სად გამოიყენება ელექტროენერგია? როდის გამოჩნდა ელექტროენერგია რუსეთში

რა არის ელექტროენერგია?

ელექტროენერგია არის ფიზიკური ფენომენების ერთობლიობა, რომელიც დაკავშირებულია ელექტრული მუხტის არსებობასთან. მიუხედავად იმისა, რომ თავდაპირველად ელექტროენერგია განიხილებოდა, როგორც მაგნიტიზმისგან განცალკევებული ფენომენი, მაგრამ მაქსველის განტოლებების განვითარებით, ორივე ეს ფენომენი აღიარებულ იქნა ერთი ფენომენის ნაწილად: ელექტრომაგნიტიზმი. ელექტროენერგიას უკავშირდება სხვადასხვა გავრცელებული ფენომენი, როგორიცაა ელვა, სტატიკური ელექტროენერგია, ელექტრული გათბობა, ელექტრული გამონადენი და მრავალი სხვა. გარდა ამისა, ელექტროენერგია არის მრავალი თანამედროვე ტექნოლოგიების გულში.

ელექტრული მუხტის არსებობა, რომელიც შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი, წარმოქმნის ელექტრულ ველს. მეორეს მხრივ, ელექტრული მუხტების მოძრაობა, რომელსაც ელექტრული დენი ეწოდება, ქმნის მაგნიტურ ველს.

როდესაც მუხტი მოთავსებულია არანულოვანი ელექტრული ველის მქონე წერტილში, მასზე მოქმედებს ძალა. ამ ძალის სიდიდე განისაზღვრება კულონის კანონით. ამრიგად, თუ ეს მუხტი გადაადგილდებოდა, ელექტრული ველი შეასრულებდა ელექტრული მუხტის გადაადგილებას (დამუხრუჭებას). ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ სივრცის გარკვეულ წერტილში ელექტრულ პოტენციალზე, რომელიც ტოლია გარე აგენტის მიერ შესრულებული სამუშაოს, თვითნებურად არჩეული საცნობარო წერტილიდან ამ წერტილში დადებითი მუხტის ერთეულის ყოველგვარი აჩქარების გარეშე გადატანისას და, როგორც წესი, იზომება ვოლტებში.

ელექტრო ინჟინერიაში ელექტროენერგია გამოიყენება:

ელექტროენერგიის მიწოდება იქ, სადაც ელექტრო დენი გამოიყენება აღჭურვილობის კვებისათვის;
ელექტრონიკაში, რომელიც ეხება ელექტრულ სქემებს, რომლებიც მოიცავს აქტიურ ელექტრულ კომპონენტებს, როგორიცაა ვაკუუმური მილები, ტრანზისტორები, დიოდები და ინტეგრირებული სქემები და მათთან დაკავშირებულ პასიურ ელემენტებს.

ელექტრული ფენომენები შესწავლილი იყო უძველესი დროიდან, თუმცა თეორიული გაგების პროგრესი მე-17 და მე-18 საუკუნეებში დაიწყო. მაშინაც კი, ელექტროენერგიის პრაქტიკული გამოყენება იშვიათი იყო და ინჟინრებმა შეძლეს მისი გამოყენება სამრეწველო და საცხოვრებელი მიზნებისთვის მხოლოდ მე-19 საუკუნის ბოლოს. ელექტრო ტექნოლოგიების სწრაფმა გაფართოებამ ამ დროს გარდაქმნა ინდუსტრია და საზოგადოება. ელექტროენერგიის მრავალფეროვნება მდგომარეობს იმაში, რომ მისი გამოყენება შესაძლებელია თითქმის შეუზღუდავი რაოდენობის ინდუსტრიებში, როგორიცაა ტრანსპორტი, გათბობა, განათება, კომუნიკაციები და გამოთვლები. ელექტროენერგია ახლა თანამედროვე ინდუსტრიული საზოგადოების ხერხემალია.

ელექტროენერგიის ისტორია

დიდი ხნით ადრე, სანამ არსებობდა რაიმე ცოდნა ელექტროენერგიის შესახებ, ხალხმა უკვე იცოდა ელექტრო თევზის ელექტროშოკის შესახებ. ძველი ეგვიპტური ტექსტები დათარიღებული 2750 წ. ჩვენს წელთაღრიცხვამდე მათ ამ თევზებს უწოდეს "ნილოსის ჭექა-ქუხილი" და აღწერეს, როგორც ყველა სხვა თევზის "მფარველები". ელექტრული თევზის მტკიცებულება კვლავ გამოჩნდა ათასობით წლის შემდეგ ძველი ბერძენი, რომაელი და არაბი ბუნებისმეტყველებისა და ექიმებისგან. რამდენიმე უძველესი მწერალი, როგორებიცაა პლინიუს უფროსი და სკრიბონიუს ლარგუსი, მოწმობენ დაბუჟების შესახებ, როგორც ელექტრული დარტყმის ეფექტი, რომელიც წარმოიქმნება ლოქოსა და ელექტრული სხივების მიერ, და მათ ასევე იცოდნენ, რომ ასეთი დარტყმები შეიძლება გადაეცეს გამტარ ობიექტებს. პაციენტებს, რომლებსაც აწუხებდნენ ისეთი დაავადებები, როგორიცაა ჩიყვი ან თავის ტკივილი, უნიშნავდნენ ასეთ თევზს შეხებას იმ იმედით, რომ ძლიერი ელექტროშოკი მათ განკურნებას შეძლებდა. შესაძლებელია, რომ ყველაზე ადრეული და უახლოესი მიახლოება ელვისა და ელექტროენერგიის იდენტურობის აღმოჩენასთან ნებისმიერი სხვა წყაროდან გაკეთდა არაბების მიერ, რომლებიც მე -15 საუკუნემდე ენაში იყენებდნენ სიტყვას ელვას (რაადს) ელექტრულ სხივებზე.

ხმელთაშუა ზღვის უძველესმა კულტურებმა იცოდნენ, რომ თუ ზოგიერთ ობიექტს, როგორიცაა ქარვის ჯოხები, კატის ბეწვით ასხამდნენ, ეს უფრო მსუბუქ საგნებს იზიდავდა, როგორიცაა ბუმბული. თალესმა მილეტელმა მრავალი დაკვირვება მოახდინა სტატიკური ელექტროენერგიის შესახებ 600 წელს, საიდანაც მან დაასკვნა, რომ ხახუნი იყო საჭირო იმისათვის, რომ ქარვას შეეძლო ობიექტების მიზიდვა, განსხვავებით მინერალებისგან, როგორიცაა მაგნეტიტი, რომელსაც არ სჭირდებოდა ხახუნი. თალესი არასწორად თვლიდა, რომ ქარვის მიზიდულობა გამოწვეული იყო მაგნიტური ეფექტით, მაგრამ მოგვიანებით მეცნიერებამ დაამტკიცა კავშირი მაგნიტიზმსა და ელექტროენერგიას შორის. საკამათო თეორიის მიხედვით, რომელიც დაფუძნებულია 1936 წელს ბაღდადის ბატარეის აღმოჩენაზე, რომელიც გალვანურ უჯრედს წააგავს, თუმცა არ არის ნათელი, იყო თუ არა არტეფაქტი ელექტრული ბუნების, პართიელებმა შესაძლოა იცოდნენ ელექტრული საფარის შესახებ.

ელექტროენერგია ათასწლეულების განმავლობაში აგრძელებდა ინტელექტუალური ცნობისმოყვარეობის აღძვრას 1600 წლამდე, სანამ ინგლისელმა მეცნიერმა უილიამ გილბერტმა საფუძვლიანად შეისწავლა ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი და განასხვავა "მაგნიტიტის" ეფექტი სტატიკური ელექტროენერგიისგან, რომელიც წარმოიქმნება ქარვის გახეხვით. მან გამოიგონა ახალი ლათინური სიტყვა electricus ("ქარვა" ან "ქარვის მსგავსი", ἤλεκτρον, Elektron, ბერძნულიდან: "ქარვა"), რათა აღენიშნათ ობიექტების თვისება, მიიზიდონ წვრილი საგნები გახეხვის შემდეგ. ამ ენობრივმა ასოციაციამ წარმოშვა ინგლისური სიტყვები "ელექტრო" და "ელექტროენერგია", რომლებიც პირველად გამოჩნდა ბეჭდვით თომას ბრაუნის "ფსევდოდოქსიის ეპიდემიაში" 1646 წელს.

შემდგომი სამუშაოები ჩატარდა ოტო ფონ გერიკეს, რობერტ ბოილის, სტივენ გრეის და ჩარლზ ფრანსუა დიუფის მიერ. მე-18 საუკუნეში ბენჯამინ ფრანკლინმა ჩაატარა ვრცელი კვლევა ელექტროენერგიის შესახებ, გაყიდა თავისი ქონება თავისი სამუშაოს დასაფინანსებლად. 1752 წლის ივნისში მან ცნობადად მიამაგრა ლითონის გასაღები ცისტერნის სიმის ძირზე და გაუშვა ქარიშხალი ცაში. ნაპერწკლების გადახტომა გასაღებიდან ხელის უკანა მხარეს აჩვენა, რომ ელვა მართლაც ელექტრული იყო. მან ასევე ახსნა ლეიდენის ქილის ერთი შეხედვით პარადოქსული ქცევა, როგორც მოწყობილობა დიდი რაოდენობით ელექტრული მუხტის შესანახად ელექტროენერგიის თვალსაზრისით, რომელიც შედგება დადებითი და უარყოფითი მუხტებისაგან.

1791 წელს ლუიჯი გალვანმა გამოაცხადა ბიოელექტრომაგნეტიზმის აღმოჩენა და აჩვენა, რომ ელექტროენერგია არის საშუალება, რომლითაც ნეირონები გადასცემენ სიგნალებს კუნთებზე. 1800-იანი წლების ალესანდრო ვოლტას ბატარეა ან გალვანური ბოძი მზადდებოდა თუთიისა და სპილენძის მონაცვლეობითი ფენებისგან. მეცნიერებისთვის ის ელექტროენერგიის უფრო საიმედო წყარო იყო, ვიდრე წარსულში გამოყენებული ელექტროსტატიკური მანქანები. ელექტრომაგნიტიზმის, როგორც ელექტრული და მაგნიტური ფენომენების ერთიანობის გაგება განპირობებული იყო ოერსტედთან და ანდრე-მარი ამპერთან 1819-1820 წლებში. მაიკლ ფარადეიმ გამოიგონა ელექტროძრავა 1821 წელს, ხოლო გეორგ ომმა მათემატიკურად გააანალიზა ელექტრული წრე 1827 წელს. ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი (და სინათლე) საბოლოოდ დააკავშირა ჯეიმს მაქსველმა, კერძოდ მის ნაშრომში "ძალის ფიზიკური ხაზების შესახებ" 1861 და 1862 წლებში.

მიუხედავად იმისა, რომ მე-19 საუკუნის დასაწყისში მსოფლიო მოწმე იყო ელექტროენერგიის მეცნიერების სწრაფ პროგრესში, მე-19 საუკუნის ბოლოს უდიდესი პროგრესი მოხდა ელექტროტექნიკის სფეროში. ისეთი ადამიანების დახმარებით, როგორებიც არიან ალექსანდრე გრეჰემ ბელი, ოტო ტიტუს ბლატი, თომას ედისონი, გალილეო ფერარისი, ოლივერ ჰევისაიდი, ანჯოს ისტვან ჯედლიკი, უილიამ ტომსონი, პირველი ბარონი კელვინი, ჩარლზ ალჯერნონ პარსონსი, ვერნერ ფონ სიმენსი, ჯოზეფ უილსონ სვანი, რეჯინალდ ფესენდენი, ტესლასა და ჯორჯ ვესტინგჰაუსს, ელექტროენერგია მეცნიერული ცნობისმოყვარეობიდან გადაიქცა თანამედროვე ცხოვრების შეუცვლელ ინსტრუმენტად და გახდა მეორე ინდუსტრიული რევოლუციის მამოძრავებელი ძალა.

1887 წელს ჰაინრიხ ჰერცმა აღმოაჩინა, რომ ულტრაიისფერი შუქით განათებული ელექტროდები უფრო ადვილად წარმოქმნიან ელექტრულ ნაპერწკლებს, ვიდრე გაუნათებელი. 1905 წელს ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა ნაშრომი, რომელშიც განმარტა ფოტოელექტრული ეფექტის ექსპერიმენტული მტკიცებულება სინათლის ენერგიის გადაცემის შედეგად დისკრეტულ კვანტიზებულ პაკეტებში, რომლებიც აღაგზნებს ელექტრონებს. ამ აღმოჩენამ გამოიწვია კვანტური რევოლუცია. აინშტაინს 1921 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში „ფოტოელექტრული ეფექტის კანონის აღმოჩენისთვის“. ფოტოელექტრული ეფექტი ასევე გამოიყენება ფოტოვოლტაურ უჯრედებში, როგორიცაა მზის პანელებში ნაპოვნი და ეს ხშირად გამოიყენება ელექტროენერგიის წარმოებისთვის კომერციული მიზნებისთვის.

