Šiandienos mokslininkai supranta, kad elektra yra vienas iš pagrindinių gamtos reiškinių. Elektriniai impulsai nuolat kinta visame kūne, ir net patį mūsų pasaulio reikalą laiko elektriniai krūviai. Nepaisant to, vis tiek reikėjo atrasti elektrą ir kyla ginčų dėl to, kas pirmasis tai padarė.
Atradėjas galėjo būti anglų gydytojas Williamas Gilbertas, kuris pirmasis 1600 metais vartojo žodį „electricus“. Tai galėjo būti ir anglų mokslininkas Thomasas Browne'as, kuris po kelerių metų sugalvojo žodį „elektra“.
Amerikiečiai mėgsta tikėti, kad būtent išradėjas Benjaminas Franklinas įrodė, kad žaibas buvo elektra 1752 m. Yra net įrodymų, rodančių, kad senovės graikai ir persai žinojo apie elektrą. Kas gaus prizą, tai yra tikras statymas, kad jie atrado nuolatinę srovę (nuolatinę srovę). Kintamosios srovės elektra (kintama srovė) atsirado tik XIX a.
Kas yra nuolatinė elektros energija?
Mokslininkai vaizduoja elektrą kaip neigiamai įkrautų dalelių, vadinamų elektronais, srautą. Tai tos pačios dalelės, kurios skrieja aplink visų materiją sudarančių atomų branduolius.
Du pagrindiniai elektros dėsniai yra tai, kad priešybės traukia ir mėgsta atstumiančius. Vadinasi, elektronai tekės link teigiamo gnybto ir toliau nuo neigiamo. Srautas vyksta tik viena kryptimi, o srauto arba srovės stiprumas priklauso nuo dviejų gnybtų krūvio skirtumo. Šis skirtumas yra įtampa tarp gnybtų.
Jei nėra išorinio įėjimo, elektronai kaupsis ant teigiamo gnybto ir sumažins potencialų skirtumą tarp dviejų gnybtų, ir galiausiai srautas sustos.
Nuolatinės srovės pavyzdžiai
Bene žinomiausias nuolatinės srovės srauto pavyzdys yra žaibo smūgis. Įrodyti, kad žaibas yra elektrinis reiškinys, buvo tikrasis Benjamino Franklino pasiekimas. Franklinas perkūnijos metu skraidė aitvarą ir pritvirtino raktą prie aitvaro stygos. Kai raktas buvo elektriškai įkrautas ir sukėlė lengvą šoką, jis buvo pakylėtas. Jis įrodė, kad debesyse kaupiasi elektros krūvis ir kad žaibas yra šios elektros energijos išsikrovimas momentiniu nuolatinės srovės blyksniu.
Baterija yra dar vienas įprastas nuolatinės srovės šaltinis. Jį sudaro pora priešingai įkrautų gnybtų, o prijungus gnybtus su laidininku, elektra teka iš neigiamo gnybto (katodo) į teigiamą (anodo).
Akumuliatoriaus įkrovos skirtumą paprastai užtikrina cheminis procesas, esantis jo šerdyje, ir šis procesas gali tęstis tik ribotą laiką. Jei nuolat semiatės akumuliatoriaus energijos, jis ilgainiui nustoja krauti ir miršta.
Kas yra kintamosios srovės elektra?
Anglų fizikas Michaelas Faraday 1831 m. Atrado elektromagnetinę indukciją, kai nustatė, kad jis galėtų generuoti elektros srovę laidžiosios vielos ritėje, judindamas magnetą pirmyn ir atgal ritė.
Svarbiausia, kad Faradėjus pažymėjo, kad srovė pakeitė kryptį, kai tik pakeitė magneto kryptį. Prancūzijos instrumentų gamintoja Hippolyte Pixii pasinaudojo šiuo atradimu pirmojo kintamosios srovės generatoriaus statybai 1832 m.
Kintamosios srovės elektrą visada gamina tokio tipo indukcinis generatorius, kurį sukūrė „Pixii“, nors šiuolaikiniai generatoriai yra kur kas tobulesni nei „Pixii“ aparatai. Generatoriuje gali būti naudojami besisukantys magnetai arba sukama ritė, tačiau jų visada yra sukimosi tipas, o sukimosi laikotarpis apibrėžia, kaip dažnai keičiasi srovė kryptis.
Kadangi keičiasi kryptis, kintamosios srovės elektros energija turi susietą dažnį, ty tiek kartų, kiek per sekundę ji apsisuka.
