Електрична енергія – Що таке електрична енергія?

Що таке електрика і хто її винайшов

Електрика всюди: у світильниках та вентиляторах, комп’ютерах та мобільних телефонах, у безлічі інших пристроїв. Сучасний світ без неї уявити неможливо, та й природу теж, адже вона є і в розряді блискавки, і між нервовими клітинами людини. Вивченням цього явища займаються кілька тисячоліть.

Що таке електрика і звідки вона береться

Про що думають, коли чують слово “електрика” чи “електричний”? На думку спадають розетки, лінії електропередач, трансформатори або зварювальні апарати, блискавка, батарейки та зарядні пристрої. Безумовно, електрики у сучасній цивілізації дуже багато. Крім того, вона є в природі . Але що ми знаємо про неї?

Електричною енергією називають процес руху заряджених частинок під впливом електромагнітного поля: в одному напрямку (постійний струм); з періодичними змінами напряму (змінний струм).

Термін має грецьке походження, а «електрон» означає бурштин. Першим його використав давньогрецький філософ Фалес. Коли вставляємо вилку в розетку, включаємо електрочайник або натискаємо вимикач, між джерелом і приймачем електрики замикається електричний ланцюг, завдяки чому електричний заряд отримує шлях для руху, наприклад, спіралі чайника.

Описати процес можна так:

• Джерело електрики – розетка.

• Електричним струмом називається електричний заряд, що рухається через провідник (наприклад, спіраль чайника).

• Провідник з’єднує розетку із споживачем двома проводами: по одному з них заряд рухається до споживача, а по другому – до розетки.

• У разі змінного струму дроти по 50 разів на секунду змінюються ролями. Джерело енергії для руху зарядів (тобто джерело електрики) у містах — це електростанції.

• На них відбувається вироблення електрики за допомогою потужних генераторів, ротор яких обертає ядерна установка або силова установка (наприклад, гідротурбіну).

Трансформатори електростанцій подають надвисоку змінну напругу величиною 110, 220 або 500 кіловольт на високовольтні лінії електропередач (ЛЕП).

Досягши знижувальних підстанцій, воно знижується рівня побутової мережі — 220 вольт. Це напруга в наших розетках, яку використовуємо щодня, не замислюючись про довжину того шляху, який він проходить.

Чи можна накопичити електрику для побутових цілей? Так, і ми цим теж користуємось. У цьому допомагає перетворення на хімічну енергію, саме в акумулятори. Хімічні реакції між електродами (речовинами та розчинами, які проводять струм) створюють струм при замкненому на споживача зовнішньому ланцюзі. Чим більша площа електродів, тим більше струму можна отримати.

Використовуючи різний матеріал електродів та кількість з’єднаних в акумуляторі осередків, можна генерувати різну напругу. Наприклад, у літій-іонному акумуляторі стандартна напруга для одного осередку становить 3,7 вольта. Працює він так:

1. Іони літію з позитивними зарядами під час розряду рухаються в електроліті від анода (позитивного електрода) з міді та графіту до катода (негативного електрода) з алюмінію.
2. Під час заряду відбувається зворотний рух і утворюються сполуки графіту з літієм, тобто накопичення енергії у вигляді хімічної сполуки. Такий акумулятор повноцінно працює протягом 1000 циклів заряду-розряду.

У сучасному світі всі звикли до того, що електрика завжди є у будинку. Тисячі людей щодня працюють для того, щоб його джерела працювали безперебійно.

Історія винаходу електрики

Було б неправильно сказати, що хтось один відкрив електрику. Сама ідея існувала тисячі років, а потім почалася ера наукових та комерційних досліджень. Багато великих уми працювали над питанням природи електрики.

Фалес Мілетський

Близько 600 року до зв. е. Грецький математик Фалес виявив, що під час тертя хутра бурштин між ними виникає тяжіння. Виявилося, що його викликає дисбаланс електричних зарядів, так звану статичну електрику.

Вільям Гілберт

Англійський фізик у 1600 році написав книгу “De Magnete”. У ній учений пояснив досліди, які проводив Фалес Мілетський. Явлення статичної електрики, яку античний дослідник виробляв за допомогою бурштину (грецькою ‘електрум’), Гілберт назвав електричною силою. Так виникло англійське слово electricity. Крім того, вчений винайшов електроскоп, який виявляв присутність електричних зарядів на тілі.

