно рассматривать как аналог высоты: точно так же, как выпущенный объект упадет через разницу в высоте, вызванную гравитационным полем, так и заряд «упадет» на напряжение, вызванное электрическим полем. ^[43] Поскольку на рельефных картах показаны изолинии, обозначающие точки одинаковой высоты, ряд линий, обозначающих точки с одинаковым потенциалом (известные как эквипотенциальные), можно провести вокруг электростатически заряженного объекта.Эквипотенциалы пересекают все силовые линии под прямым углом. Они также должны лежать параллельно поверхности проводника, иначе это создаст силу на носителях заряда, и электроны будут вытекать из проводника.

Электрическое поле формально определялось как сила, действующая на единицу заряда, но концепция потенциала допускает более полезное и эквивалентное определение: электрическое поле — это локальный градиент электрического потенциала. Обычно выражается в вольтах на метр, направление вектора поля — это линия наибольшего градиента потенциала, где эквипотенциалы лежат ближе всего друг к другу. ^[16]

Электромагнетизм

Основная статья: Электромагнетизм

Магнитное поле вращается вокруг тока

Открытие Орстеда в 1821 году, что магнитное поле существует вокруг всех сторон провода, по которому проходит электрический ток, указывает на прямую связь между электричеством и магнетизмом. Более того, взаимодействие казалось отличным от гравитационных и электростатических сил, двух известных тогда сил природы. Сила, действующая на стрелку компаса, не направляла ее к токоведущему проводу или от него, а действовала под прямым углом к ​​нему. ^[29] Слегка неясные слова Эрстеда заключались в том, что «электрический конфликт действует вращающимся образом». Сила также зависела от направления тока, потому что если поток был обратным, то сила тоже. ^[44]

Эрстед не до конца понимал свое открытие, но он заметил, что эффект был обратным: ток воздействует на магнит, а магнитное поле действует на ток. Явление было дополнительно исследовано Ампером, который обнаружил, что два параллельных токоведущих провода оказывают друг на друга силу: два провода, проводящие токи в одном направлении, притягиваются друг к другу, а провода, содержащие токи в противоположных направлениях, раздвигаются. ^[45] Взаимодействие опосредуется магнитным полем, которое создает каждый ток, и составляет основу международного определения ампера. ^[45]

Электродвигатель использует важный эффект электромагнетизма: ток, проходящий через магнитное поле, испытывает силу, перпендикулярную как полю, так и току.

Это соотношение между магнитными полями и токами чрезвычайно важно, так как оно привело к изобретению электродвигателя Майклом Фарадеем в 1821 году.Униполярный двигатель Фарадея состоял из постоянного магнита, находящегося в луже ртути. Пропускали ток через проволоку, подвешенную на стержне над магнитом, и погружали в ртуть. Магнит оказывал на провод тангенциальную силу, заставляя его вращаться вокруг магнита до тех пор, пока поддерживался ток. ^[46]

Эксперименты Фарадея в 1831 году показали, что провод, движущийся перпендикулярно магнитному полю, создает разность потенциалов между своими концами.Дальнейший анализ этого процесса, известного как электромагнитная индукция, позволил ему сформулировать принцип, ныне известный как закон индукции Фарадея, согласно которому разность потенциалов, индуцированная в замкнутой цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока в контуре. Использование этого открытия позволило ему в 1831 году изобрести первый электрический генератор, в котором он преобразовал механическую энергию вращающегося медного диска в электрическую. ^[46] Диск Фарадея был неэффективен и бесполезен в качестве практического генератора, но он показал возможность генерирования электроэнергии с использованием магнетизма, и эту возможность подумали те, кто последовали его работе.

Работа Фарадея и Ампера показала, что изменяющееся во времени магнитное поле действует как источник электрического поля, а изменяющееся во времени электрическое поле является источником магнитного поля. Таким образом, когда одно поле изменяется во времени, обязательно индуцируется поле другого. ^[47] Такое явление имеет свойства волны и, естественно, называется электромагнитной волной. Электромагнитные волны были теоретически проанализированы Джеймсом Клерком Максвеллом в 1864 году. Максвелл разработал систему уравнений, которые могли однозначно описывать взаимосвязь между электрическим полем, магнитным полем, электрическим зарядом и электрическим током.Более того, он мог доказать, что такая волна обязательно будет двигаться со скоростью света, и, таким образом, сам свет был формой электромагнитного излучения. Законы Максвелла, объединяющие свет, поля и заряд, являются одной из важнейших вех теоретической физики. ^[47]

Электрические схемы

Основная статья: Электрическая схема

Электрическая цепь — это соединение электрических компонентов таким образом, что электрический заряд движется по замкнутому пути (цепи), обычно для выполнения некоторой полезной задачи.