პირველი ნახევარგამტარული მოწყობილობა იყო „კატის ულვაშის“ დეტექტორი, რომელიც პირველად გამოიყენეს რადიო მიმღებებში 1900-იან წლებში. ულვაშის მსგავსი მავთული მსუბუქ კონტაქტში შედის მყარ კრისტალთან (მაგ., გერმანიუმის კრისტალთან), რათა აღმოაჩინოს რადიოსიგნალი კონტაქტის გარდამავალი ეფექტის მეშვეობით. ნახევარგამტარულ კვანძში დენი მიემართება ნახევარგამტარულ ელემენტებს და კავშირებს, რომლებიც სპეციალურად შექმნილია დენის გადართვისა და გამაძლიერებლისთვის. ელექტრული დენი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ორი ფორმით: უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების, ასევე დადებითად დამუხტული ელექტრონების ვაკანსიების სახით (ნახევარგამტარის ატომში შეუვსებელი ელექტრონები), რომელსაც ეწოდება ხვრელები. ეს მუხტები და ხვრელები გასაგებია კვანტური ფიზიკის თვალსაზრისით. სამშენებლო მასალა ყველაზე ხშირად კრისტალური ნახევარგამტარია.

ნახევარგამტარული მოწყობილობების განვითარება დაიწყო ტრანზისტორის გამოგონებით 1947 წელს. საერთო ნახევარგამტარული მოწყობილობებია ტრანზისტორები, მიკროპროცესორული ჩიპები და ოპერატიული მეხსიერების ჩიპები. მეხსიერების სპეციალიზებული ტიპი, რომელსაც ეწოდება ფლეშ მეხსიერება, გამოიყენება USB ფლეშ დრაივებში და ახლახან, მექანიკურად მბრუნავი მყარი დისკები ასევე შეიცვალა მყარი მდგომარეობის დისკებით. ნახევარგამტარული მოწყობილობები გავრცელდა 1950-იან და 1960-იან წლებში, ვაკუუმური მილებიდან ნახევარგამტარულ დიოდებზე, ტრანზისტორებზე, ინტეგრირებულ სქემებსა და შუქდიოდებზე (LED-ებზე) გადასვლისას.

ელექტროენერგიის ძირითადი ცნებები

Ელექტრული მუხტი

მუხტის არსებობა წარმოქმნის ელექტროსტატიკურ ძალას: მუხტები ახდენენ ძალას ერთმანეთზე, ეს ეფექტი ცნობილი იყო ანტიკურ ხანაში, თუმცა მაშინ ეს არ იყო გაგებული. ძაფზე დაკიდებული მსუბუქი ბურთის დამუხტვა შესაძლებელია შუშის ღეროს შეხებით, რომელიც თავად ადრე იტენებოდა ქსოვილზე შეხებით. მსგავსი ბურთი, რომელიც დამუხტულია ერთი და იგივე შუშის ჯოხით, მოგერიებს პირველს: მუხტი იწვევს ორი ბურთის ერთმანეთისგან განცალკევებას. გახეხილი ქარვის ღეროდან დამუხტული ორი ბურთი ასევე მოგერიებს ერთმანეთს. თუმცა, თუ ერთი ბურთი დამუხტულია შუშის ღეროდან, მეორე კი ქარვის ღეროდან, მაშინ ორივე ბურთი იწყებს ერთმანეთის მიზიდვას. ეს ფენომენი გამოიკვლია მეთვრამეტე საუკუნის ბოლოს შარლ ავგუსტინ დე კულომმა, რომელმაც დაასკვნა, რომ ბრალდება ორი საპირისპირო ფორმით ჩნდება. ამ აღმოჩენამ საყოველთაოდ ცნობილი აქსიომამდე მიიყვანა: ანალოგიურად დამუხტული საგნები იგერიებენ და საპირისპიროდ დამუხტული საგნები იზიდავენ.

ძალა მოქმედებს თავად დამუხტულ ნაწილაკებზე, ამიტომ მუხტი მიდრეკილია რაც შეიძლება თანაბრად გავრცელდეს გამტარ ზედაპირზე. ელექტრომაგნიტური ძალის სიდიდე, მიმზიდველი თუ ამაღელვებელი, განისაზღვრება კულონის კანონით, რომელიც ამბობს, რომ ელექტროსტატიკური ძალა პროპორციულია მუხტების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება ძალზე ძლიერია, ის სიძლიერით ჩამოუვარდება მხოლოდ ძლიერ ურთიერთქმედებას, მაგრამ ამ უკანასკნელისგან განსხვავებით მოქმედებს ნებისმიერ მანძილზე. გაცილებით სუსტ გრავიტაციულ ძალასთან შედარებით, ელექტრომაგნიტური ძალა უბიძგებს ორ ელექტრონს 1042-ჯერ მეტს, ვიდრე გრავიტაციული ძალა უბიძგებს მათ.

კვლევამ აჩვენა, რომ მუხტის წყარო არის გარკვეული ტიპის სუბატომური ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ ელექტრული მუხტის თვისება. ელექტრული მუხტი წარმოქმნის და ურთიერთქმედებს ელექტრომაგნიტურ ძალასთან, რომელიც ბუნების ოთხი ფუნდამენტური ძალიდან ერთ-ერთია. ელექტრული მუხტის ყველაზე ცნობილი მატარებლებია ელექტრონი და პროტონი. ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ მუხტი არის შენარჩუნებული რაოდენობა, ანუ იზოლირებული სისტემის შიგნით მთლიანი მუხტი ყოველთვის დარჩება მუდმივი, მიუხედავად ნებისმიერი ცვლილებისა, რომელიც მოხდება ამ სისტემაში. სისტემაში მუხტის გადატანა შესაძლებელია სხეულებს შორის პირდაპირი კონტაქტით ან გადაცემით გამტარი მასალის მეშვეობით, როგორიცაა მავთული. არაფორმალური ტერმინი "სტატიკური ელექტროენერგია" ნიშნავს მუხტის (ან მუხტების "დისბალანსის") არსებობას სხეულზე, რომელიც ჩვეულებრივ გამოწვეულია ერთმანეთის მიმართ განსხვავებული მასალების შერევით, მუხტის გადაცემით ერთიდან მეორეზე.

ელექტრონების და პროტონების მუხტები საპირისპიროა ნიშნით, შესაბამისად, მთლიანი მუხტი შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი. კონვენციით, ელექტრონების მიერ გადატანილი მუხტი უარყოფითად ითვლება, ხოლო პროტონებით გადატანილი მუხტი დადებითია, ბენჯამინ ფრანკლინის მოღვაწეობით დამკვიდრებული ტრადიციის შესაბამისად. მუხტის რაოდენობა (ელექტროენერგიის რაოდენობა) ჩვეულებრივ აღინიშნება Q სიმბოლოთი და გამოიხატება კულონებში; თითოეული ელექტრონი ატარებს იგივე მუხტს, დაახლოებით -1,6022 × 10-19 კულონი. პროტონს აქვს მუხტი ტოლი მნიშვნელობით და საპირისპირო ნიშნით და, შესაბამისად, +1,6022 × 10-19 კულონი. არა მხოლოდ მატერიას აქვს მუხტი, არამედ ანტიმატერიაც, ყოველი ანტინაწილაკი ატარებს თანაბარ მუხტს, მაგრამ მისი შესაბამისი ნაწილაკების მუხტის საპირისპირო ნიშნით.

მუხტის გაზომვა შესაძლებელია რამდენიმე გზით: ადრეული ოქროს ფოთლის ელექტროსკოპი, რომელიც, მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ კიდევ გამოიყენება სავარჯიშო დემონსტრაციებისთვის, ახლა შეიცვალა ელექტრონული ელექტრომეტრით.

Ელექტროობა

ელექტრული მუხტების მოძრაობას ელექტრული დენი ეწოდება, მისი ინტენსივობა ჩვეულებრივ იზომება ამპერებში. დენი შეიძლება შეიქმნას ნებისმიერი მოძრავი დამუხტული ნაწილაკებით; ყველაზე ხშირად ეს არის ელექტრონები, მაგრამ პრინციპში ნებისმიერი მუხტი, რომელიც მოძრაობს, არის დენი.

ისტორიული კონვენციით, დადებითი დენი განისაზღვრება დადებითი მუხტების მოძრაობის მიმართულებით, რომლებიც მიედინება წრედის უფრო დადებითი ნაწილიდან უფრო უარყოფით ნაწილზე. ამ გზით განსაზღვრულ დენს პირობითი დენი ეწოდება. დენის ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი ფორმა არის უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების მოძრაობა წრეში და, შესაბამისად, დენის დადებითი მიმართულება ელექტრონების მოძრაობის საპირისპირო მიმართულებით არის ორიენტირებული. თუმცა, პირობებიდან გამომდინარე, ელექტრული დენი შეიძლება შედგებოდეს დამუხტული ნაწილაკების ნაკადისგან, რომელიც მოძრაობს ნებისმიერი მიმართულებით და თუნდაც ორივე მიმართულებით ერთდროულად. კონვენცია, რომ დენის დადებითი მიმართულება არის დადებითი მუხტების მოძრაობის მიმართულება, ფართოდ გამოიყენება ამ სიტუაციის გასამარტივებლად.

პროცესს, რომლითაც ელექტრული დენი გადის მასალაში, ეწოდება ელექტრული გამტარობა და მისი ბუნება იცვლება იმისდა მიხედვით, თუ რომელი დამუხტული ნაწილაკები ატარებენ მას და იმ მასალაზე, რომლითაც ისინი მოძრაობენ. ელექტრული დენების მაგალითები მოიცავს მეტალის გამტარობას, რომელიც ხორციელდება ელექტრონების ნაკადით გამტარებლის მეშვეობით, როგორიცაა მეტალი, და ელექტროლიზი, რომელიც ხორციელდება იონების (დამუხტული ატომების) ნაკადით სითხის ან პლაზმის მეშვეობით, როგორც ელექტრო ნაპერწკლებში. მიუხედავად იმისა, რომ თავად ნაწილაკებს შეუძლიათ გადაადგილება ძალიან ნელა, ზოგჯერ საშუალო დრიფტის სიჩქარით მხოლოდ მილიმეტრის ფრაქცია წამში, ელექტრული ველი, რომელიც მათ ამოძრავებს, მოძრაობს სინათლის სიჩქარით ახლოს, რაც ელექტრულ სიგნალებს საშუალებას აძლევს სწრაფად გადაადგილდნენ სადენებში.

დინება იწვევს უამრავ დაკვირვებად ეფექტს, რაც ისტორიულად მისი არსებობის ნიშანი იყო. გალვანური სვეტის დენის გავლენის ქვეშ წყლის დაშლის შესაძლებლობა აღმოაჩინეს ნიკოლსონმა და კარლაილმა 1800 წელს. ამ პროცესს ახლა ელექტროლიზი ეწოდება. მათი მუშაობა მნიშვნელოვნად გააფართოვა მაიკლ ფარადეიმ 1833 წელს. წინააღმდეგობის გავლით დენი იწვევს ლოკალიზებულ გათბობას. ეს ეფექტი მათემატიკურად აღწერა ჯეიმს ჯოულმა 1840 წელს. დენთან დაკავშირებით ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი აღმოჩენა ოერსტედმა შემთხვევით გააკეთა 1820 წელს, როდესაც ლექციის მომზადებისას მან აღმოაჩინა, რომ მავთულში გამავალი დენი იწვევს მაგნიტური კომპასის ნემსის შემობრუნებას. ასე რომ, მან აღმოაჩინა ელექტრომაგნიტიზმი, ფუნდამენტური ურთიერთქმედება ელექტროენერგიასა და მაგნიტიზმს შორის. ელექტრული რკალის მიერ წარმოქმნილი ელექტრომაგნიტური ემისიების დონე საკმარისად მაღალია იმისთვის, რომ წარმოქმნას ელექტრომაგნიტური ჩარევა, რამაც შეიძლება დააზიანოს მიმდებარე აღჭურვილობის მუშაობა. მან აღმოაჩინა ელექტრომაგნიტიზმი, ფუნდამენტური ურთიერთქმედება ელექტროენერგიასა და მაგნიტიზმს შორის. ელექტრული რკალის მიერ წარმოქმნილი ელექტრომაგნიტური ემისიების დონე საკმარისად მაღალია იმისთვის, რომ წარმოქმნას ელექტრომაგნიტური ჩარევა, რამაც შეიძლება ხელი შეუშალოს ახლომდებარე აღჭურვილობას.

ტექნიკური ან საყოფაცხოვრებო პროგრამებისთვის, დენი ხშირად ხასიათდება როგორც პირდაპირი (DC) ან ალტერნატიული (AC). ეს ტერმინები მიუთითებს იმაზე, თუ როგორ იცვლება მიმდინარე დროთა განმავლობაში. პირდაპირი დენი, რომელიც წარმოიქმნება ბატარეის მიერ, მაგალითად, და რომელიც საჭიროა ელექტრონული მოწყობილობების უმეტესობისთვის, არის ცალმხრივი ნაკადი მიკროსქემის პოზიტიური პოტენციალიდან ნეგატივამდე. თუ ეს ნაკადი, რომელიც უფრო ხშირად ხდება, ელექტრონებს ატარებენ, ისინი საპირისპირო მიმართულებით მოძრაობენ. ალტერნატიული დენი არის ნებისმიერი დენი, რომელიც განუწყვეტლივ იცვლის მიმართულებას, ის თითქმის ყოველთვის სინუსოიდის სახითაა. ალტერნატიული დენი პულსირებს წინ და უკან დირიჟორში მუხტის გადაადგილების გარეშე რაიმე სასრულ მანძილზე დიდი ხნის განმავლობაში. ალტერნატიული დენის საშუალო დროით მნიშვნელობა არის ნული, მაგრამ ის ენერგიას აწვდის ჯერ ერთი მიმართულებით, შემდეგ კი საპირისპირო მიმართულებით. ალტერნატიული დენი დამოკიდებულია ელექტრულ თვისებებზე, რომლებიც არ ვლინდება პირდაპირი დენის სტაციონარულ რეჟიმში, მაგალითად, ინდუქციურობაზე და ტევადობაზე. თუმცა, ეს თვისებები შეიძლება ამოქმედდეს მაშინ, როდესაც წრე ექვემდებარება გარდამავალ ცვლილებებს, მაგალითად, საწყისი ჩართვის დროს.