Шарль Франсуа Дюфе

На початку XVII століття французький вчений відкрив два типи електрики. Він назвав їх склоподібним та смолистим (у сучасній термінології — позитивний та негативний заряди). Він виявив, що об’єкти з однаковими зарядами притягуються, а з протилежними відштовхуються.

Бенджамін Франклін

У XVIII століття Бенджамін Франклін проводив численні експерименти, вивчаючи природу електрики. В 1748 йому вдалося побудувати електричну батарею зі скляних листів, стиснутих пластинами зі свинцю. Вчений відкрив принцип збереження заряду. Влітку 1752 Франклін провів знаменитий експеримент, який довів, що блискавка – це електрика.

Луїджі Гальвані

Цьому італійському фізику та біологу належить першість у відкритті явища біоелектромагнетизму. У 1780 році він проводив експерименти на жабах і з’ясував, що електрика – те середовище, за допомогою якого нейрони передають м’язові сигнали.

Алессандро Вольта

Цей італійський фізик з’ясував, що деякі хімічні реакції є джерелами постійного електричного струму. Він побудував електричну батарею з міді та цинку для безперервного потоку електричних зарядів. Вольта ввів поняття електричного потенціалу (V) та заряду (Q), висловив закон ємності, пізніше названий його ім’ям. За цю роботу одиницю виміру електричного потенціалу назвали на його честь.

Ханс Крістіан Ерстед та Андре-Марі Ампер

На початку XIX століття датський фізик Ханс Крістіан Ерстед виявив прямий зв’язок між електрикою та магнетизмом. Він описав, як стрілка компаса відхиляється під впливом електричного струму. Натхненний цією роботою французький фізик Андре-Марі Ампер склав формулу для опису магнітних сил, що виникають між об’єктами, що несуть струм. На його честь назвали одиницю виміру електричного струму.

Майкл Фарадей

Цей учений:

• заклав основу концепції електромагнітного поля;

• виявив , що магнетизм впливає на світлові промені;

• винайшов електромагнітні обертальні пристрої.

У 1831 році Фарадей сконструював електричну динамомашину, в якій обертальна механічна енергія безперервно перетворювалася на електричну. Це дозволило виробляти електрику.

Томас Едісон

У 1879 році вчений винайшов практичну лампочку. Далі він зайнявся розробкою системи, яка б забезпечувала людей джерелом енергії для живлення таких ламп. 1882-го в Лондоні побудовано першу електростанцію, яка виробляла електрику і постачала її до будинків людей.

За кілька місяців з’явилася перша електростанція в Нью-Йорку, яка постачала електрику для освітлення нижньої частини острова Манхеттен (85 споживачів змогли запалити 5000 ламп). То був постійний струм.

Нікола Тесла

Тесла відомий розробкою нового типу двигуна змінного струму та технології передачі електроенергії. Він запатентував систему зі змінним струмом, щоб забезпечити людей електроенергією найвищої якості. Енергетичні системи Тесла поширилася у США та Європі, оскільки забезпечували далеку високовольтну передачу.

Генріх Рудольф Герц та Альберт Ейнштейн

Генріх Герц займався експериментами вивчення електромагнітних хвиль. В 1887 він описав фотоелектричний ефект, коли електрони випромінюються (відриваються від атома) при попаданні на матеріал електромагнітного випромінювання (наприклад, світла).

В 1905 Альберт Ейнштейн опублікував закон фотоелектричних ефектів і висунув гіпотезу про кванти світлової енергії. Так почався розвиток квантової механіки та створення сонячних батарей.

Так як електрика необхідна людству, дослідження у цій сфері продовжуються і зараз. Без електричного струму ми не уявляємо побут, а вчені перебувають у пошуках нових джерел.

Електричний струм

Відповідно до шкільного курсу фізики – це впорядкований рух заряджених частинок. Зарядженими частинками, залежно від середовища розповсюдження, є електрони або іони. Для металів ці частинки – електрони, для деяких газів чи електролітів – іони. Вважається, що саме їх рух і є електричним струмом.