Компоненты в электрической цепи могут принимать различные формы, включая такие элементы, как резисторы, конденсаторы, переключатели, трансформаторы и электронику. Электронные схемы содержат активные компоненты, обычно полупроводники, и обычно демонстрируют нелинейное поведение, требующее сложного анализа. Простейшими электрическими компонентами являются те, которые называются пассивными и линейными: хотя они могут временно накапливать энергию, они не содержат ее источников и демонстрируют линейные ответы на стимулы. ^[48]

Резистор, пожалуй, самый простой из пассивных элементов схемы: как следует из названия, он сопротивляется протекающему через него току, рассеивая свою энергию в виде тепла. Сопротивление является следствием движения заряда через проводник: например, в металлах сопротивление в первую очередь возникает из-за столкновений между электронами и ионами. Закон Ома — это основной закон теории цепей, гласящий, что ток, проходящий через сопротивление, прямо пропорционален разности потенциалов на нем.Сопротивление большинства материалов относительно постоянно в диапазоне температур и токов; материалы в этих условиях известны как «омические». Ом, единица сопротивления, был назван в честь Георга Ома и обозначается греческой буквой Ω. 1 Ом — это сопротивление, которое создает разность потенциалов в один вольт в ответ на ток в один ампер. ^[48]

Конденсатор — это устройство, способное накапливать заряд и тем самым накапливать электрическую энергию в результирующем поле.Концептуально он состоит из двух проводящих пластин, разделенных тонким изоляционным слоем; на практике тонкие металлические фольги скручиваются вместе, увеличивая площадь поверхности на единицу объема и, следовательно, емкость. Единицей измерения емкости является фарад, названный в честь Майкла Фарадея, и обозначенный символом F : один фарад — это емкость, которая развивает разность потенциалов в один вольт, когда он хранит заряд в один кулон. Конденсатор, подключенный к источнику напряжения, первоначально вызывает ток по мере накопления заряда; этот ток, однако, со временем спадет по мере заполнения конденсатора, в конечном итоге упав до нуля.Следовательно, конденсатор не пропускает установившийся ток, а вместо этого блокирует его. ^[48]

Катушка индуктивности представляет собой проводник, обычно катушку с проволокой, которая накапливает энергию в магнитном поле в ответ на ток через него. Когда меняется ток, меняется и магнитное поле, вызывая напряжение между концами проводника. Индуцированное напряжение пропорционально скорости изменения тока во времени. Константа пропорциональности называется индуктивностью. Единицей измерения индуктивности является генри, названный в честь Джозефа Генри, современника Фарадея.Один генри — это индуктивность, которая будет вызывать разность потенциалов в один вольт, если ток через нее изменяется со скоростью один ампер в секунду. ^[48] Поведение индуктора в некотором отношении противоположно поведению конденсатора: он свободно пропускает неизменный ток, но противодействует быстро меняющемуся.

Производство и использование

Генерация и трансмиссия

Основная статья: Производство электроэнергии

Энергия ветра приобретает все большее значение во многих странах.

Эксперименты Фалеса с янтарными стержнями были первыми исследованиями в области производства электроэнергии.Хотя этот метод, известный теперь как трибоэлектрический эффект, позволяет поднимать легкие объекты и даже генерировать искры, он крайне неэффективен. ^[49] Только после изобретения гальванической батареи в восемнадцатом веке стал доступным жизнеспособный источник электричества. Гальваническая батарея и ее современный потомок, электрическая батарея, хранят энергию химически и делают ее доступной по запросу в виде электрической энергии. ^[49] Батарея представляет собой универсальный и очень распространенный источник питания, который идеально подходит для многих приложений, но его запас энергии ограничен, и после разрядки его необходимо утилизировать или перезарядить.Для больших потребностей в электроэнергии электрическая энергия должна генерироваться и непрерывно передаваться по проводящим линиям передачи.