Kintamosios srovės pavyzdžiai
Norėdami rasti kintamosios srovės elektros energijos pavyzdžių, nereikia toli ieškoti. Žibintai kambaryje, kuriame sėdite, taip pat oro kondicionierius, elektrinis šildytuvas ir visi prietaisai veikia kintamosios srovės energija, kuri sukuriama jūsų vietinėje elektrinėje.
Dauguma elektrinių turbinai sukti naudoja iškastinio kuro, branduolio dalijimosi ar geoterminio proceso metu gaunamą garą. Turbina gamina elektrą elektromagnetinės indukcijos būdu, o sukimosi greitis yra kruopščiai reguliuojamas, kad elektros energija būtų gaminama fiksuotu dažniu. Šiaurės Amerikoje dažnis yra 60 Hz (ciklai per sekundę), tačiau daugumoje kitų pasaulio šalių jis yra 50 Hz.
Vėjo malūnai yra atsinaujinantys energijos šaltiniai, kurie taip pat generuoja kintamosios srovės elektrą, tačiau jie pasikliauja vėju, kuris sukasi savo turbinas, o ne iškastinį kurą ar branduolinį kurą. Kai kurie bangų generatoriai taip pat turi turbinas, gaminančias kintamą energiją. Kai bangos suspaudžia hidraulinę sistemą arba uždaro oro kišenę, sukaupta energija naudojama turbinai sukti.
Skirtumai tarp kintamosios ir nuolatinės srovės
XXI amžiaus elektrifikuotame pasaulyje sunku įsivaizduoti laiką, kai nebuvo elektros, tačiau tas laikas nebuvo labai seniai. XIX amžiaus pabaigoje elektros lemputė buvo išrasta, tačiau nebuvo jokio būdo generuoti energiją ir ją patekti į namus, kad žmonės galėtų naudoti naują išradimą.
Thomas Edisonas, padėjęs kurti ir parduoti lemputes, pasisakė už nuolatinės srovės generavimo tinklą stočių, tuo tarpu Serbijos išradėjas ir buvęs „Edison's“ darbuotojas Nikola Tesla palaikė AC generatoriai. „Tesla“ laimėjo, o čia yra keletas priežasčių:
- Esant įtampai, reikalingai plačiam elektros energijos naudojimui, kintamosios srovės elektros energija gali būti toliau perduodama palei elektros linijas, mažinant įtampą. Jei Edisonas būtų vyravęs, o nuolatinės srovės elektra taptų standartu, mylių atstumu vienas nuo kito turėtų būti elektrinės. Kita vertus, „Tesla“ galėjo valdyti visą Bufalo miestą, Niujorką, turėdamas vieną indukcijos generatorių, pastatytą po Niagaros kriokliu.
- Kintamosios srovės energija yra pigesnė. Toks hidroelektrinis generatorius, koks yra Niagaros krioklyje, gali gaminti elektrą natūraliu procesu. Kito įvesties nereikia.
- Kintamosios srovės įtampa gali būti pakeista transformatoriumi. Teslos ir Edisono laikais tai nebuvo įmanoma naudojant nuolatinę srovę. Tačiau šiandien yra transformatorių, kuriuose naudojama vidinė grandinė arba keitikliai, kad būtų galima pakeisti nuolatinės srovės įtampą.
Kintamosios srovės keitimas į nuolatinę ir vėl atgal
Nors elektros srovė, gaunama per maitinimo linijas, yra kintama, elektronikos įrangai dažnai reikia nuolatinės srovės. Grandinės schemoje nuolatinės srovės simbolis yra tiesi linija su trimis taškais ar linijomis po ja, o kintamosios srovės simbolis yra viena banguota linija. Norėdami konvertuoti kintamą srovę į nuolatinę srovę, elektronikos specialistai paprastai naudoja grandinės komponentą, vadinamą diodu arba lygintuvu. Jis praeina srovę tik viena kryptimi, taip sukurdamas impulsinį nuolatinės srovės signalą iš kintamosios srovės šaltinio.
Įrankis, skirtas nuolatinei srovei konvertuoti į kintamą srovę, vadinamas keitikliu. Jis naudoja tranzistorius, kurie yra grandinės komponentai, kurie gali labai greitai įsijungti ir išjungti, nukreipti srovę išilgai grandinės keliai, efektyviai pakeičiantys kryptį per centrinių gnybtų porą, kuri yra grandinės dalis, prie kurios prijungiate kintamąją srovę apkrova. Inverteriai naudojami elektrinėse transporto priemonėse. Jie taip pat naudojami fotovoltinėse sistemose, kad saulės baterijų sukurta nuolatinė elektros energija būtų konvertuojama į kintamosios srovės srovę, skirtą naudoti namuose.