Як відомо, у світі фізики, об’єкти, що володіють різницею зарядів, притягуються, щоб досягти рівноважного стану. Цей факт чудово підтверджує всім відомий експеримент із ебонітовою паличкою. Таким чином, електричний струм – це потік електронів або іонів, які прагнуть відтворити рівновагу у світі електричних зарядів.

Не заглиблюючись у різновиду провідників, розглянемо прості електричні дроти та електрони, що біжать у них. Електрони заряджені негативно, отже їхнє масове скупчення — це негативно заряджений об’єкт. У той же час позитивно заряджений об’єкт – це місце де є брак цих самих електронів, а значить скупчення іонів (атомів з електронами, що відсутні). Оскільки природа прагне відтворити рівновагу, утворюється потік електронів від мінусу до плюсу.

Якщо природа прагне рівноваги, то чому ж утворилися ці недоліки та надлишки електронів?

Відповідь досить банальна, за винятком деяких природних явищ на кшталт блискавки чи статичних розрядів. Люди їх створюють штучно, щоб користуватися прагненням, або іншими словами, силою природи прийти до рівноважного стану у своїх інтересах. Як це відбувається докладно в статті про джеоела струму.

Маленька особливість: оскільки саме явище електрики було відкрито набагато раніше його природи (упорядкованого руху електронів у металах), а раніше люди думали, що рухаються позитивно заряджені частинки), то вважається, що електричний струм тече від плюса до мінуса, хоча зараз уже ясно, що відбувається навпаки. У консервативному світі науки вирішили нічого не змінювати і продовжують користуватися століттями схемою, що укорінилася.

Зрозумівши, як все це рухається, можна спробувати розібратися, що нам дає цей електричний струм. Проходження електронів провідником супроводжується масою дивовижних фізичних явищ, від простого нагрівання провідника, до електромагнітного поля навколо нього, але про все по порядку.

Як відомо, електрони дуже маленькі і постежити за ними навіть через потужний мікроскоп не вдасться. Тому для розуміння та візуалізації такого дійства як електричний струм придумали дуже зручне порівняння — порівняння з водопровідною трубою.

Отже, уявімо водопровідну трубу, вона є провідником або просто проводом, дуже близько чи не так? У цій трубі тече вода – краплі якої дуже схожі на електрони, що течуть у дротах. Цю воду щось штовхає та їй щось заважає.

Потік води можна описати властивими йому властивостями, такими як тиск і швидкість, а характеристики труби можна описати такими поняттями як пропускна здатність і опір потоку води.

За аналогією потік електронів, тобто електричний струм, можна описати такими характеристиками як електрична напруга (тиск для води) та сила струму (обсяг потоку води). Електричний провідник за аналогією з трубою можна описати такою властивістю як опір електричного струму (опір потоку води).

Наприклад, тонка труба може пропустити лише невеликий потік води, так само, тонкий провід здатний пропустити потік електронів тільки з невеликою силою струму. Тонка струмок, що вилітає з водного пістолета, має велику швидкість, але дуже маленький об’єм води, також іскра, що вилітає з п’єзоелемента запальнички, має високу напругу, але дуже маленьку силу струму.

Уявімо величезну трубу діаметром у цілий метр і з неї тече, а краще сказати «вивалюється» величезна кількість води, при цьому тиск у ній досить низький (одиниці атмосфер), але потік води просто величезний (сотні літрів на секунду). Та ж історія з товстим проводом точкового електрозварювання, напруга там невисока (кілька вольт), але сила струму просто величезна (сотні ампер), у місці контакту плавиться метал. Припустимо, що край труби є кран і він закритий, вода всередині є, але вона нікуди не тече. Теж саме з провідником, якщо ланцюг від плюса до мінуса розірваний, а повітря для електричного струму настільки ж важкопрохідне середовище, як кран для води, то струм теж нікуди не тече. Але електрони з провідника, як і вода з труби, нікуди не поділися і напруга, як і тиск у трубі теж залишилася, немає тільки потоку електронів,

Електричний струм.

спрямований потік електронів, який має дві основні характеристики, це сила струму та напруга. Провідники електричного струму характеризуються електричним опором.