Ელექტრული ველი

ელექტრული ველის კონცეფცია შემოიღო მაიკლ ფარადეიმ. ელექტრული ველი იქმნება დამუხტული სხეულის მიერ იმ სივრცეში, რომელიც აკრავს სხეულს და იწვევს ძალას, რომელიც მოქმედებს ველში მდებარე ნებისმიერ სხვა მუხტზე. ელექტრული ველი მოქმედებს ორ მუხტს შორის, როგორც გრავიტაციული ველი ორ მასას შორის, ასევე ვრცელდება უსასრულობამდე და უკუპროპორციულია სხეულებს შორის მანძილის კვადრატთან. თუმცა, არის მნიშვნელოვანი განსხვავება. გრავიტაცია ყოველთვის იზიდავს, რაც იწვევს ორი მასის შეერთებას, ხოლო ელექტრული ველი შეიძლება გამოიწვიოს მიზიდულობა ან მოგერიება. იმის გამო, რომ დიდ სხეულებს, როგორიცაა პლანეტები მთლიანობაში, აქვთ ნულოვანი წმინდა მუხტი, მათი ელექტრული ველი მანძილზე ჩვეულებრივ ნულის ტოლია. ამრიგად, გრავიტაცია არის დომინანტური ძალა სამყაროში დიდ დისტანციებზე, მიუხედავად იმისა, რომ ის თავად გაცილებით სუსტია.

ელექტრული ველი, როგორც წესი, განსხვავდება სივრცის სხვადასხვა წერტილში და მისი სიძლიერე ნებისმიერ წერტილში განისაზღვრება, როგორც ძალა (ერთეულ მუხტზე), რომელსაც განიცდის უმოძრაო, უმნიშვნელო მუხტი, თუ ის მოთავსდება ამ წერტილში. აბსტრაქტული მუხტი, რომელსაც ეწოდება "სატესტო მუხტი", უნდა იყოს უმნიშვნელო მნიშვნელობის ისე, რომ მისი საკუთარი ელექტრული ველი, რომელიც არღვევს მთავარ ველს, შეიძლება უგულებელყო და ასევე უნდა იყოს სტაციონარული (უძრავი), რათა თავიდან აიცილოს მაგნიტური ველების გავლენა. ვინაიდან ელექტრული ველი განისაზღვრება ძალის მიხედვით, ხოლო ძალა არის ვექტორი, მაშინ ელექტრული ველი ასევე არის ვექტორი, რომელსაც აქვს სიდიდე და მიმართულება. უფრო კონკრეტულად, ელექტრული ველი არის ვექტორული ველი.

სტაციონარული მუხტით შექმნილ ელექტრული ველების დოქტრინას ელექტროსტატიკა ეწოდება. ველის ვიზუალიზაცია შესაძლებელია წარმოსახვითი ხაზების ნაკრების გამოყენებით, რომლის მიმართულება სივრცის ნებისმიერ წერტილში ემთხვევა ველის მიმართულებას. ეს კონცეფცია ფარადეიმ შემოიღო და ტერმინი „ძალის ხაზები“ ჯერ კიდევ ზოგჯერ გვხვდება. ველის ხაზები არის ბილიკები, რომლებზეც წერტილის დადებითი მუხტი გადაადგილდება ველის გავლენის ქვეშ. თუმცა, ისინი აბსტრაქტულია და არა ფიზიკური ობიექტი, და ველი გადის მთელ შუალედურ სივრცეს ხაზებს შორის. სტაციონარული მუხტიდან გამოსულ ველ ხაზებს აქვთ რამდენიმე ძირითადი თვისება: პირველი, ისინი იწყება დადებითი მუხტებით და მთავრდება უარყოფითი მუხტებით; მეორეც, ისინი უნდა შევიდნენ ნებისმიერ იდეალურ გამტარში მარჯვენა კუთხით (ნორმალური) და მესამე, ისინი არასოდეს იკვეთებიან და იკეტებიან საკუთარ თავზე.

ღრუ გამტარი სხეული შეიცავს მთელ მუხტს მის გარე ზედაპირზე. მაშასადამე, ველი სხეულის შიგნით ყველა ადგილას ნულის ტოლია. ფარადეის გალია მუშაობს ამ პრინციპით - ლითონის გარსი, რომელიც იზოლირებს მის შიდა სივრცეს გარე ელექტრული გავლენისგან.

ელექტროსტატიკის პრინციპები მნიშვნელოვანია მაღალი ძაბვის აღჭურვილობის ელემენტების დიზაინში. არსებობს ელექტრული ველის სიძლიერის სასრული ზღვარი, რომელიც შეიძლება შენარჩუნდეს ნებისმიერი მასალის მიერ. ამ მნიშვნელობის ზემოთ ხდება ელექტრული ავარია, რაც იწვევს ელექტრო რკალს დამუხტულ ნაწილებს შორის. მაგალითად, ჰაერში, ელექტრული ავარია ხდება მცირე ხარვეზებზე, ელექტრული ველის სიძლიერით, რომელიც აღემატება 30 კვ სანტიმეტრს. უფსკრულის მატებასთან ერთად, დაშლის საბოლოო სიძლიერე მცირდება დაახლოებით 1 კვ სანტიმეტრამდე. ყველაზე თვალსაჩინო ასეთი ბუნებრივი მოვლენაა ელვა. ეს ხდება მაშინ, როდესაც მუხტები ღრუბლებში განცალკევებულია ჰაერის აღმავალი სვეტებით და ჰაერში ელექტრული ველი იწყებს დაშლის მნიშვნელობას. დიდი ჭექა-ქუხილის ძაბვა შეიძლება მიაღწიოს 100 მვ-ს და ჰქონდეს გამონადენის ენერგეტიკული ღირებულება 250 კვტ.სთ.

ველის სიძლიერის სიდიდეზე ძლიერ გავლენას ახდენს ახლომდებარე გამტარი ობიექტები და სიძლიერე განსაკუთრებით მაღალია, როდესაც ველი უნდა დაიღუნოს წვეტიანი ობიექტების გარშემო. ეს პრინციპი გამოიყენება ელვისებურ ღეროებში, რომელთა ბასრი ღეროები აიძულებენ ელვას ჩაედინება მათში და არა იმ შენობებში, რომლებსაც ისინი იცავენ.

ელექტრო პოტენციალი

ელექტრული პოტენციალის კონცეფცია მჭიდროდ არის დაკავშირებული ელექტრულ ველთან. ელექტრულ ველში მოთავსებული მცირე მუხტი განიცდის ძალას და იმისთვის, რომ მუხტი ამ ძალის წინააღმდეგ გადაადგილდეს, საჭიროა მუშაობა. ელექტრული პოტენციალი ნებისმიერ წერტილში განისაზღვრება, როგორც ენერგია, რომელიც საჭიროა ერთეული სატესტო მუხტის უკიდურესად ნელა გადასატანად უსასრულობიდან ამ წერტილამდე. პოტენციალი ჩვეულებრივ იზომება ვოლტებში, ხოლო ერთი ვოლტის პოტენციალი არის პოტენციალი, რომელზედაც უნდა დაიხარჯოს სამუშაოს ერთი ჯოული უსასრულობიდან ერთი კულონი მუხტის გადასაადგილებლად. პოტენციალის ეს ფორმალური განმარტება ნაკლებად პრაქტიკულია და უფრო სასარგებლოა ელექტრული პოტენციალის სხვაობის კონცეფცია, ანუ ენერგია, რომელიც საჭიროა მუხტის ერთეულის ორ მოცემულ წერტილს შორის გადასაადგილებლად. ელექტრულ ველს აქვს ერთი თვისება, ის არის კონსერვატიული, რაც ნიშნავს, რომ სატესტო მუხტის მიერ გავლილ გზას მნიშვნელობა არ აქვს: ყველა შესაძლო ბილიკის გავლა ორ მოცემულ წერტილს შორის ყოველთვის მიიღებს ერთსა და იმავე ენერგიას და, შესაბამისად, არსებობს ერთი მნიშვნელობა. განსხვავება პოტენციალის ორ პოზიციას შორის. ვოლტი იმდენად მყარად დამკვიდრდა, როგორც ელექტრული პოტენციალის სხვაობის საზომი და აღწერილობის ერთეული, რომ ტერმინი ძაბვა ფართოდ და ყოველდღიურად გამოიყენება.

პრაქტიკული მიზნებისთვის სასარგებლოა საერთო საცნობარო წერტილის განსაზღვრა, რომლის მიმართაც შესაძლებელია პოტენციალების გამოხატვა და შედარება. მიუხედავად იმისა, რომ ის შეიძლება იყოს უსასრულობაში, ბევრად უფრო პრაქტიკულია თავად დედამიწის გამოყენება ნულოვანი პოტენციალის სახით, რომელიც ვარაუდობენ, რომ ყველა ადგილას ერთნაირი პოტენციალით იქნება. ამ საცნობარო პუნქტს, რა თქმა უნდა, მოიხსენიებენ როგორც „მიწას“ (მიწას). დედამიწა არის დადებითი და უარყოფითი მუხტების თანაბარი რაოდენობის უსასრულო წყარო და, შესაბამისად, ელექტრული ნეიტრალური და დაუმუხტველია.

ელექტრული პოტენციალი არის სკალარული სიდიდე, ანუ მას აქვს მხოლოდ მნიშვნელობა და არა მიმართულება. ის შეიძლება მივიჩნიოთ სიმაღლის ანალოგიურად: როგორც გათავისუფლებული ობიექტი დაეცემა გრავიტაციული ველის მიერ გამოწვეული სიმაღლის სხვაობის გამო, ასევე მუხტი „დაეცემა“ ელექტრული ველით გამოწვეული ძაბვის გამო. ისევე, როგორც რუქები წარმოადგენენ რელიეფს თანაბარი სიმაღლის წერტილების დამაკავშირებელი კონტურის ხაზების საშუალებით, ელექტროსტატიკურად დამუხტული ობიექტის ირგვლივ შეიძლება დაიხაზოს თანაბარი პოტენციალის მქონე წერტილების დამაკავშირებელი ხაზების ნაკრები. თანაბარი პოტენციალი კვეთს ძალის ყველა ხაზს მარჯვენა კუთხით. ისინი ასევე უნდა იყოს გამტარის ზედაპირის პარალელურად, წინააღმდეგ შემთხვევაში წარმოიქმნება ძალა, რომელიც მოძრაობს მუხტის მატარებლებს გამტარის თანაბარი პოტენციური ზედაპირის გასწვრივ.

ელექტრული ველი ოფიციალურად განისაზღვრება, როგორც ძალა, რომელიც მოქმედებს ერთეულ მუხტზე, მაგრამ პოტენციალის ცნება იძლევა უფრო სასარგებლო და ექვივალენტურ განმარტებას: ელექტრული ველი არის ადგილობრივი ელექტრული პოტენციალის გრადიენტი. როგორც წესი, იგი გამოიხატება ვოლტებში მეტრზე, ხოლო ველის ვექტორის მიმართულება არის უდიდესი პოტენციური ცვლილების ხაზი, ანუ სხვა თანაბარი პოტენციალის უახლოესი მდებარეობის მიმართულებით.

ელექტრომაგნიტები

1821 წელს ოერსტედის აღმოჩენამ, რომ მაგნიტური ველი არსებობს მავთულის ყველა მხარეს, რომელიც ატარებს ელექტრული დენის, აჩვენა, რომ არსებობდა პირდაპირი კავშირი ელექტროენერგიასა და მაგნიტიზმს შორის. უფრო მეტიც, ურთიერთქმედება განსხვავებული ჩანდა გრავიტაციული და ელექტროსტატიკური ძალებისგან, ბუნების ორი ძალისგან, რომელიც მაშინ ცნობილი იყო. ძალა მოქმედებდა კომპასის ნემსზე, არა მიმდინარე მავთულისკენ ან მის მოშორებით, არამედ მის მიმართ სწორი კუთხით. ოდნავ ბუნდოვანი სიტყვებით „ელექტრო კონფლიქტს აქვს მბრუნავი ქცევა“ ოერსტედმა გამოთქვა თავისი დაკვირვება. ეს ძალა ასევე დამოკიდებული იყო დენის მიმართულებაზე, რადგან თუ დენი იცვლის მიმართულებას, მაშინ მაგნიტური ძალაც ცვლის მას.