Электроэнергия обычно вырабатывается электромеханическими генераторами, приводимыми в действие паром, образующимся при сгорании ископаемого топлива, или теплом, выделяемым в результате ядерных реакций; или из других источников, таких как кинетическая энергия, извлекаемая из ветра или текущей воды. Современная паровая турбина, изобретенная сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году, сегодня вырабатывает около 80 процентов электроэнергии в мире, используя различные источники тепла.Такие генераторы не похожи на униполярный дисковый генератор Фарадея 1831 года, но они по-прежнему полагаются на его электромагнитный принцип, согласно которому проводник, соединяющий изменяющееся магнитное поле, индуцирует разность потенциалов на своих концах. ^[50] Изобретение в конце девятнадцатого века трансформатора означало, что электрическая энергия может передаваться более эффективно при более высоком напряжении, но более низком токе. Эффективная передача электроэнергии означала, в свою очередь, что электроэнергию можно было вырабатывать на централизованных электростанциях, где она извлекала выгоду из эффекта масштаба, а затем отправлять ее на относительно большие расстояния туда, где она была необходима. ^{[51] [52]}

Поскольку электрическая энергия не может легко храниться в количествах, достаточно больших, чтобы удовлетворить потребности в национальном масштабе, всегда должно производиться ровно столько, сколько требуется. ^[51] Это требует от электроэнергетических компаний тщательного прогнозирования своих электрических нагрузок и поддержания постоянной координации со своими электростанциями. Определенное количество генерации всегда должно храниться в резерве, чтобы защитить электрическую сеть от неизбежных сбоев и потерь.

Спрос на электроэнергию растет очень быстро по мере модернизации страны и развития ее экономики. В Соединенных Штатах в течение каждого года первых трех десятилетий двадцатого века наблюдалось 12% -ное увеличение спроса, ^[53] темп роста, который сейчас наблюдается в странах с развивающейся экономикой, таких как Индия или Китай. ^{[54] [55]} Исторически, темпы роста спроса на электроэнергию опережали рост спроса на другие виды энергии. ^[56]

Экологические проблемы, связанные с производством электроэнергии, привели к тому, что все большее внимание уделяется производству из возобновляемых источников, в частности, из ветровой и гидроэнергетики.Хотя можно ожидать продолжения дебатов по поводу воздействия на окружающую среду различных средств производства электроэнергии, его окончательная форма относительно чиста. ^[57]

Использует

Электричество — это чрезвычайно гибкий вид энергии, который был адаптирован для огромного и постоянно растущего числа применений. ^[58] Изобретение практичной лампы накаливания в 1870-х годах привело к тому, что освещение стало одним из первых общедоступных приложений электроэнергии.Хотя электрификация принесла с собой свои опасности, замена открытого огня газового освещения значительно снизила опасность возгорания в домах и на фабриках. ^[59] Коммунальные предприятия были созданы во многих городах, нацеленных на растущий рынок электрического освещения.

Эффект Джоуля, используемый в лампочке, также находит более прямое применение в электрическом нагреве. Хотя это универсально и поддается контролю, его можно рассматривать как расточительный, поскольку для большей части выработки электроэнергии уже потребовалось производство тепла на электростанции. ^[60] Ряд стран, например Дания, приняли законы, ограничивающие или запрещающие использование электрического отопления в новых зданиях. ^[61] Электроэнергия, однако, является весьма практичным источником энергии для охлаждения, ^[62] с кондиционированием воздуха представляет собой растущий сектор спроса на электроэнергию, влияние которого электроэнергетические компании все чаще вынуждены учитывать. ^[63]

Электричество используется в телекоммуникациях, и действительно, электрический телеграф, коммерчески продемонстрированный в 1837 году Куком и Уитстоном, был одним из первых его применений.С созданием в 1860-х годах первой межконтинентальной, а затем трансатлантической телеграфной системы электричество позволило за считанные минуты установить связь по всему миру. Оптоволокно и технологии спутниковой связи заняли свою долю рынка систем связи, но можно ожидать, что электричество останется важной частью этого процесса.