Суть електрики, її відкриття

Отже, суть електрики полягає в наступному: у складі атомів та молекул знаходяться так звані елементарні частки електрони та протони. У центрі атома знаходиться ядро, що складається з протонів та нейтронів.

Протони – це частки позитивного заряду. Вони за силою на інший заряд іншої частки можуть відштовхувати або притягати її. Нейрони це частки нейтральні з погляду зарядів. Електрони обертаються дуже великої швидкості навколо ядра атома, і мають негативний заряд. Кількість елементарних частинок атомі може бути різним залежно від конкретної речовини.

Суть електрики хвилювала людство з античних часів. У VII столітті до нашої ери був такий філософ Фалес Мілетський, який вперше помітив деяке електричне явище. Якщо потерти об шматочок шерсті бурштин, то він починає притягувати до себе предмети, що мають невелику вагу. Однак на цьому розвиток досліджень у цій сфері майже на 2,5 тисячоліття зупинився. Продовжилося воно лише XVII столітті. Спочатку грецьким філософом було введено термін, потім почалися активні дослідження з вивчення природи електрики, можливостей його застосування на благо людства.

Найбільш значущі відкриття та винаходи

• 1633 – німецький інженер Отто фон Геріке винаходить першу в світі електростатичну машину, що дозволила спостерігати різні види взаємодії електричних зарядів – їх відштовхування і притягування;
• 1729 – англійський вчений Стівен Грей в результаті своїх досліджень і експериментів з передачі електрики на значні відстані виявив, що матеріали, що мають різну електропровідність неоднаково його пропускають через свою товщу;
• 1745 – вчений з Нідерландів Пітер ван Мушенбрук винаходить перший у світі накопичувач електричного заряду (найпростіший конденсатор) – Лейденську банку;
• 1800 рік – італійський учений Алессандро Вольта винайшов перше джерело струму – гальванічний елемент, що складається з круглих цинкових та срібних пластин, складених по черзі стовпчиком і розділених між собою змоченим у сольовому розчині папером;
• 1820 рік – датським вченим-фізиком Хансом Ерстедом відкрито електромагнітну взаємодію між різними за знаком електричними зарядами і зарядженими частинками;
• 1831 рік – Майкл Фарадей відкриває таке явище, як електромагнітна індукція;
• 1880 – француз П’єр Кюрі відкриває ефект генерування кристалом електричного заряду при його стиску або іншій зміні.

Нікола Тесла

На рубежі XIX – XX століть одним з найвідоміших і загадкових учених, які займалися вивченням того, що таке електрика, і створив безліч винаходів Нікола Тесла. Він розкрив суть електрики.

Нікола Тесла – видатний учений, який зробив величезний внесок у вивчення цього явища. Йому належить понад 1000 різноманітних винаходів, близько 800 з яких він запатентував. Найбільш значними та важливими винаходами великого вченого є:

1. генератор високих частот;
2. Індукційний асинхронний електродвигун; Високочастотний трансформатор;
3. Щогла антена для передачі та прийому радіосигналів.

А ще Тесла був першим, хто розробив та висунув у практику правила техніки безпеки під час роботи з електричним струмом різної частоти та сили.

Поняття електрики

Усі речовини складаються з молекул, які, своєю чергою, складаються з атомів. У атома є ядро ​​і навколо нього позитивно і негативно заряджені частинки (протони і електрони). При знаходженні двох матеріалів поруч один з одним між ними виникає різниця потенціалів (у атомів однієї речовини електронів завжди менше, ніж у іншого), що призводить до появи електричного заряду – електрони починають переміщатися від одного матеріалу до іншого. Так виникає електрика. Іншими словами, електрика – це енергія, що виникає в результаті переміщення негативно заряджених частинок з однієї речовини до іншої.

Швидкість переміщення може бути різною. Щоб рух був у потрібному напрямку та з потрібною швидкістю, використовуються провідники. Якщо рух електронів провідником здійснюється тільки в одному напрямку, такий струм називається постійним. Якщо напрям переміщення з певною частотою змінюється, то струм буде змінним. Найвідомішим і найпростішим джерелом постійного струму є батарейка або автомобільний акумулятор. Змінний струм активно використовується у побутовому господарстві та в промисловості. На ньому працюють практично всі пристрої та обладнання.