ოერსტედს ბოლომდე არ ესმოდა მისი აღმოჩენა, მაგრამ ეფექტი, რომელიც მან დააფიქსირა, ორმხრივი იყო: დენი ახორციელებს ძალას მაგნიტზე, ხოლო მაგნიტური ველი ახორციელებს ძალას დენზე. ეს ფენომენი შემდგომში შეისწავლა ამპერმა, რომელმაც აღმოაჩინა, რომ ორი პარალელური დენის მატარებელი მავთული ახორციელებს ძალას ერთმანეთზე: ორი მავთული, რომლებიც ატარებენ დენებს იმავე მიმართულებით, იზიდავს ერთმანეთს, ხოლო მავთულები, რომლებიც შეიცავს დენებს ერთმანეთისგან საპირისპირო მიმართულებით. . ეს ურთიერთქმედება ხდება მაგნიტური ველის მეშვეობით, რომელსაც თითოეული დენი ქმნის და ამ ფენომენის საფუძველზე დგინდება მიმდინარე ერთეული - ამპერი ერთეულთა საერთაშორისო სისტემაში.

ეს კავშირი მაგნიტურ ველებსა და დენებს შორის ძალზე მნიშვნელოვანია, რადგან ამან გამოიწვია მაიკლ ფარადეის მიერ ელექტროძრავის გამოგონება 1821 წელს. მისი ერთპოლარული ძრავა შედგებოდა ვერცხლისწყლის ჭურჭელში მოთავსებული მუდმივი მაგნიტისაგან. დენი გადიოდა მაგნიტის ზემოთ დაკიდებულ საკიდზე დაკიდებულ და ვერცხლისწყალში ჩაძირულ მავთულში. მაგნიტი ახდენდა ტანგენციალურ ძალას მავთულზე, რის გამოც ეს უკანასკნელი ტრიალებდა მაგნიტის ირგვლივ მანამ, სანამ მავთულში დენი შენარჩუნებული იყო.

1831 წელს ფარადეის მიერ ჩატარებულმა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ მაგნიტურ ველზე პერპენდიკულარულად მოძრავი მავთული ქმნის პოტენციურ განსხვავებას ბოლოებში. ამ პროცესის შემდგომმა ანალიზმა, რომელიც ცნობილია ელექტრომაგნიტური ინდუქციის სახელით, საშუალებას მისცა ჩამოეყალიბებინა პრინციპი, რომელიც დღეს ცნობილია როგორც ფარადეის ინდუქციის კანონი, რომ დახურულ წრეში გამოწვეული პოტენციური სხვაობა პროპორციულია წრეში შემავალი მაგნიტური ნაკადის ცვლილების სიჩქარისა. ამ აღმოჩენის განვითარებამ ფარადეის საშუალება მისცა გამოეგონა პირველი ელექტრო გენერატორი 1831 წელს, რომელიც გარდაქმნის მბრუნავი სპილენძის დისკის მექანიკურ ენერგიას ელექტრო ენერგიად. ფარადეის დისკი არაეფექტური იყო და არ გამოიყენებოდა როგორც პრაქტიკული გენერატორი, მაგრამ მან აჩვენა ელექტროენერგიის გამომუშავების შესაძლებლობა მაგნეტიზმის გამოყენებით და ეს შესაძლებლობა გამოიყენეს მათ, ვინც მის განვითარებას მიჰყვებოდა.

ელექტროენერგიის წარმოქმნის ქიმიური რეაქციების უნარს და, პირიქით, ელექტროენერგიის ქიმიური რეაქციების წარმოების უნარს აქვს გამოყენების ფართო სპექტრი.

ელექტროქიმია ყოველთვის იყო ელექტროენერგიის შესწავლის მნიშვნელოვანი ნაწილი. ვოლტაური სვეტის თავდაპირველი გამოგონებიდან გალვანური უჯრედები გადაიქცა ბატარეების მრავალფეროვან ტიპებად, გალვანურ და ელექტროლიტურ უჯრედებად. ალუმინი დიდი რაოდენობით იწარმოება ელექტროლიზით და ბევრი პორტატული ელექტრონული მოწყობილობა იყენებს დატენვის ენერგიის წყაროებს.

ელექტრული სქემები

ელექტრული წრე არის ელექტრული კომპონენტების შეერთება ისე, რომ ელექტრული მუხტი, რომელიც იძულებულია გაიაროს დახურულ გზაზე (წრე) ჩვეულებრივ ასრულებს რამდენიმე სასარგებლო დავალებას.

ელექტრული წრედის კომპონენტებს შეუძლიათ მრავალი ფორმა მიიღონ და მოქმედებენ როგორც ელემენტები, როგორიცაა რეზისტორები, კონდენსატორები, კონცენტრატორები, ტრანსფორმატორები და ელექტრონული კომპონენტები. ელექტრონული სქემები შეიცავს აქტიურ კომპონენტებს, როგორიცაა ნახევარგამტარები, რომლებიც, როგორც წესი, მოქმედებენ არაწრფივი გზით და საჭიროებენ მათზე კომპლექსურ ანალიზს. უმარტივეს ელექტრულ კომპონენტებს უწოდებენ პასიურს და ხაზოვანს: მიუხედავად იმისა, რომ მათ შეუძლიათ ენერგიის დროებით შენახვა, ისინი არ შეიცავს ენერგიის წყაროებს და მოქმედებენ ხაზოვანი გზით.

რეზისტორი, ალბათ, უმარტივესი პასიური მიკროსქემის ელემენტია: როგორც მისი სახელი გვთავაზობს, ის ეწინააღმდეგება მასში გამავალ დენს და ანაწილებს ელექტრო ენერგიას სითბოს სახით. წინააღმდეგობა არის მუხტის გადაადგილების შედეგი გამტარში: მეტალებში, მაგალითად, წინააღმდეგობა, პირველ რიგში, ელექტრონებისა და იონების შეჯახების გამო ხდება. ომის კანონი არის მიკროსქემის თეორიის ძირითადი კანონი და ამბობს, რომ წინააღმდეგობის გავლის დენი პირდაპირპროპორციულია მასში არსებული პოტენციური სხვაობისა. მასალების უმეტესობის წინააღმდეგობა შედარებით მუდმივია ტემპერატურისა და დინების ფართო დიაპაზონში; მასალები, რომლებიც აკმაყოფილებენ ამ პირობებს, ცნობილია როგორც "ომური". ომ არის წინააღმდეგობის ერთეული, რომელსაც ეწოდა გეორგ ომი და აღინიშნება ბერძნული ასო Ω-ით. 1 ომი არის წინააღმდეგობა, რომელიც ქმნის ერთი ვოლტის პოტენციურ განსხვავებას, როდესაც მასში ერთი ამპერის დენი გადის.

კონდენსატორი არის ლეიდენის ქილის განახლება და არის მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია შეინახოს დამუხტვა და ამით დააგროვოს ელექტრო ენერგია გამომუშავებულ ველში. იგი შედგება ორი გამტარი ფირფიტისგან, რომლებიც გამოყოფილია თხელი საიზოლაციო დიელექტრიკული ფენით; პრაქტიკაში ეს არის ლითონის ფოლგის წყვილი თხელი ზოლები, რომლებიც დახვეულია, რათა გაზარდოს ზედაპირის ფართობი ერთეულ მოცულობაზე და, შესაბამისად, ტევადობა. სიმძლავრის ერთეული არის ფარადი, რომელსაც მაიკლ ფარადეის სახელი აქვს და აღინიშნება სიმბოლო F: ერთი ფარადი არის ტევადობა, რომელიც ქმნის ერთი ვოლტის პოტენციურ განსხვავებას ერთი კულონის მუხტის შენახვისას. დენი ჯერ მიედინება დენის წყაროსთან დაკავშირებულ კონდენსატორში, რადგან მუხტი გროვდება კონდენსატორში; თუმცა, ეს დენი შემცირდება კონდენსატორის დამუხტვასთან ერთად და საბოლოოდ გახდება ნული. ამრიგად, კონდენსატორი არ გადის პირდაპირ დენს, მაგრამ ბლოკავს მას.

ინდუქცია არის გამტარი, ჩვეულებრივ, მავთულის ხვეული, რომელიც ინახავს ენერგიას მაგნიტურ ველში, რომელიც წარმოიქმნება მასში დენის გავლისას. როდესაც დენი იცვლება, მაგნიტური ველიც იცვლება, რაც ქმნის ძაბვას გამტარის ბოლოებს შორის. ინდუცირებული ძაბვა დენის ცვლილების სიჩქარის პროპორციულია. პროპორციულობის კოეფიციენტს ინდუქციურობა ეწოდება. ინდუქციურობის ერთეული არის ჰენრი, რომელსაც ეწოდა ფარადეის თანამედროვე ჯოზეფ ჰენრის სახელი. ერთი ჰენრის ინდუქციური ინდუქციური ინდუქციაა, რომელიც იწვევს ერთი ვოლტის პოტენციურ განსხვავებას მასში დენის ცვლილების სიჩქარით ერთი ამპერი წამში. ინდუქტორის ქცევა კონდენსატორის საპირისპიროა: ის თავისუფლად გაივლის პირდაპირ დენს და დაბლოკავს სწრაფად ცვალებად დენს.

Ელექტროენერგიის

ელექტრული სიმძლავრე არის სიჩქარე, რომლითაც ელექტრო ენერგია გადადის ელექტრული წრეში. SI სიმძლავრის ერთეული არის ვატი, უდრის ერთ ჯოულს წამში.

ელექტრული სიმძლავრე, ისევე როგორც მექანიკური სიმძლავრე, არის სამუშაოს შესრულების სიჩქარე, რომელიც იზომება ვატებში და აღინიშნება ასო P. ტერმინი ენერგიის მოხმარება, რომელიც გამოიყენება სასაუბროდ, ნიშნავს "ელექტრული სიმძლავრე ვატებში". ელექტრული დენის მიერ წარმოებული ელექტრული სიმძლავრე ვტებში I უდრის Q კულონის მუხტის გავლას ყოველ ტ წამში ელექტრული პოტენციალის სხვაობით (ძაბვა) V არის

P = QV/t = IV

Q - ელექტრული მუხტი კულონებში
t - დრო წამებში
I - ელექტრული დენი ამპერებში
V - ელექტრული პოტენციალი ან ძაბვა ვოლტებში

ელექტროენერგიის გამომუშავება ხშირად წარმოიქმნება ელექტრო გენერატორებით, მაგრამ ასევე შეიძლება წარმოიქმნას ქიმიური წყაროებით, როგორიცაა ელექტრო ბატარეები ან სხვა საშუალებებით, ენერგიის მრავალფეროვანი წყაროების გამოყენებით. ელექტროენერგია ჩვეულებრივ მიეწოდება ბიზნესს და სახლებს ელექტრო კომუნალური საშუალებებით. ელექტროენერგია ჩვეულებრივ ირიცხება თითო კილოვატ საათში (3,6 MJ), რაც არის გამომუშავებული სიმძლავრე კილოვატებში, გამრავლებული საათებში მუშაობის დროს. ელექტროენერგიის ინდუსტრიაში სიმძლავრის გაზომვები ხდება ელექტროენერგიის მრიცხველების გამოყენებით, რომლებიც ახსოვს კლიენტისთვის მიცემული მთლიანი ელექტროენერგიის რაოდენობას. წიაღისეული საწვავისგან განსხვავებით, ელექტროენერგია არის ენერგიის დაბალი ენტროპიის ფორმა და შეიძლება გარდაიქმნას მოძრაობის ენერგიად ან სხვა სახის ენერგიად მაღალი ეფექტურობით.

ელექტრონიკა

ელექტრონიკა ეხება ელექტრულ სქემებს, რომლებიც მოიცავს აქტიურ ელექტრულ კომპონენტებს, როგორიცაა ვაკუუმური მილები, ტრანზისტორები, დიოდები და ინტეგრირებული სქემები და მათთან დაკავშირებულ პასიურ და გადართვის ელემენტებს. აქტიური კომპონენტების არაწრფივი ქცევა და მათი ელექტრონების ნაკადის კონტროლის შესაძლებლობა იძლევა სუსტი სიგნალების გაძლიერებას და ელექტრონიკის ფართო გამოყენებას ინფორმაციის დამუშავებაში, ტელეკომუნიკაციებში და სიგნალის დამუშავებაში. ელექტრონული მოწყობილობების უნარი იმოქმედონ როგორც გადამრთველები, ინფორმაციის ციფრული დამუშავების საშუალებას იძლევა. გადართვის ელემენტები, როგორიცაა ბეჭდური მიკროსქემის დაფები, შეფუთვის ტექნოლოგიები და საკომუნიკაციო ინფრასტრუქტურის სხვადასხვა ფორმები ავსებს მიკროსქემის ფუნქციონირებას და აქცევს განსხვავებულ კომპონენტებს ნორმალურ სამუშაო სისტემად.

დღეს ელექტრონული მოწყობილობების უმეტესობა იყენებს ნახევარგამტარ კომპონენტებს ელექტრონული კონტროლის განსახორციელებლად. ნახევარგამტარული მოწყობილობების და მასთან დაკავშირებული ტექნოლოგიების შესწავლა განიხილება, როგორც მყარი მდგომარეობის ფიზიკის ფილიალი, ხოლო ელექტრონული სქემების დაპროექტება და კონსტრუქცია პრაქტიკული ამოცანების გადასაჭრელად, მიეკუთვნება ელექტრონიკის დარგს.