Эффекты электромагнетизма наиболее заметно проявляются в электродвигателе, который обеспечивает чистые и эффективные средства движения.Стационарный двигатель, такой как лебедка, легко снабжен источником энергии, но двигатель, который движется вместе с ним, например электромобиль, обязан либо нести с собой источник энергии, такой как аккумулятор, либо собирать ток от скользящий контакт, такой как пантограф, что накладывает ограничения на его диапазон или производительность.

Электронные устройства используют транзистор, возможно, одно из самых важных изобретений двадцатого века, ^[64] и фундаментальный строительный блок всех современных схем.Современная интегральная схема может содержать несколько миллиардов миниатюрных транзисторов на площади всего в несколько квадратных сантиметров. ^[65]

Электричество и мир природы

Физиологические эффекты

Основная статья: поражение электрическим током

Напряжение, приложенное к человеческому телу, вызывает электрический ток через ткани, и, хотя зависимость нелинейна, чем больше напряжение, тем больше ток. ^[66] Порог восприятия изменяется в зависимости от частоты источника питания и пути прохождения тока, но составляет около 0.От 1 мА до 1 мА для электричества с частотой сети, хотя ток величиной в микроампер может быть обнаружен как эффект электровибрации при определенных условиях. ^[67] Если сила тока достаточно высока, это вызовет сокращение мышц, фибрилляцию сердца и ожоги тканей. ^[66] Отсутствие каких-либо видимых признаков того, что проводник электрифицирован, делает электричество особенно опасным. Боль, вызванная поражением электрическим током, может быть очень сильной, что иногда приводит к использованию электричества как метода пыток.Смерть от удара электрическим током называется поражением электрическим током. Казнь электрическим током по-прежнему является средством судебной казни в некоторых юрисдикциях, хотя в последнее время его использование стало более редким. ^[68]

Электрические явления в природе

Электрический угорь, Electrophorus electricus

Электричество — это не изобретение человека, и его можно наблюдать в различных формах в природе, ярким проявлением которых является молния. Многие взаимодействия, знакомые на макроскопическом уровне, такие как прикосновение, трение или химическая связь, происходят из-за взаимодействий между электрическими полями на атомном уровне.Считается, что магнитное поле Земли возникает из-за естественной динамо-машины циркулирующих токов в ядре планеты. ^[69] Некоторые кристаллы, такие как кварц или даже сахар, создают разность потенциалов на своих гранях под действием внешнего давления. ^[70] Это явление известно как пьезоэлектричество, от греческого piezein (πιέζειν), что означает нажимать, и было открыто в 1880 году Пьером и Жаком Кюри. Эффект является обратным, и когда пьезоэлектрический материал подвергается воздействию электрического поля, происходит небольшое изменение физических размеров. ^[70]

Некоторые организмы, такие как акулы, способны обнаруживать изменения в электрических полях и реагировать на них. Эта способность известна как электрорецепция. оружие. ^[3] Отряд Gymnotiformes, наиболее известным примером которого является электрический угорь, обнаруживает или оглушает свою жертву с помощью высокого напряжения, генерируемого модифицированными мышечными клетками, называемыми электроцитами. ^{[3] [4]} Все животные передают информацию через свои клеточные мембраны с помощью импульсов напряжения, называемых потенциалами действия, функции которых включают коммуникацию нервной системы между нейронами и мышцами. ^[72] Удар электрическим током стимулирует эту систему и заставляет мышцы сокращаться. ^[73] Потенциалы действия также отвечают за координацию действий у некоторых растений и млекопитающих. ^[72]

Культурное восприятие

В 19-м и начале 20-го века электричество не было частью повседневной жизни многих людей, даже в промышленно развитых странах Запада. Соответственно, популярная культура того времени часто изображает его как загадочную, квази-магическую силу, способную убивать живых, воскрешать мертвых или иным образом нарушать законы природы. ^[74] Это отношение проявляется в книге Мэри Шелли Frankenstein (1819), которая возникла как клише сумасшедшего ученого, возрождающего электрическую энергию лоскутного существа.