До відома. 

Рух електричної енергії можна керувати. 

Способи такого управління вивчає курс «Основи електротехніки», який необхідний для всіх електриків, щоб правильно прокласти проводку в будинку, не допустити пожежі чи травм у період робіт.

Постійний струм

Так називається струм, який не змінює вектор руху на якомусь тимчасовому відрізку і спрямований суворо від позитивного полюса до негативного. Постійний електрострум відрізняється здатністю до акумуляції – на ній базується принцип дії акумуляторних джерел живлення.

Крім того, такий струм може виходити в батареях за допомогою хімічної реакції. Акумулятори та гальванічні батареї забезпечують роботу великої кількості портативних приладів. На схемах даний вид струму показують, позначаючи плюсовий та мінусовий полюси. Якщо якийсь електроприлад розрахований на експлуатацію лише за постійного струму, на корпус ставлять відповідне маркування як одиночної риси чи пари паралельних горизонтальних ліній.

Електромагнетизм

Це входить до основних понять електротехніки. Воно є продуктом взаємодії магнітного ефекту та електроструму. Першим його зафіксував Х. Ерстед при наближенні компаса до кабелю, яким проходив струм: стрілка пристрою у цей час змістилася, що ілюструвало присутність магнітного поля поблизу кабелю.

Електромагнітами називаються матеріали, в яких магнітні властивості виявляються тільки при пропусканні струму намотування. Щоб сила магнітного поля зросла, намотування роблять що складається з великої кількості витків. Металева основа з магнітними властивостями, яку обмотують, називається сердечником. Вектор ліній поля визначається напрямом течії електроструму у дроті обмотки. Якщо у магніту властиві йому властивості виявляються константно, а не лише за наявності струму та обмотки, його називають постійним. Часто він має кільцеву або підкову форму.

Змінний струм

Це один з перших термінів, з яким знайомляться електрики, що вивчають теорію. Одночасно з цим дізнаються про його відмінності від постійного струму.

Цей вид струму характеризується тим, що циклічно змінює свої величину та напрямок (на відміну від постійного, у якого ці параметри незмінні на будь-якому часовому відрізку). При цьому характер змін можна відобразити на графіку у вигляді синусоїди. Коли лампа підключається до електромережі з таким струмом, мінус і плюс на її контактах періодично змінюватимуться місця.

Застосування такого струму дає можливість передачі електричної енергії на великі відстані. Оскільки генератори створюють величезну напругу, яку небезпечно подавати в житлові приміщення, струм від них прямує до підстанції, де трансформується.

До відома. 

З цього струму можна отримувати постійний за допомогою пристрою, що випрямляє – діодного мосту. 

Він розпрямляє синусоїдальну криву, що змушує електрони рухатися в одному векторі, не змінюючи його з часом.

Одиниці виміру

Однією з основних характеристик такого струму є частота – величина, що показує кількість інцидентів зміни параметрів за одиницю часу. Її позначають як f і вимірюють у герцах (Гц). Найчастіше для побутових та промислових потреб використовують частоту 50 Гц. Це означає, що на двох затискачах розетки полюси змінюються позиціями 50 разів на секунду.

Період – це час, за який відбувається поодинокий інцидент зміни. Якщо в секунду їх 50, то період дорівнюватиме 0,02 с.

Ефективне значення струму – виділення тепла, що створює для деякого опору, що дорівнює певному змінному струму за заданий час.

Трансформатори

Це прилади, що перетворюють змінний електрострум із заданими параметрами в струм з іншим показником напруги, але ідентичною вихідному частотою. Їхня дія заснована на принципі взаємоіндукції. Пристрій є статичним, не забезпечений рухомими елементами, тому не є машиною, але учні знайомляться з його дією одночасно з принципами роботи електричних машин.

У прилад вмонтовані дві котушки з неоднаковою кількістю витків (це зроблено для забезпечення різниці напруги). По магнітному полю електроенергія передається між котушками.

Електричні машини (електродвигуни та генератори)

Ці механізми широко використовуються в автоматиці, промисловості, є головними елементами електроустановок. Два основних типи, що відрізняються за призначенням та способом дії, – генератори та двигуни. Будь-яка машина включає стійку частину (статор) і рухливу (ротор).