ელექტრომაგნიტური ტალღები

ფარადეისა და ამპერის მუშაობამ აჩვენა, რომ დროში ცვალებადი მაგნიტური ველი წარმოქმნის ელექტრულ ველს, ხოლო დროში ცვალებადი ელექტრული ველი იყო მაგნიტური ველის წყარო. ამრიგად, როდესაც ერთი ველი იცვლება დროთა განმავლობაში, ყოველთვის სხვა ველი იწვევება. ასეთ ფენომენს აქვს ტალღის თვისებები და ბუნებრივად უწოდებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღას. ელექტრომაგნიტური ტალღები თეორიულად გააანალიზა ჯეიმს მაქსველმა 1864 წელს. მაქსველმა შეიმუშავა განტოლებათა ნაკრები, რომლებიც ცალსახად აღწერდნენ ელექტრულ ველს, მაგნიტურ ველს, ელექტრულ მუხტსა და ელექტრული დენის ურთიერთობას. მან ასევე შეძლო დაემტკიცებინა, რომ ასეთი ტალღა აუცილებლად ვრცელდება სინათლის სიჩქარით და, შესაბამისად, თავად სინათლე არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ფორმა. მაქსველის კანონების შემუშავება, რომელიც აერთიანებს სინათლეს, ველებს და მუხტს, ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპია თეორიული ფიზიკის ისტორიაში.

ამგვარად, მრავალი მკვლევარის მუშაობამ შესაძლებელი გახადა ელექტრონიკის გამოყენება სიგნალების მაღალი სიხშირის რხევად დენად გადაქცევისთვის და შესაბამისი ფორმის დირიჟორების საშუალებით ელექტროენერგია საშუალებას აძლევს ამ სიგნალების გადაცემას და მიღებას რადიოტალღების საშუალებით ძალიან დიდ დისტანციებზე.

ელექტროენერგიის წარმოება და გამოყენება

ელექტრული დენის წარმოქმნა და გადაცემა

VI საუკუნეში ძვ.წ ე. ბერძენმა ფილოსოფოსმა თალეს მილეტელმა ექსპერიმენტები ჩაატარა ქარვის ღეროებზე და ეს ექსპერიმენტები იყო პირველი კვლევები ელექტროენერგიის წარმოების სფეროში. მიუხედავად იმისა, რომ ამ მეთოდს, რომელიც ახლა ცნობილია როგორც ტრიბოელექტრული ეფექტი, შეეძლო მხოლოდ მსუბუქი ობიექტების აწევა და ნაპერწკლების წარმოქმნა, ის უკიდურესად არაეფექტური იყო. მეთვრამეტე საუკუნეში ვოლტაური ბოძის გამოგონებით, ელექტროენერგიის სიცოცხლისუნარიანი წყარო გახდა ხელმისაწვდომი. ვოლტაიკური სვეტი და მისი თანამედროვე შთამომავალი, ელექტრო ბატარეა, ინახავს ენერგიას ქიმიურ ფორმაში და გამოყოფს მას ელექტროენერგიის სახით მოთხოვნის შემთხვევაში. ბატარეა არის მრავალმხრივი და ძალიან გავრცელებული ენერგიის წყარო, რომელიც იდეალურია მრავალი აპლიკაციისთვის, მაგრამ მასში შენახული ენერგია სასრულია და როდესაც ის გამოიყენებს, ბატარეა უნდა განადგურდეს ან დატენოთ. დიდი საჭიროებისთვის, ელექტროენერგია უნდა წარმოიქმნას და გადაიცეს მუდმივად გამტარ ელექტროგადამცემი ხაზებით.

ელექტროენერგია ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ელექტრომექანიკური გენერატორებით, რომლებიც ამოძრავებენ ორთქლს წიაღისეული საწვავის წვის ან ბირთვული რეაქციების შედეგად მიღებული სითბოსგან; ან სხვა წყაროებიდან, როგორიცაა კინეტიკური ენერგია, რომელიც მიიღება ქარიდან ან წყლისგან. თანამედროვე ორთქლის ტურბინა, რომელიც შეიქმნა სერ ჩარლზ პარსონსის მიერ 1884 წელს, დღეს აწარმოებს მსოფლიოს ელექტროენერგიის დაახლოებით 80 პროცენტს სითბოს სხვადასხვა წყაროს გამოყენებით. ასეთი ოსცილატორები არ ჰგავს ფარადეის 1831 წლის ერთპოლარული დისკის ოსცილატორს, მაგრამ ისინი მაინც ეყრდნობიან მის ელექტრომაგნიტურ პრინციპს, რომლის მიხედვითაც დირიჟორი, ცვალებად მაგნიტურ ველთან შეერთებით, იწვევს პოტენციურ განსხვავებას მის ბოლოებში. მე-19 საუკუნის ბოლოს ტრანსფორმატორის გამოგონებამ ნიშნავდა, რომ ელექტრული ენერგიის უფრო ეფექტურად გადაცემა უფრო მაღალი ძაბვის, მაგრამ დაბალი დენის დროს შეიძლებოდა. ეფექტური ელექტრული გადაცემა თავის მხრივ ნიშნავს, რომ ელექტროენერგია შეიძლება გამოიმუშაოს ცენტრალიზებულ ელექტროსადგურებში, სარგებლობა მოახდინოს მასშტაბის ეკონომიურობით, და შემდეგ გადაიცეს შედარებით შორ მანძილზე იქ, სადაც საჭიროა.

იმის გამო, რომ ელექტროენერგია არ შეიძლება ადვილად ინახებოდეს იმ რაოდენობით, რომელიც საკმარისია ეროვნული მასშტაბის მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად, ის უნდა იყოს წარმოებული ნებისმიერ დროს იმდენი, რამდენიც ამჟამად საჭიროა. ეს ავალდებულებს კომუნალურ კომპანიებს, გულდასმით იწინასწარმეტყველონ თავიანთი ელექტრული დატვირთვები და მუდმივად კოორდინაცია გაუწიონ ამ მონაცემებს ელექტროსადგურებთან. გარკვეული წარმოების სიმძლავრე ყოველთვის უნდა იყოს რეზერვში, როგორც ელექტრო ქსელის უსაფრთხოების ბადე ელექტროენერგიაზე მოთხოვნის მკვეთრი ზრდის შემთხვევაში.

ელექტროენერგიაზე მოთხოვნა სწრაფი ტემპით იზრდება, რადგან ქვეყანა მოდერნიზდება და ავითარებს ეკონომიკას. შეერთებული შტატები ყოველწლიურად განიცდიდა მოთხოვნის 12 პროცენტიან ზრდას მე-20 საუკუნის პირველი სამი ათწლეულის განმავლობაში. ეს ზრდის ტემპი ამჟამად შეინიშნება განვითარებად ეკონომიკებში, როგორიცაა ინდოეთი ან ჩინეთი. ისტორიულად, ელექტროენერგიაზე მოთხოვნის ზრდის ტემპმა გადააჭარბა სხვა სახის ენერგიაზე მოთხოვნის ზრდის ტემპს.

ელექტროენერგიის გამომუშავებასთან დაკავშირებულმა გარემოსდაცვითმა საკითხებმა განაპირობა გაზრდილი ყურადღება ელექტროენერგიის წარმოებაზე განახლებადი წყაროებიდან, განსაკუთრებით ქარისა და ჰიდროელექტროსადგურებიდან. მიუხედავად იმისა, რომ შეიძლება ველოდოთ მუდმივ დებატებს ელექტროენერგიის გამომუშავების სხვადასხვა საშუალებების გარემოზე ზემოქმედების შესახებ, მისი საბოლოო ფორმა შედარებით სუფთაა.

ელექტროენერგიის გამოყენების გზები

ელექტროენერგიის გადაცემა ენერგიის გადაცემის ძალიან მოსახერხებელი გზაა და ის ადაპტირებულია უზარმაზარ და მზარდ აპლიკაციებთან. 1870-იან წლებში პრაქტიკული ინკანდესენტური ნათურის გამოგონებამ განათება გამოიწვია ელექტროენერგიის ერთ-ერთი პირველი მასობრივად ხელმისაწვდომი გამოყენებად. მიუხედავად იმისა, რომ ელექტრიფიკაციას თან ახლდა საკუთარი რისკები, ღია ცეცხლის გაზის განათების შეცვლამ მნიშვნელოვნად შეამცირა ხანძრის საშიშროება სახლებსა და ქარხნებში. ბევრ ქალაქში დაარსდა კომუნალური სამსახურები ელექტრო განათების მზარდი ბაზრისთვის.

ჯოულის გამათბობელი რეზისტენტული ეფექტი გამოიყენება ინკანდესენტური ნათურების ძაფებში და ასევე უფრო პირდაპირ გამოიყენება ელექტრო გათბობის სისტემებში. მიუხედავად იმისა, რომ გათბობის ეს მეთოდი მრავალმხრივი და კონტროლირებადია, ის შეიძლება ჩაითვალოს ფუჭად, რადგან ელექტროენერგიის წარმოების მეთოდების უმეტესობა უკვე მოითხოვს თერმული ენერგიის წარმოებას ელექტროსადგურში. რიგმა ქვეყნებმა, როგორიცაა დანიამ, გამოსცეს კანონები, რომლებიც ზღუდავს ან კრძალავს რეზისტენტული ელექტრო გათბობის გამოყენებას ახალ შენობებში. თუმცა, ელექტროენერგია კვლავ ძალზედ პრაქტიკული ენერგიის წყაროა გათბობისა და გაგრილებისთვის, კონდიციონერები ან სითბოს ტუმბოები წარმოადგენენ მზარდი მოთხოვნილების სექტორს გათბობისა და გაგრილების ელექტროენერგიაზე, რომლის შედეგების გათვალისწინებაც სულ უფრო მეტად არის საჭირო კომუნალური კომპანიებისთვის.

ელექტროენერგია გამოიყენება ტელეკომუნიკაციებში და სინამდვილეში ელექტრო ტელეგრაფი, რომელიც კომერციულად აჩვენეს 1837 წელს კუკმა და უიტსტონმა, იყო ერთ-ერთი პირველი ელექტრო სატელეკომუნიკაციო პროგრამა. 1860-იან წლებში პირველი ინტერკონტინენტური, შემდეგ კი ტრანსატლანტიკური ტელეგრაფის სისტემების აგებით, ელექტროენერგიამ შესაძლებელი გახადა კომუნიკაცია რამდენიმე წუთში მთელ მსოფლიოში. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი და სატელიტური კომუნიკაციები დაიკავეს საკომუნიკაციო ბაზრის ნაწილი, მაგრამ მოსალოდნელია, რომ ელექტროენერგია დარჩება ამ პროცესის მნიშვნელოვანი ნაწილი.

ელექტრომაგნიტიზმის ეფექტის ყველაზე აშკარა გამოყენება ხდება ელექტროძრავაში, რომელიც არის სუფთა და ეფექტური მამოძრავებელი საშუალება. სტაციონარული ძრავა, როგორიცაა ჯალამბარი, ადვილად მიეწოდება ენერგიას, მაგრამ მობილური აპლიკაციის ძრავას, როგორიცაა ელექტრო მანქანა, ან სჭირდება ელექტრომომარაგების გადატანა, როგორიცაა ბატარეები, ან შეაგროვოს დენი მოცურების კონტაქტით, რომელიც ცნობილია როგორც პანტოგრაფი.

ელექტრონული მოწყობილობები იყენებენ ტრანზისტორს, ალბათ მე-20 საუკუნის ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან გამოგონებას, რომელიც წარმოადგენს ყველა თანამედროვე სქემის ფუნდამენტურ სამშენებლო ბლოკს. თანამედროვე ინტეგრირებული წრე შეიძლება შეიცავდეს რამდენიმე მილიარდ მინიატურულ ტრანზისტორს მხოლოდ რამდენიმე კვადრატული სანტიმეტრის ფართობზე.

ელექტროენერგია ასევე გამოიყენება როგორც საწვავის წყარო საზოგადოებრივი ტრანსპორტისთვის, ელექტრო ავტობუსებისა და მატარებლების ჩათვლით.

ელექტროენერგიის გავლენა ცოცხალ ორგანიზმებზე

ელექტრული დენის გავლენა ადამიანის სხეულზე

ადამიანის სხეულზე გამოყენებული ძაბვა იწვევს ელექტრული დენის გადინებას ქსოვილებში და მიუხედავად იმისა, რომ ეს ურთიერთობა არაწრფივია, რაც მეტი ძაბვა გამოიყენება, მით უფრო მეტ დენს იწვევს იგი. სენსორული ბარიერი იცვლება დენის ნაკადის სიმძლავრის სიხშირისა და მდებარეობის მიხედვით და არის დაახლოებით 0,1 mA-დან 1 mA-მდე მაგისტრალური სიხშირის ელექტროენერგიისთვის, თუმცა გარკვეულ პირობებში ელექტროვიბრაციის ეფექტის სახით შეიძლება გამოვლინდეს ისეთი მცირე დენები, როგორიცაა ერთი მიკროამპერი. თუ დენი საკმარისად დიდია, ამან შეიძლება გამოიწვიოს კუნთების შეკუმშვა, გულის არითმია და ქსოვილის დამწვრობა. რაიმე ხილული მითითების არარსებობა, რომ გამტარი გამართულია, ელექტროენერგიას განსაკუთრებით საშიშს ხდის. ელექტრო შოკით გამოწვეული ტკივილი შეიძლება იყოს ინტენსიური, რაც იწვევს ელექტროენერგიის გამოყენებას, როგორც წამების მეთოდს. ელექტროშოკით განხორციელებულ სიკვდილით დასჯას ელექტროსკამზე აღსრულება (ელექტროშოკი) ეწოდება. ელექტროსაჯდომი ჯერ კიდევ არის სასამართლო დასჯის ფორმა ზოგიერთ ქვეყანაში, თუმცა მისი გამოყენება ბოლო დროს უფრო იშვიათი გახდა.