По мере того, как общественное знакомство с электричеством как источником жизненной силы Второй промышленной революции росло, его обладатели все чаще воспринимались в положительном свете, ^[75] такие как рабочие, которые «трогают смерть концом своих перчаток, когда они кусают и репетируйте живые провода »в стихотворении Редьярда Киплинга 1907 года Сыновья Марфы . ^[75] Транспортные средства с электроприводом любого типа широко фигурируют в приключенческих историях, таких как истории Жюля Верна или Тома Свифта . ^[75] Мастера электричества, вымышленного или реального, включая таких ученых, как Томас Эдисон, Чарльз Стейнмец или Никола Тесла, обычно считались обладателями волшебных способностей. ^[75]

Поскольку электричество перестало быть новинкой и стало необходимостью повседневной жизни во второй половине 20-го века, оно потребовало особого внимания со стороны массовой культуры только тогда, когда перестало протекать , ^[75] событие, которое обычно сигнализирует о катастрофе. . ^[75] Люди, которые поддерживают его течением, такие как безымянный герой песни Джимми Уэбба «Wichita Lineman» (1968), ^[75] до сих пор часто изображаются как героические фигуры, похожие на волшебников. ^[75]

См. Также

• Правило Ампера связывает направление электрического тока и связанные с ним магнитные токи.
• Электрическая энергия, потенциальная энергия системы зарядов
• Рынок электроэнергии, продажа электрической энергии
• Электрические явления, наблюдаемые явления, которые проливают свет на физические принципы электричества
• Электроэнергия, скорость передачи электрической энергии
• Электроника, исследование движения заряда через определенные материалы и устройства
• Гидравлическая аналогия, аналогия между потоком воды и электрическим током
• Электросеть, сеть переменного тока
• Системы электроснабжения, включает список стран и территорий, с указанием используемых вилок, напряжений и частот
• Вклад коренных американцев # E Moche электричество

Банкноты

а. ^{a b c d e} h Van Riper, op. Cit., P. 71.

Библиография

• Берд, Джон (2007), Электрические и электронные принципы и технологии, 3-е издание , Newnes, ISBN 0-978-8556-6
• Даффин, В.J. (1980), Электричество и магнетизм, 3-е издание , McGraw-Hill, ISBN 007084111X
• Эдминистер, Джозеф (1965), Electric Circuits, 2nd Edition , McGraw-Hill, ISBN 07084397X
• Хаммонд, Перси (1981), Электромагнетизм для инженеров , Пергамон, ISBN 0-08-022104-1
• Morely, A .; Hughes, E (1994), Principles of Electricity, Fifth edition , Longman, ISBN 0-582-22874-3
• Найду, М.S .; Каматару В. (1982), Инженерное дело высокого напряжения , Тата Макгроу-Хилл, ISBN 0-07-451786-4
• Нильссон, Джеймс; Ридель, Сьюзан (2007), Электрические цепи , Прентис Холл, ISBN 978-0131989252
• Паттерсон, Уолтер С. (1999), Преобразование электроэнергии: грядущее поколение изменений , Earthscan, ISBN 185383341X
• Sears, et al. , Фрэнсис (1982), University Physics, шестое издание , Addison Wesley, ISBN 0-2010-7199-1
• Бенджамин П.(1898). История электричества (интеллектуальный подъем электричества) с древности до времен Бенджамина Франклина. Нью-Йорк: J. Wiley & Sons.

Внешние ссылки

Что такое статическое электричество? | Живая наука

Статическое электричество может быть неприятным или даже опасным. Энергия, заставляющая волосы вставать дыбом, также может повредить электронику и вызвать взрывы. Однако при правильном контроле и манипулировании он также может стать огромным благом для современной жизни.

«Электрический заряд — это фундаментальное свойство материи», — говорит Майкл Ричмонд, профессор физики в Рочестерском технологическом институте. Почти весь электрический заряд во Вселенной переносится протонами и электронами. Считается, что протоны имеют заряд +1 электронная единица, а электроны имеют заряд -1, хотя эти знаки совершенно произвольны. Поскольку протоны обычно ограничены атомными ядрами, которые, в свою очередь, погружены в атомы, они не могут двигаться так же свободно, как электроны.Поэтому, когда мы говорим об электрическом токе, мы почти всегда имеем в виду поток электронов, а когда мы говорим о статическом электричестве, мы обычно имеем в виду дисбаланс между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Причины накопления статического заряда

Одной из частых причин накопления статического заряда является контакт между твердыми материалами. Согласно Гавайскому университету: «Когда два объекта трутся друг о друга для создания статического электричества, один объект отдает электроны и становится более положительно заряженным, в то время как другой материал собирает электроны и становится более отрицательно заряженным.Это связано с тем, что один материал имеет слабо связанные электроны, а другой имеет много вакансий во внешних электронных оболочках, поэтому электроны могут перемещаться от первого к второму, создавая дисбаланс заряда после разделения материалов. Согласно Северо-Западному университету, материалы, которые могут терять или приобретать электроны таким образом, называются трибоэлектрическими. Один из распространенных примеров этого — шарканье ногами по ковру, особенно при низкой влажности, которая делает воздух менее проводящим и усиливает эффект.

Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, они имеют тенденцию перемещаться к концам заряженного объекта, чтобы уйти друг от друга. По данным Библиотеки Конгресса, именно из-за этого волосы встают дыбом, когда ваше тело получает статический заряд. Когда вы затем касаетесь заземленного металлического предмета, такого как винт на пластине переключателя света, это обеспечивает путь к заземлению для заряда, накопившегося в вашем теле. Этот внезапный разряд создает видимую и слышимую искру в воздухе между вашим пальцем и винтом.Это связано с большой разностью потенциалов между вашим телом и землей, которая может достигать 25000 вольт.

Опасности накопления статического заряда

По данным Управления по охране труда (OSHA), эти внезапные высоковольтные разряды могут не только вызвать болезненный шок, но и стать источником воспламенения горючих веществ. Статический шок также может повредить хрупкую электронику. По данным НАСА, простая искра от пальца может повредить чувствительные компоненты и сделать их непригодными для использования, поэтому необходимо принять меры предосторожности, такие как хранение печатных плат в проводящих пластиковых пакетах и ​​ношение заземляющих ремней для постоянного отвода статического заряда от вашего тела.

Другой источник статического заряда — это движение жидкости по трубе или шлангу. Если эта жидкость легковоспламеняющаяся, например бензин, искра от внезапного разряда может привести к пожару или взрыву. Люди, работающие с жидким топливом, должны проявлять особую осторожность, чтобы избежать накопления заряда и внезапного разряда. В интервью Дэниел Марш, профессор физики Южного государственного университета штата Миссури, предупредил, что при заливке бензина в машину всегда следует прикасаться к металлической части автомобиля после выхода, чтобы рассеять заряд, который мог образоваться при скольжении сиденье.Кроме того, покупая бензин для газонокосилки, вы всегда должны вынимать баллончик из автомобиля и ставить его на землю, заправляя его. Это непрерывно рассеивает статический заряд и предотвращает его накопление, достаточное для возникновения искры.

Большие резервуарные парки представляют еще большую опасность возгорания и взрывов, поэтому Национальный совет по транспорту и безопасности (NTSB) выпустил инструкции, которые включают минимизацию статического электричества, предотвращение накопления заряда, предотвращение искрового разряда и контроль окружающей среды внутри резервуара.

Движущийся газ и пар также могут создавать статический заряд. Самый известный случай этого — молния. По словам Мартина А. Умана, автора книги «Все о молнии» (Dover, 1987), Бенджамин Франклин доказал, что молния является формой статического электричества, когда он и его сын запустили воздушный змей во время грозы. Они прикрепили ключ к веревке воздушного змея, и влажная веревка проводила заряд от облака к ключу, который испускал искры, когда он касался его. (Вопреки некоторым версиям легенды, в воздушный змей не попала молния.Если бы это было так, результаты могли быть плачевными.)

Франклин фактически сформировал наше представление об электричестве. Он заинтересовался изучением электричества в 1742 году. До этого большинство людей считало, что электрические эффекты являются результатом смешивания двух разных электрических жидкостей. Однако Франклин пришел к убеждению, что существует только одна электрическая жидкость и что у объектов может быть избыток или недостаток этой жидкости. Он изобрел термины «положительный» и «отрицательный», относящиеся к избытку или недостатку, по данным Университета Аризоны.Сегодня мы знаем, что «жидкость» на самом деле была электронами, но их не открывали около 150 лет.