Теоретичні основи електрики

Закони та формули використовуються не тільки при розрахунках. Їх враховують під час виконання практичних завдань. Знаючи теоретичні основи, електрик може швидко виявити та усунути причину несправності.

Поняття та властивості електричного струму

Електрика є рух частинок, що переносять заряд. При безладному переміщенні вільних електронів не відбувається. У переміщенні заряду беруть участь тільки частинки, що впорядковано рухаються. Струм завжди протікає спрямовано. Про його присутність свідчать такі ознаки:

• підвищення температури провідника;
• силовий вплив на намагнічені тіла;
• зміна хімічних властивостей провідника.

Струм буває змінним та постійним. У другий випадок його параметри є незмінними. Змінний струм періодично змінює полярність від негативної до позитивної. Це означає, що напрямок потоку часток стає протилежним. Швидкість змін є частотою.

Сила струму

З появою електрики в ланцюзі заряд переноситься через переріз провідника. Величина, що пройшла за одиницю часу, називається силою струму і виражається в амперах.

Напруга

Для підтримки руху частинок, що переносять заряд, потрібна сила, що діє у потрібному напрямку. Вона називається електричним полем чи напруженістю. Сила викликає різницю потенціалів та стимулює рух частинок. Для вимірювання напруги використовується окрема одиниця – вольт. p align=”justify”> Між основними параметрами струму існує залежність, відображена в законі Ома.

Опір

Ця величина є характеристикою провідника, що з струмом. Опір, що виражається в омах, означає протидію матеріалу течії заряджених частинок. Параметр збільшується в міру зменшення перерізу та зростання довжини провідника. Під впливом опору матеріал нагрівається. Величина 1 Ом виникає при силі струму 1 А і напрузі 1 В.

Потужність струму

Електричний струм використовується для виконання роботи – нагрівання батарей, обертання мотора і т. д. Обчислити потужність у ВАТ можна, помноживши силу струму на напругу. Наприклад, нагрівач, що працює від мережі 220 В, споживає 2200 Вт. Значить, для його функціонування потрібна сила 10 А. Лампа розжарювання 100 Вт споживає 0,45 А.

Енергія та потужність в електротехніці

Електрика для початківців дає роз’яснення термінів енергії та потужності. Ці показники безпосередньо пов’язані із законом Ома. Енергія може перетікати з однієї в іншу форму. Тобто вона може бути ядерною, механічною, тепловою та електричною.

У динаміках звукових пристроїв потенціал електричного струму перетворюється на енергію звукових хвиль. У електродвигунах струмовий енергопотік перетворюється на механічну енергію, яка змушує обертатися ротор двигуна.

Будь-які електричні пристрої споживають потрібну кількість електроенергії протягом певного проміжку часу. Кількість спожитої енергії за одиницю часу є потужністю споживача електрики. Більш детальне тлумачення потужності можна знайти у розділах навчального посібника, присвячених електромеханіці для початківців.

Потужність визначають за такою формулою:

N = I x U.

Вимірюється цей параметр у ватах. Одиниця виміру потужності Ватт означає, що струм силою один Ампер переміщається під напругою 1 Вольт. При цьому опір провідника дорівнює 1-му Ому. Таке трактування характеристики струму найбільш зрозуміле для початківців осягати основи електрики.

Поняття та властивості електричного струму

Початкові курси електрика в перших розділах дають визначення поняття та властивостям електричного струму, пояснюють природу та властивості електроенергії, закони електрики та їх основні формули. Грунтуючись на великих відкриттях, зароджувалася і набула грандіозного розвитку така наукова дисципліна, як електротехніка. Сутність електрики полягає у спрямованому переміщенні електронів (заряджених частинок). Вони переносять електричний заряд у тілі металевих дротів.

Важливо! Для транзиту електричної енергії використовують дроти, жили яких виготовлені з алюмінію чи міді. Це найекономічніші дротяні метали. Робити жили дротів з інших матеріалів дорого, тож невигідно.

Струм буває постійного та змінного напрямку. Постійний рух енергії завжди здійснюється в одному напрямку. Змінний енергетичний потік ритмічно змінює свою полярність. Швидкість, з якою змінюється напрямок руху електронів, називають частотою. Її вимірюють у герцях.