ელექტრო ფენომენები ბუნებაში

ელექტროენერგია არ არის ადამიანის გამოგონება, ის შეიძლება შეინიშნოს ბუნებაში რამდენიმე ფორმით, რომლის თვალსაჩინო გამოვლინებაა ელვა. მაკროსკოპულ დონეზე ნაცნობი მრავალი ურთიერთქმედება, როგორიცაა შეხება, ხახუნი ან ქიმიური კავშირი, გამოწვეულია ატომურ დონეზე ელექტრულ ველებს შორის ურთიერთქმედებით. ითვლება, რომ დედამიწის მაგნიტური ველი გამოწვეულია პლანეტის ბირთვში მოცირკულირე დენების ბუნებრივი წარმოქმნით. ზოგიერთ კრისტალს, როგორიცაა კვარცი ან თუნდაც შაქარი, შეუძლია შექმნას პოტენციური განსხვავება მათ ზედაპირებზე, როდესაც ექვემდებარება გარე წნევას. ეს ფენომენი, რომელიც ცნობილია როგორც პიეზოელექტროენერგია, ბერძნულიდან piezein (πιέζειν), რაც ნიშნავს "დაჭერას", აღმოაჩინეს 1880 წელს პიერ და ჟაკ კიურის მიერ. ეს ეფექტი შექცევადია და როდესაც პიეზოელექტრული მასალა ექვემდებარება ელექტრულ ველს, ხდება მისი ფიზიკური ზომების უმნიშვნელო ცვლილება.

ზოგიერთ ორგანიზმს, როგორიცაა ზვიგენები, შეუძლია აღმოაჩინოს და რეაგირება მოახდინოს ელექტრული ველების ცვლილებებზე, ეს უნარი ცნობილია როგორც ელექტრომიღება. ამავდროულად, სხვა ორგანიზმებს, რომლებსაც ელექტროგენურს უწოდებენ, შეუძლიათ თავად გამოიმუშავონ ძაბვები, რაც მათ თავდაცვით ან მტაცებლურ იარაღად ემსახურება. Hymniformes-ის რიგის თევზებს, რომელთაგან ყველაზე ცნობილი წევრია ელექტრული გველთევზა, შეუძლიათ აღმოაჩინონ ან გაათბონ თავიანთი მტაცებელი მაღალი ძაბვის გამოყენებით, რომელიც წარმოიქმნება მუტაციური კუნთების უჯრედებით, სახელწოდებით ელექტროციტები. ყველა ცხოველი გადასცემს ინფორმაციას უჯრედის მემბრანებში ძაბვის იმპულსებით, რომელსაც ეწოდება მოქმედების პოტენციალი, რომლის ფუნქციაა ნერვული სისტემის უზრუნველყოფა ნეირონებსა და კუნთებს შორის კავშირით. ელექტრო შოკი ასტიმულირებს ამ სისტემას და იწვევს კუნთების შეკუმშვას. სამოქმედო პოტენციალი ასევე პასუხისმგებელია გარკვეული ქარხნების საქმიანობის კოორდინაციაზე.

1850 წელს უილიამ გლადსტონმა ჰკითხა მეცნიერ მაიკლ ფარადეის, თუ რა მნიშვნელობა აქვს ელექტროენერგიას. ფარადეიმ უპასუხა: „ერთ დღეს, ბატონო, თქვენ შეძლებთ მას გადასახადის დაბეგვრას“.

მე-19 და მე-20 საუკუნის დასაწყისში ელექტროენერგია არ იყო ბევრი ადამიანის ყოველდღიური ცხოვრების ნაწილი, თუნდაც ინდუსტრიულ დასავლურ სამყაროში. შესაბამისად, იმდროინდელი პოპულარული კულტურა მას ხშირად ასახავდა, როგორც იდუმალ, კვაზი-ჯადოსნურ ძალას, რომელსაც შეეძლო ცოცხლების მოკვლა, მკვდრების გაცოცხლება ან ბუნების კანონების სხვაგვარად შეცვლა. ამ შეხედულებამ გაბატონება დაიწყო 1771 წელს გალვანის ექსპერიმენტებით, რომლებშიც აჩვენეს, რომ მკვდარი ბაყაყების ფეხები იკეცებოდა ცხოველთა ელექტროენერგიის გამოყენებისას. როგორც ჩანს, გარდაცვლილი ან დამხრჩვალი ადამიანების "აღორძინება" ან რეანიმაცია გალვანის ნაშრომიდან მალევე დაფიქსირდა სამედიცინო ლიტერატურაში. ეს მოხსენებები ცნობილი გახდა მერი შელისთვის, როდესაც მან დაიწყო ფრანკენშტეინის დაწერა (1819), თუმცა ის არ მიუთითებს ურჩხულის გაცოცხლების ასეთ მეთოდზე. ელექტროენერგიით მონსტრების გაცოცხლება მოგვიანებით საშინელებათა ფილმებში მწვავე თემა გახდა.

რაც უფრო ღრმავდებოდა ელექტროენერგიის საზოგადოების გაცნობა, როგორც მეორე ინდუსტრიული რევოლუციის სასიცოცხლო სისხლძარღვი, მისი მფლობელები უფრო ხშირად აჩვენებდნენ პოზიტიურ შუქს, როგორიცაა ელექტრიკოსები, რომლებზეც ნათქვამია, რომ "სიკვდილი ხელთათმანებით აცივდება თითების ქსოვის მავთულხლართებით" რადიადის ლექსში. კიპლინგი 1907 წელი "მართას შვილები". ჟიულ ვერნისა და ტომ სვიფტის სათავგადასავლო ისტორიებში გამორჩეული იყო ელექტრომოძრავი მანქანების მრავალფეროვნება. ელექტროენერგიის პროფესიონალები, გამოგონილი თუ რეალური - მათ შორის ისეთი მეცნიერები, როგორებიც არიან თომას ედისონი, ჩარლზ სტეინმეცი ან ნიკოლა ტესლა - ფართოდ აღიქმებოდნენ, როგორც მაგიური ძალის მქონე ჯადოქრები.

იმის გამო, რომ ელექტროენერგია აღარ იყო სიახლე და გახდა აუცილებლობა ყოველდღიურ ცხოვრებაში მე-20 საუკუნის მეორე ნახევრიდან, მას განსაკუთრებული ყურადღება მიექცა პოპულარული კულტურისგან მხოლოდ მაშინ, როდესაც შეწყვიტა დინება, რაც იყო მოვლენა, რომელიც ჩვეულებრივ კატასტროფის ნიშანია. ადამიანები, რომლებიც მხარს უჭერდნენ მის შემოსვლას, როგორიცაა ჯიმი უების უსახელო გმირი Wichita Fixer (1968), სულ უფრო და უფრო წარმოადგენდნენ როგორც გმირულ და ჯადოსნურ პერსონაჟებს.

სანამ ელექტროენერგიასთან დაკავშირებულ სამუშაოს გააგრძელებთ, საჭიროა ამ საკითხში თეორიულად ცოტა „გააზრება“. მარტივად რომ ვთქვათ, ელექტროენერგია ჩვეულებრივ ეხება ელექტრონების მოძრაობას ელექტრომაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ. მთავარია გვესმოდეს, რომ ელექტროენერგია არის ყველაზე პატარა დამუხტული ნაწილაკების ენერგია, რომლებიც მოძრაობენ გამტარების შიგნით გარკვეული მიმართულებით.

D.Cპრაქტიკულად არ იცვლის თავის მიმართულებას და სიდიდეს დროში. ვთქვათ, რომ ჩვეულებრივ ბატარეაში არის პირდაპირი დენი. შემდეგ დამუხტვა მიედინება მინუსიდან პლუსზე, არ შეიცვლება, სანამ არ ამოიწურება.

ალტერნატიული დენი- ეს არის დენი, რომელიც იცვლის მიმართულებას და სიდიდეს გარკვეული პერიოდულობით.

წარმოიდგინეთ დენი, როგორც წყლის ნაკადი, რომელიც მიედინება მილში. გარკვეული პერიოდის შემდეგ (მაგალითად, 5 წმ), წყალი ერთი მიმართულებით, შემდეგ - მეორეში მივარდება. დენით, ეს ხდება ბევრად უფრო სწრაფად - 50 ჯერ წამში (სიხშირე 50 ჰც). რხევის ერთი პერიოდის განმავლობაში დენი იზრდება მაქსიმუმამდე, შემდეგ გადის ნულზე და შემდეგ ხდება საპირისპირო პროცესი, მაგრამ განსხვავებული ნიშნით. კითხვაზე, თუ რატომ ხდება ეს და რატომ არის საჭირო ასეთი დენი, შეიძლება ვუპასუხოთ, რომ ალტერნატიული დენის მიღება და გადაცემა ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე პირდაპირი დენი.

ალტერნატიული დენის მიღება და გადაცემა მჭიდრო კავშირშია ისეთ მოწყობილობასთან, როგორიცაა ტრანსფორმატორი. გენერატორი, რომელიც გამოიმუშავებს ალტერნატიულ დენს, დიზაინით ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე პირდაპირი დენის გენერატორი. გარდა ამისა, ალტერნატიული დენი საუკეთესოდ შეეფერება ელექტროენერგიის გადაცემას დიდ დისტანციებზე. მასთან ერთად ნაკლები ენერგია იხარჯება.

ტრანსფორმატორის დახმარებით (სპეციალური მოწყობილობა ხვეულების სახით) ალტერნატიული დენი გარდაიქმნება დაბალი ძაბვიდან მაღალ ძაბვაში და პირიქით, როგორც ეს ნაჩვენებია ილუსტრაციაში. ამ მიზეზით, მოწყობილობების უმეტესობა მუშაობს ქსელში, რომელშიც დენი ალტერნატიულია. თუმცა, პირდაპირი დენი ასევე საკმაოდ ფართოდ გამოიყენება - ყველა ტიპის ბატარეებში, ქიმიურ მრეწველობაში და ზოგიერთ სხვა სფეროში.

ბევრს გაუგია ისეთი იდუმალი სიტყვები, როგორიცაა ერთი ფაზა, სამი ფაზა, ნული, მიწა ან დედამიწა და მათ იციან, რომ ეს მნიშვნელოვანი ცნებებია ელექტროენერგიის სამყაროში. თუმცა, ყველას არ ესმის, რას გულისხმობენ და რა კავშირი აქვთ გარემომცველ რეალობასთან. თუმცა, ამის ცოდნა აუცილებელია. ტექნიკური დეტალების შესწავლის გარეშე, რაც სახლის ოსტატს არ სჭირდება, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სამფაზიანი ქსელი არის ელექტრული დენის გადაცემის მეთოდი, როდესაც ალტერნატიული დენი მიედინება სამ მავთულში და ბრუნდება ერთდროულად. ზემოაღნიშნულს გარკვეული განმარტება სჭირდება. ნებისმიერი ელექტრული წრე შედგება ორი მავთულისგან. დენი სათითაოდ მიდის მომხმარებელთან (მაგალითად, ქვაბში), მეორეთი კი უკან ბრუნდება. თუ ასეთი წრე გაიხსნა, მაშინ დენი არ შემოვა. ეს არის ერთფაზიანი მიკროსქემის მთელი აღწერა.

მავთულს, რომლითაც დენი მიედინება, ეწოდება ფაზა, ან უბრალოდ ფაზა და რომლის მეშვეობითაც ის ბრუნდება - ნული, ან ნული. სამფაზიანი წრე შედგება სამი ფაზის მავთულისა და ერთი დაბრუნებისგან. ეს შესაძლებელია, რადგან ალტერნატიული დენის ფაზა სამივე მავთულში გადადის მეზობელთან მიმართებაში 120 ° C-ით. ელექტრომექანიკის სახელმძღვანელო დაგეხმარებათ ამ კითხვაზე უფრო დეტალურად პასუხის გაცემაში. ალტერნატიული დენის გადაცემა ხდება ზუსტად სამფაზიანი ქსელების დახმარებით. ეს ეკონომიკურად მომგებიანია - კიდევ ორი ნეიტრალური მავთული არ არის საჭირო.

მომხმარებელთან მიახლოებისას დენი დაყოფილია სამ ფაზად და თითოეულ მათგანს ეძლევა ნული. ასე ხვდება ბინებსა და სახლებში. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგჯერ სამფაზიანი ქსელი პირდაპირ სახლში შემოდის. როგორც წესი, საუბარია კერძო სექტორზე და ამ მდგომარეობას აქვს თავისი დადებითი და უარყოფითი მხარეები. ეს მოგვიანებით იქნება განხილული. დედამიწა, ან, უფრო სწორად, დამიწება, არის მესამე მავთული ერთფაზიან ქსელში. არსებითად, ის არ ატარებს დატვირთვას, მაგრამ ემსახურება როგორც ერთგვარი დაუკრავენ. ეს შეიძლება აიხსნას მაგალითით. ელექტროენერგიის კონტროლიდან გამოსვლის შემთხვევაში (მაგალითად, მოკლე ჩართვა), არსებობს ხანძრის ან ელექტროშოკის რისკი. ამის თავიდან ასაცილებლად (ანუ, მიმდინარე მნიშვნელობა არ უნდა აღემატებოდეს იმ დონეს, რომელიც უსაფრთხოა ადამიანებისთვის და მოწყობილობებისთვის), შემოღებულია დამიწება. ამ მავთულის მეშვეობით ჭარბი ელექტროენერგია ფაქტიურად მიდის მიწაში.