По данным Лаборатории реактивного движения, облака создают зоны статического заряда из-за капель теплой воды в восходящих потоках, обменивающихся электронами с холодными кристаллами льда в нисходящих потоках. По данным НАСА, потенциал между этими атмосферными зарядами и землей может превышать 300000 вольт, поэтому последствия удара молнии могут быть смертельными. При ударе молнии ток имеет тенденцию перемещаться по поверхности тела в процессе, называемом «внешний пробой», который может вызвать серьезные ожоги, особенно в начальной точке контакта.Однако, по данным Национальной метеорологической службы, часть тока может проходить через тело и повреждать нервную систему. Кроме того, сотрясение мозга от взрыва может вызвать внутренние травмы и необратимую потерю слуха, а яркая вспышка может вызвать временное или постоянное нарушение зрения. В качестве примера огромной энергии, высвобождаемой при ударе молнии, Марш рассказал Live Science о своем личном наблюдении за большим дубом, который буквально раскололся пополам паром под высоким давлением, созданным ударом молнии.

По данным Университета Флориды, если вы слышите гром, как правило, вы уже находитесь в пределах досягаемости. Если вы находитесь на улице, когда приближается шторм, вам следует немедленно укрыться в здании или транспортном средстве и не прикасаться к любому металлу. По данным Университета Бригама Янга, если вы не можете попасть внутрь, отойдите от высоких объектов, таких как деревья, башни или вершины холмов, присядьте на корточки и, если возможно, балансируйте на подушечках ног, стараясь как можно меньше соприкасаться с землей.

Приложения статического электричества

Хотя статическое электричество может быть неприятным или даже опасным, как в случае статического электричества или статического шока, в других случаях оно может быть весьма полезным. Например, статические заряды могут быть вызваны электрическим током. Одним из примеров этого является конденсатор, названный так потому, что он способен накапливать электрический заряд, аналогично тому, как пружина накапливает механическую энергию. Подаваемое на конденсатор напряжение создает разницу зарядов между пластинами.Если конденсатор заряжен и напряжение отключено, он может сохранять заряд в течение некоторого времени. Это может быть полезно, как и в случае с суперконденсаторами, которые могут заменить перезаряжаемые батареи в некоторых приложениях, но это также может быть опасно. Электронное оборудование, такое как старые компьютерные мониторы и телевизоры с ЭЛТ, содержит конденсаторы большой емкости, которые могут сохранять заряд до 25 000 вольт, что может привести к травмам или смерти даже после того, как устройство было выключено в течение нескольких дней.

Другой способ создания полезного статического заряда — механическое напряжение.В пьезоэлектрических материалах электроны можно буквально выдавить с места и заставить их покинуть область, которая находится под напряжением. Затем напряжение из-за возникающего в результате дисбаланса заряда может быть использовано для работы. Одно из приложений — это сбор энергии, при котором маломощные устройства могут работать на энергии, производимой вибрациями окружающей среды.

Другое приложение — хрустальные микрофоны. Звуковые волны в воздухе могут отклонять диафрагму, соединенную с пьезоэлектрическим элементом, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал.В обратном порядке электрический сигнал может заставить пьезоэлектрический преобразователь в громкоговорителе двигаться, воспроизводя, таким образом, звук.

На локальные статические заряды также может влиять интенсивный свет. Это принцип, лежащий в основе копировальных аппаратов и лазерных принтеров. В копировальных аппаратах свет может исходить от проецируемого изображения листа бумаги; в лазерных принтерах изображение наносится на барабан сканирующим лазерным лучом. Весь барабан изначально заряжается корональным разрядом, который испускает свободные электроны через воздух, используя тот же принцип, что и St.Элмо огонь. Затем электроны из проволоки притягиваются к положительно заряженному барабану. Затем изображение проецируется на фотопроводящий барабан, и заряд рассеивается из освещенных областей, в то время как темные области изображения остаются заряженными. Заряженные области на барабане могут затем притягивать противоположно заряженные частицы тонера, которые затем наматываются на бумагу, поддерживаемую положительно заряженным роликом, и расплавляются на месте с помощью электрического нагревательного элемента.

Марш отметил, что на угольных электростанциях используются электрофильтры для сбора твердых частиц из дымовых труб, чтобы их можно было утилизировать как твердые отходы, а не выбрасывать в воздух.В другом заявлении он описал, как статический заряд применяется к гербицидам, которые распыляются на сорняки в виде мелкого тумана. Заряженные капли притягиваются к листьям нежелательных растений и равномерно распределяются по ним, а не падают на землю и не расходуются.