Безпека та практика

Основи електротехніки для початківців наголошують на правилах техніки безпеки. Їх недотримання практично часом може стати причиною отримання електротравм і пошкодження майна. Для новачків в електротехніці треба дотримуватися чотирьох основних вимог ТБ.

Чотири правила техніки безпеки для новачків:

1. Перед роботою з будь-яким пристроєм чи обладнанням слід ознайомитись із його документацією. Усі посібники з експлуатації мають розділ безпеки. У ньому описані небезпечні дії, які можуть спричинити коротке замикання або удар електричним струмом.
2. Перед тим, як приступати до роботи з електротехнічними пристроями або електропроводкою, потрібно вимкнути електрику. Потім провести огляд стану ізоляції провідників. Якщо виявлено порушення ізоляційного покриття, то оголену частину провідників треба покрити відрізком ізоляційної стрічки.
3. При роботі з проводкою та обладнанням під напругою побутової електромережі треба використовувати діелектричні рукавички, захисні окуляри та взуття на товстій гумовій підошві. У електророзподільних шафах, щитах та електроустановках новачкам взагалі робити нічого. Ними займаються кваліфіковані електрики, які мають допуск на роботу під напругою.
4. У жодному разі не можна торкатися оголених провідників руками. Для цього є викрутки-пробники, мультиметри та інші електровимірювальні прилади. Тільки переконавшись у відсутності напруги, можна торкатися дротів.

Поради з електробезпеки

Таким чином, про запобіжні заходи не варто забувати в жодному разі, слід використовувати якісне та справне обладнання та інструменти. Бажано залучати до ремонту лише кваліфікованих спеціалістів або братися за роботу зі знанням справи та у бадьорому стані. Також важливо:

• вимикати пробки на щитку перед початком ремонту;
• вивішувати попереджувальну табличку;
• перевіряти наявність електрики за допомогою спеціального тестера;
• не використовувати несправні патрони, розетки, перемикачі та електроприлади.

У ванних кімнатах та інших приміщеннях з підвищеною вологістю можна використовувати спеціально призначені для цього світильники. Мити лампи можна лише після вимкнення світильника з розетки. А якщо в кімнаті знаходяться діти, потрібно бути дуже уважними і пояснювати їм, як поводитися з електроустаткуванням.

Важливо пам’ятати, що безпека мешканців та їхніх сімей залежить виключно від них самих, бути уважними, не поспішати та не економити на лампочках та проводах. І тоді, якщо все зробити правильно, електроенергія приноситиме лише користь.

Електрика для чайників

Електроніка оточує людину у вигляді різних пристроїв та приладів. Сучасна побутова техніка здебільшого управляється за допомогою електронних схем. Курси навчання основам електроніки для початківців націлені на те, щоб новачок міг відрізняти транзистор від резистора і розуміти, як і для чого служить та чи інша електронна схема.

Підручник з електроніки для новачків

Навчальні посібники та відеокурси сприяють розумінню принципів побудови електронних схем. Що таке друкована плата, як створити схему своїми руками – на ці питання відповідають основи електроніки для новачків. Засвоївши ази електроніки, домашній «майстер» зможе визначити радіодеталь, що вийшла з ладу, в телевізорі, аудіо пристрої та іншій побутовій техніці і замінити її. Крім цього, новачок набуде досвіду роботи з паяльником.

Електронна схема підсилювача звуку

Відеокурси, друкована продукція несуть у собі масу інформації з освоєння основ електротехніки, електромеханіки та електроніки. Здобути знання у цих сферах можна, не виходячи з дому. Переглянути потрібне відео, замовити підручники дозволяє доступність Інтернету.

Чому електрику видобувають із землі

Для того, щоб отримати електрику, потрібно знайти різницю потенціалів та провідник. Поєднавши все в єдиний потік, можна забезпечити постійне джерело електроенергії.

Однак насправді приручити різницю потенціалів не так просто.

Природа проводить через рідке середовище електроенергію величезної сили. Це розряди блискавки, які, як відомо, виникають у повітрі, насиченому вологою. Однак це лише поодинокі розряди, а не постійний потік електроенергії.