კიდევ ერთი მაგალითი. ვთქვათ, მცირე ავარია მოხდა სარეცხი მანქანის ელექტროძრავის მუშაობაში და ელექტრული დენის ნაწილი ეცემა მოწყობილობის გარე ლითონის გარსზე. თუ მიწა არ არის, ეს მუხტი სარეცხი მანქანის ირგვლივ ტრიალებს. როდესაც ადამიანი მას შეეხება, ის მყისიერად გახდება ამ ენერგიის ყველაზე მოსახერხებელი გამოსასვლელი, ანუ მიიღებს ელექტრო დარტყმას. თუ ამ სიტუაციაში არის დამიწების მავთული, ჭარბი მუხტი გაივლის მასში არავის ზიანის მიყენების გარეშე. გარდა ამისა, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ნეიტრალური გამტარი ასევე შეიძლება იყოს დამიწებული და, პრინციპში, არის, მაგრამ მხოლოდ ელექტროსადგურზე. სიტუაცია, როდესაც სახლში არ არის დამიწება, სახიფათოა. როგორ გავუმკლავდეთ მას სახლის ყველა გაყვანილობის შეცვლის გარეშე, მოგვიანებით იქნება აღწერილი.

ყურადღება!

ზოგიერთი ხელოსანი, ეყრდნობა ელექტროტექნიკის საბაზისო ცოდნას, აყენებს ნეიტრალურ მავთულს, როგორც მიწის მავთულს. არასოდეს გააკეთო ეს. ნეიტრალური მავთულის გაწყვეტის შემთხვევაში, დამიწებული მოწყობილობების კორპუსები ენერგიით დაინერგება 220 ვ.

დაამატეთ საიტი სანიშნეებში

რა უნდა იცოდნენ დამწყებთათვის ელექტროენერგიის შესახებ?

ჩვენ ხშირად მივმართავთ მკითხველებს, რომლებსაც ადრე არ შეხვედრიათ მუშაობა ელექტროენერგიაზე, მაგრამ სურთ ამის გაგება. ამ კატეგორიისთვის შექმნილია სათაური "ელექტროენერგია დამწყებთათვის".

სურათი 1. ელექტრონების მოძრაობა გამტარში.

სანამ ელექტროენერგიასთან დაკავშირებულ სამუშაოს გააგრძელებთ, საჭიროა ამ საკითხში თეორიულად ცოტა „გააზრება“.

ტერმინი "ელექტროენერგია" გულისხმობს ელექტრონების მოძრაობას ელექტრომაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ.

მთავარია გავიგოთ, რომ ელექტროენერგია არის ყველაზე პატარა დამუხტული ნაწილაკების ენერგია, რომლებიც მოძრაობენ გამტარების შიგნით გარკვეული მიმართულებით (ნახ. 1).

პირდაპირი დენი პრაქტიკულად არ ცვლის თავის მიმართულებას და სიდიდეს დროთა განმავლობაში.ვთქვათ, რომ ჩვეულებრივ ბატარეაში არის პირდაპირი დენი. შემდეგ დამუხტვა მიედინება მინუსიდან პლუსზე, არ შეიცვლება, სანამ არ ამოიწურება.

ალტერნატიული დენი არის დენი, რომელიც ცვლის მიმართულებას და სიდიდეს გარკვეული პერიოდულობით. წარმოიდგინეთ დენი, როგორც წყლის ნაკადი, რომელიც მიედინება მილში. გარკვეული პერიოდის შემდეგ (მაგალითად, 5 წმ), წყალი ერთი მიმართულებით, შემდეგ - მეორეში მივარდება.

სურათი 2. ტრანსფორმატორის მოწყობილობის დიაგრამა.

დენით, ეს ხდება ბევრად უფრო სწრაფად, 50 ჯერ წამში (სიხშირე 50 ჰც). რხევის ერთი პერიოდის განმავლობაში დენი იზრდება მაქსიმუმამდე, შემდეგ გადის ნულზე და შემდეგ ხდება საპირისპირო პროცესი, მაგრამ განსხვავებული ნიშნით. კითხვაზე, თუ რატომ ხდება ეს და რატომ არის საჭირო ასეთი დენი, შეიძლება ვუპასუხოთ, რომ ალტერნატიული დენის მიღება და გადაცემა ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე პირდაპირი დენი. ალტერნატიული დენის მიღება და გადაცემა მჭიდრო კავშირშია ისეთ მოწყობილობასთან, როგორიცაა ტრანსფორმატორი (ნახ. 2).

გენერატორი, რომელიც გამოიმუშავებს ალტერნატიულ დენს, დიზაინით ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე პირდაპირი დენის გენერატორი. გარდა ამისა, ალტერნატიული დენი საუკეთესოდ შეეფერება ელექტროენერგიის გადაცემას დიდ დისტანციებზე. მასთან ერთად ნაკლები ენერგია იხარჯება.

ამ მიზეზით, მოწყობილობების უმეტესობა მუშაობს ქსელში, რომელშიც დენი ალტერნატიულია. თუმცა, პირდაპირი დენი ასევე გამოიყენება საკმაოდ ფართოდ: ყველა ტიპის ბატარეებში, ქიმიურ მრეწველობაში და ზოგიერთ სხვა სფეროში.

სურათი 3. AC გადაცემის დიაგრამა.

ტექნიკური დეტალების შესწავლის გარეშე, რაც სახლის ოსტატს არ სჭირდება, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სამფაზიანი ქსელი არის ელექტრული დენის გადაცემის მეთოდი, როდესაც ალტერნატიული დენი მიედინება სამ მავთულში და ბრუნდება ერთდროულად. ზემოაღნიშნულს გარკვეული განმარტება სჭირდება. ნებისმიერი ელექტრული წრე შედგება ორი მავთულისგან. დენი სათითაოდ მიდის მომხმარებელთან (მაგალითად, ქვაბში), მეორეთი კი უკან ბრუნდება. თუ ასეთი წრე გაიხსნა, მაშინ დენი არ შემოვა. ეს არის ერთფაზიანი წრედის მთელი აღწერა (ნახ. 4 A).

მავთულს, რომლითაც დენი მიედინება, ეწოდება ფაზა, ან უბრალოდ ფაზა და რომლის მეშვეობითაც ის ბრუნდება - ნული, ან ნული. სამფაზიანი წრე შედგება სამი ფაზის მავთულისა და ერთი დაბრუნებისგან. ეს შესაძლებელია იმის გამო, რომ ალტერნატიული დენის ფაზა სამივე მავთულში გადაინაცვლებს მეზობელთან მიმართებაში 120 °-ით (ნახ. 4 B). ელექტრომექანიკის სახელმძღვანელო დაგეხმარებათ ამ კითხვაზე უფრო დეტალურად პასუხის გაცემაში.

ნახაზი 4. ელექტრული სქემების სქემა.

ალტერნატიული დენის გადაცემა ხდება ზუსტად სამფაზიანი ქსელების დახმარებით. ეს ეკონომიკურად მომგებიანია: კიდევ ორი ნეიტრალური მავთული არ არის საჭირო. მომხმარებელთან მიახლოებისას დენი დაყოფილია სამ ფაზად და თითოეულ მათგანს ეძლევა ნული. ასე ხვდება ბინებსა და სახლებში. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგჯერ სამფაზიანი ქსელი პირდაპირ სახლში შემოდის. როგორც წესი, საუბარია კერძო სექტორზე და ამ მდგომარეობას აქვს თავისი დადებითი და უარყოფითი მხარეები.

დედამიწა, ან, უფრო სწორად, დამიწება, არის მესამე მავთული ერთფაზიან ქსელში. არსებითად, ის არ ატარებს დატვირთვას, მაგრამ ემსახურება როგორც ერთგვარი დაუკრავენ.

მაგალითად, როდესაც ელექტროენერგია კონტროლიდან გამოდის (მაგალითად, მოკლე ჩართვა), არსებობს ხანძრის ან ელექტროშოკის რისკი. ამის თავიდან ასაცილებლად (ანუ, მიმდინარე მნიშვნელობა არ უნდა აღემატებოდეს იმ დონეს, რომელიც უსაფრთხოა ადამიანებისთვის და მოწყობილობებისთვის), შემოღებულია დამიწება. ამ მავთულის მეშვეობით ჭარბი ელექტროენერგია ფაქტიურად მიდის მიწაში (სურ. 5).

სურათი 5. უმარტივესი დამიწების სქემა.

კიდევ ერთი მაგალითი. ვთქვათ, მცირე ავარია მოხდა სარეცხი მანქანის ელექტროძრავის მუშაობაში და ელექტრული დენის ნაწილი ეცემა მოწყობილობის გარე ლითონის გარსზე.

თუ მიწა არ არის, ეს მუხტი სარეცხი მანქანის ირგვლივ ტრიალებს. როდესაც ადამიანი მას შეეხება, ის მყისიერად გახდება ამ ენერგიის ყველაზე მოსახერხებელი გამოსასვლელი, ანუ მიიღებს ელექტრო დარტყმას.

თუ ამ სიტუაციაში არის დამიწების მავთული, ჭარბი მუხტი გაივლის მასში არავის ზიანის მიყენების გარეშე. გარდა ამისა, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ნეიტრალური გამტარი ასევე შეიძლება იყოს დამიწებული და, პრინციპში, არის, მაგრამ მხოლოდ ელექტროსადგურზე.

სიტუაცია, როდესაც სახლში არ არის დამიწება, სახიფათოა. როგორ გავუმკლავდეთ მას სახლის ყველა გაყვანილობის შეცვლის გარეშე, მოგვიანებით იქნება აღწერილი.

ყურადღება!

ზოგიერთი ხელოსანი, ეყრდნობა ელექტროტექნიკის საბაზისო ცოდნას, აყენებს ნეიტრალურ მავთულს, როგორც მიწის მავთულს. არასოდეს გააკეთო ეს.

ნეიტრალური მავთულის გაწყვეტის შემთხვევაში, დამიწებული მოწყობილობების კორპუსები ენერგიით დაინერგება 220 ვ.

ელექტროენერგია ხალხისთვის ცნობილი იყო უძველესი დროიდან. მართალია, ხალხმა ელექტროენერგიის პრაქტიკულად გაზომვა მხოლოდ მე-19 საუკუნის დასაწყისში ისწავლა. შემდეგ კიდევ 70 წელი გავიდა იმ მომენტამდე, როდესაც 1872 წელს რუსმა მეცნიერმა A.N. Lodygin-მა გამოიგონა მსოფლიოში პირველი ინკანდესენტური ელექტრო ნათურა. მაგრამ ხალხს ჰქონდა ცოდნა ისეთი ფენომენის შესახებ, როგორიცაა ელექტროენერგია მრავალი ათასი წლის წინ. ყოველივე ამის შემდეგ, უძველესმა ადამიანმაც კი შენიშნა ქარვისფერი მატყლის საოცარი თვისება ძაფების, მტვრის და სხვა წვრილმანი საგნების მოსაზიდად. მოგვიანებით, ეს თვისება სხვა ნივთიერებებზეც შენიშნეს, როგორიცაა გოგირდი, დალუქვის ცვილი და მინა. და იმის გამო, რომ "ქარვა" ბერძნულად ჟღერდა როგორც "ელექტრონს", ამ თვისებებს ელექტრონი ეწოდა.

ხოლო ელექტროენერგიის გაჩენის მიზეზი არის ის, რომ ხახუნის დროს მუხტი იყოფა დადებით და უარყოფით მუხტებად. შესაბამისად, ერთი და იგივე ნიშნით მუხტები ერთმანეთს იგერიებენ, სხვადასხვა ნიშნის მუხტები კი იზიდავს ერთმანეთს. ლითონის მავთულის გასწვრივ გადაადგილება, რომელიც არის გამტარი, ეს მუხტები ქმნის ელექტროენერგიას.
ელექტროენერგიის გარეშე ჩვენს დროში უბრალოდ შეუძლებელია წარმოიდგინო ნორმალური ცივილიზებული ცხოვრება. ის ანათებს, ათბობს, გვაძლევს შესაძლებლობას ვისაუბროთ ერთმანეთისგან დიდ მანძილზე და ა.შ. ელექტრული დენი ამოძრავებს მრავალფეროვან ერთეულს და მოწყობილობას - პატარა მაღვიძარადან უზარმაზარ მოძრავ წისქვილამდე. ასე რომ, თუ წარმოიდგენთ, რომ ერთ დღეს ელექტროენერგია შეიძლება ერთდროულად გაქრეს მთელ პლანეტაზე, ადამიანის სიცოცხლე მკვეთრად შეიცვლის მიმართულებას. ელექტრო დენის გარეშე აღარ შეგვიძლია, რადგან ის კვებავს და ამუშავებს ადამიანის მიერ გამოგონილ თითქმის ყველა მექანიზმსა და მოწყობილობას. და თუ ირგვლივ მიიხედავთ, ხედავთ, რომ ნებისმიერ ბინაში, ერთ-ერთი სოკეტი მაინც იქნება ჩართული შტეფსელში, საიდანაც მავთული მიდის მაგნიტოფონზე, ტელევიზორზე, მიკროტალღურ ღუმელში ან სხვა მოწყობილობებზე, რომლებსაც ყოველდღიურად ვიყენებთ სახლში. ან სამსახურში.
დღეს ვერც ერთი ცივილიზებული ქვეყანა ვერ იცხოვრებს ელექტროენერგიის გარეშე. როგორ იწარმოება ასეთი უზარმაზარი ელექტროენერგია, რომელსაც შეუძლია დააკმაყოფილოს დედამიწაზე მცხოვრები მილიარდობით ადამიანის მოთხოვნილებები?
ამ მიზნით შეიქმნა ელექტროსადგურები. მათზე გენერატორების დახმარებით გამოიმუშავებს ელექტროენერგია, რომელიც შემდეგ გადადის დიდ მანძილზე ელექტროგადამცემი ხაზებით. ელექტროსადგურები სხვადასხვა ტიპისაა. ზოგი იყენებს წყლის ენერგიას ელექტროენერგიის გამოსამუშავებლად, მათ ჰიდროელექტროსადგურებს უწოდებენ. სხვები ენერგიას იღებენ საწვავის (გაზი, დიზელი ან ქვანახშირი) წვის შედეგად. ეს არის თბოელექტროსადგურები, რომლებიც აწარმოებენ არა მხოლოდ ელექტრო დენს, არამედ შეუძლიათ ერთდროულად გაათბონ წყალი, რომელიც შემდეგ შედის გათბობის მილებში, რომლებიც ათბობენ სახლების ან ქარხნების შენობებს. და არის ატომური ელექტროსადგურები, ქარი, მოქცევა, მზის და მრავალი სხვა.
ჰიდროელექტროსადგურში (ჰეს) წყლის ნაკადი აქცევს გენერატორის ტურბინებს, რომელიც გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას. თბოელექტროსადგურებში ეს მოვალეობა ენიჭება წყლის ორთქლს, რომელიც წარმოიქმნება საწვავის წვის შედეგად წყლის გაცხელების შედეგად. წყლის ორთქლი ძალიან მაღალი წნევის ქვეშ იფეთქება გენერატორის ტურბინებში, სადაც არის მრავალი მბრუნავი ნაწილი, რომელიც აღჭურვილია სპეციალური ფურცლებით, რომლებიც მოგვაგონებს თვითმფრინავის პროპელერებს. ორთქლი, ფურცლების გავლით, ბრუნავს გენერატორის სამუშაო ერთეულებს, რის გამოც წარმოიქმნება ელექტრული დენი.
ანალოგიური პრინციპი გამოიყენება ატომურ ელექტროსადგურში (NPP), მხოლოდ იქ რადიოაქტიური მასალები - ურანი და პლუტონიუმი - ემსახურება როგორც საწვავს. ურანისა და პლუტონიუმის განსაკუთრებული თვისებების გამო გამოყოფენ ძალიან დიდი რაოდენობით სითბოს, რომელიც გამოიყენება წყლის გასათბობად და ორთქლის წარმოებისთვის. შემდეგ გახურებული ორთქლი შედის ტურბინაში და წარმოიქმნება ელექტრო დენი. საინტერესოა, რომ ნახშირის მთლიან მანქანას მხოლოდ ათი გრამი ასეთი საწვავი ცვლის.

ძირითადად, ელექტროსადგურები თავისთავად არ მუშაობენ. ისინი ერთმანეთთან დაკავშირებულია ელექტროგადამცემი ხაზებით. მათი დახმარებით ელექტროენერგია მიმართულია იქ, სადაც ყველაზე მეტად საჭიროა. ელექტროგადამცემი ხაზები გადაჭიმულია ჩვენს უზარმაზარ ქვეყანაში, ასე რომ, დენი, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ სახლში, შეიძლება წარმოიქმნას ძალიან შორს, ასობით კილომეტრში ჩვენი ბინიდან. მაგრამ სადაც არ უნდა იყოს ელექტროსადგური, ელექტროგადამცემი ხაზების წყალობით, თითოეულ ადამიანს შეეძლება ჩართოს შტეფსელი და ჩართოს მისთვის საჭირო ნებისმიერი მოწყობილობა ან მოწყობილობა.

ეს არის გარკვეული დამუხტული ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობა. ელექტროენერგიის სრული პოტენციალის კომპეტენტურად გამოსაყენებლად, აუცილებელია ნათლად გვესმოდეს მოწყობილობის ყველა პრინციპი და ელექტრული დენის ფუნქციონირება. ასე რომ, მოდით გაერკვნენ, რა არის სამუშაო და მიმდინარე სიმძლავრე.

საიდან მოდის ელექტრული დენი?

მიუხედავად კითხვის აშკარა სიმარტივისა, ცოტას შეუძლია მასზე გასაგები პასუხის გაცემა. რა თქმა უნდა, დღესდღეობით, როდესაც ტექნოლოგია წარმოუდგენელი სიჩქარით ვითარდება, ადამიანი განსაკუთრებით არ ფიქრობს ისეთ ელემენტარულ საკითხებზე, როგორიცაა ელექტრული დენის მუშაობის პრინციპი. საიდან მოდის ელექტროენერგია? რა თქმა უნდა, ბევრი უპასუხებს "კარგი, ბუდედან, რა თქმა უნდა" ან უბრალოდ იჩეჩავს მხრებს. იმავდროულად, ძალიან მნიშვნელოვანია იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს მიმდინარე. ეს უნდა იცოდნენ არა მხოლოდ მეცნიერებმა, არამედ იმ ადამიანებმაც, რომლებიც არანაირად არ არიან დაკავშირებული მეცნიერებათა სამყაროსთან, მათი ზოგადი მრავალმხრივი განვითარებისთვის. მაგრამ მიმდინარე ოპერაციის პრინციპის სწორად გამოყენება ყველასთვის არ არის.

ასე რომ, ჯერ უნდა გესმოდეთ, რომ ელექტროენერგია არსაიდან არ წარმოიქმნება: მას აწარმოებენ სპეციალური გენერატორები, რომლებიც განლაგებულია სხვადასხვა ელექტროსადგურებში. ტურბინების პირების ბრუნვის მუშაობის წყალობით, ნახშირით ან ზეთით წყლის გაცხელების შედეგად მიღებული ორთქლი წარმოქმნის ენერგიას, რომელიც შემდგომში გარდაიქმნება ელექტროენერგიად გენერატორის დახმარებით. გენერატორი ძალიან მარტივია: მოწყობილობის ცენტრში არის უზარმაზარი და ძალიან ძლიერი მაგნიტი, რომელიც იწვევს ელექტრული მუხტების მოძრაობას სპილენძის მავთულების გასწვრივ.

როგორ აღწევს ელექტროენერგია ჩვენს სახლებში?

ენერგიის (თერმული ან ბირთვული) დახმარებით გარკვეული რაოდენობის ელექტრული დენის მიღების შემდეგ, ის შეიძლება მიეწოდოს ადამიანებს. ელექტროენერგიის ასეთი მიწოდება მუშაობს შემდეგნაირად: იმისათვის, რომ ელექტროენერგია წარმატებით მიაღწიოს ყველა ბინას და საწარმოს, ის უნდა იყოს „გადასხმული“. და ამისათვის თქვენ უნდა გაზარდოთ ძალა, რომელიც ამას გააკეთებს. მას უწოდებენ ელექტრული დენის ძაბვას. მოქმედების პრინციპი ასეთია: დენი გადის ტრანსფორმატორში, რაც ზრდის მის ძაბვას. გარდა ამისა, ელექტრული დენი მიედინება მიწისქვეშ ან სიმაღლეზე დამონტაჟებულ კაბელებში (რადგან ძაბვა ზოგჯერ აღწევს 10000 ვოლტს, რაც სასიკვდილოა ადამიანისთვის). როდესაც დენი მიაღწევს დანიშნულებას, მან კვლავ უნდა გაიაროს ტრანსფორმატორი, რომელიც ახლა შეამცირებს მის ძაბვას. შემდეგ ის მავთულხლართებით გადის მრავალბინიან შენობებში ან სხვა შენობებში დამონტაჟებულ ფარებში.

სადენებით გადატანილი ელექტროენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას სოკეტების სისტემის წყალობით, მათთან საყოფაცხოვრებო ტექნიკის დამაკავშირებელი. კედლებში ატარებენ დამატებით სადენებს, რომლებითაც ელექტრო დენი გადის და ამის წყალობით მუშაობს განათება და სახლის ყველა ტექნიკა.

რა არის მიმდინარე სამუშაო?

ენერგია, რომელსაც ელექტრული დენი თავისთავად ატარებს, დროთა განმავლობაში გარდაიქმნება სინათლედ ან სითბოდ. მაგალითად, როცა ნათურას ვანთებთ, ენერგიის ელექტრული ფორმა გარდაიქმნება სინათლედ.

ხელმისაწვდომ ენაზე საუბრისას, დენის მუშაობა არის მოქმედება, რომელსაც თავად ელექტროენერგია აწარმოებს. უფრო მეტიც, ის ძალიან მარტივად შეიძლება გამოითვალოს ფორმულით. ენერგიის შენარჩუნების კანონის საფუძველზე შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ელექტროენერგია არ გამქრალა, ის მთლიანად ან ნაწილობრივ გადაიქცა სხვა ფორმაში, ხოლო გარკვეული რაოდენობის სითბოს გამოყოფს. ეს სითბო არის დენის მუშაობა, როდესაც ის გადის გამტარში და ათბობს მას (თბოგაცვლა ხდება). ასე გამოიყურება Joule-Lenz-ის ფორმულა: A \u003d Q \u003d U * I * t (მუშაობა უდრის სითბოს რაოდენობას ან მიმდინარე სიმძლავრის ნამრავლს და დროს, რომლის დროსაც იგი გადიოდა გამტარში).

რას ნიშნავს პირდაპირი დენი?

ელექტრული დენი ორი ტიპისაა: ალტერნატიული და პირდაპირი. ისინი განსხვავდებიან იმით, რომ ეს უკანასკნელი მიმართულებას არ იცვლის, აქვს ორი დამჭერი (დადებითი „+“ და უარყოფითი „-“) და მოძრაობას ყოველთვის „+“-დან იწყებს. და ალტერნატიულ დენს აქვს ორი ტერმინალი - ფაზა და ნულოვანი. გამტარის ბოლოს ერთი ფაზის არსებობის გამო მას ასევე ერთფაზას უწოდებენ.

ერთფაზიანი ალტერნატიული და პირდაპირი ელექტრული დენის მოწყობილობის პრინციპები სრულიად განსხვავებულია: პირდაპირიგან განსხვავებით, ალტერნატიული დენი ცვლის როგორც მიმართულებას (წარმოქმნის ნაკადს როგორც ფაზიდან ნულისკენ, ასევე ნულიდან ფაზისკენ), ასევე მის სიდიდეს. . ასე, მაგალითად, ალტერნატიული დენი პერიოდულად ცვლის მისი მუხტის მნიშვნელობას. გამოდის, რომ 50 ჰც სიხშირით (50 რხევა წამში) ელექტრონები მოძრაობის მიმართულებას ზუსტად 100-ჯერ ცვლიან.

სად გამოიყენება პირდაპირი დენი?

პირდაპირ ელექტრო დენს აქვს გარკვეული მახასიათებლები. იმის გამო, რომ იგი მკაცრად მიედინება ერთი მიმართულებით, უფრო რთულია მისი გარდაქმნა. პირდაპირი დენის წყაროდ შეიძლება ჩაითვალოს შემდეგი ელემენტები:

ბატარეები (როგორც ტუტე, ასევე მჟავა);
ჩვეულებრივი ბატარეები, რომლებიც გამოიყენება მცირე ტექნიკაში;
ასევე სხვადასხვა მოწყობილობები, როგორიცაა კონვერტორები.

DC ოპერაცია

რა არის მისი ძირითადი მახასიათებლები? ეს არის სამუშაო და მიმდინარე ძალა და ორივე ეს კონცეფცია ძალიან მჭიდროდ არის დაკავშირებული ერთმანეთთან. სიმძლავრე ნიშნავს მუშაობის სიჩქარეს დროის ერთეულზე (1 წამში). ჯოულ-ლენცის კანონის მიხედვით, მივიღებთ, რომ პირდაპირი ელექტრული დენის მუშაობა ტოლია თავად დენის სიძლიერის ნამრავლის, ძაბვისა და დროის განმავლობაში, რომლის დროსაც დასრულდა ელექტრული ველის მუშაობა მუხტების გადასატანად. დირიჟორი.

ასე გამოიყურება დენის მუშაობის პოვნის ფორმულა დირიჟორებში ოჰმის წინააღმდეგობის კანონის გათვალისწინებით: A \u003d I 2 * R * t (მუშაობა უდრის დენის სიძლიერის კვადრატს გამრავლებული მნიშვნელობაზე გამტარის წინააღმდეგობის და კიდევ ერთხელ გამრავლებული დროის სიდიდეზე, რომლისთვისაც შესრულდა სამუშაო).

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის მომზადება