Людина взяла на себе функцію природної могутності та організувала переміщення електроенергії по проводах. Однак це лише переклад одного виду енергії в інший. Вилучення електрики безпосередньо з середовища залишається переважно на рівні наукових пошуків, дослідів із розряду цікавої фізики та створення невеликих установок малої потужності.

Найпростіше видобувати електрику з твердого та вологого середовища.

Способи отримання змінного струму

Допустимо у нас є рамка з провідного матеріалу. Помістимо їх у магнітне полі. Згідно з вищезазначеним формула, якщо рамку почати обертати, через неї потече електричний струм. При рівномірному обертанні кінцях цієї рамки вийде змінний синусоїдальний струм.

Це з тим, що залежно від положення по осі обертання рамку пронизує різне число силових ліній. Відповідно і величина ЕРС наводиться не рівномірно, а згідно з положенням рамки, як і знак цієї величини. Що ви бачите наг графіку вище. При обертанні рамки магнітному полі від швидкості обертання залежить як частота змінного струму, і величина ЭРС на висновках рамки. Щоб досягти певної величини ЕРС при фіксованій частоті роблять більше витків. Таким чином виходить не рамка, а котушка.

Отримати змінний струм у промислових масштабах можна так само, як описано вище. Насправді знайшли широке застосування електростанції з генераторами змінного струму. У цьому використовуються синхронні генератори. Оскільки таким чином легше контролювати як частоту, так і величину ЕРС змінного струму, вони можуть витримувати короткочасні струмові перевантаження в багато разів.

За кількістю фаз на електростанціях використовуються трифазні генератори. Це компромісне рішення, пов’язане з економічною доцільністю і технічною вимогою створення магнітного поля, що обертається для роботи електродвигунів, які складають левову частку від усього електрообладнання в промисловості.

Залежно від роду сили, що надає руху ротор, число полюсів може бути різним. Якщо ротор обертається зі швидкістю 3000 об/хв, то для отримання змінного струму з промисловою частотою 50 Гц потрібен генератор з 2 полюсами, для 1500 об/хв – з 4 полюсами і так далі. На малюнку нижче ви бачите пристрій генератора синхронного типу.

На роторі знаходяться котушки або обмотка збудження, струм до неї надходить від генератора-збудника (Генератор Постійного струму – ГПТ) або напівпровідникового збудника через щітковий апарат. Щітки розташовуються на кільцях, на відміну колекторних машин, у результаті магнітне поле обмоток збудження не змінюється за напрямом і знаку, але змінюється за величиною – при регулюванні струму збудника. Таким чином, автоматично підбираються оптимальні умови для підтримки робочого режиму генератора змінного струму.

Отже, одержати змінний струм у промислових масштабах вдалося способом, заснованим на явищах електромагнітної індукції, а саме за допомогою трифазних генераторів. У побуті використовують і однофазні та трифазні генератори. Останні рекомендується купувати для будівельних робіт. Справа в тому, що велика кількість електричного інструменту та верстатів можуть працювати від трьох фаз. Це електродвигуни різноманітних бетономішалок, циркулярних пилок, та й потужні зварювальні апарати також живляться від трифазної мережі. Причому для таких завдань підходять саме синхронні генератори, асинхронні не підходять – через їхню погану роботу з пристроями, у яких великі пускові струми. Асинхронні побутові електростанції більше підходять для резервного електропостачання приватних будинків та дач.

Енергія з морських хвиль

У квітні 2021 року британська компанія Mocean Energy представила Blue X – прототип установки, яка перетворюватиме кінетичну енергію морських хвиль на електрику.

Принцип роботи такий: установку поміщають на поверхню води, вона гойдається на хвилях і надає руху шарніру посередині. Той у свою чергу запускає генератор, який виробляє електроенергію і кабелями перенаправляє її на сушу.

Як це застосовувати: за оцінками Mocean Energy, якщо використовувати хоча б 1% усієї доступної енергії хвиль у світі, можна забезпечити електрикою 50 млн. будівель. Для порівняння: у Росії налічується близько 14 млн житлових будинків.

Енергія з ДНК

Виявилося, що органічні молекули теж перетворять сонячну енергію на електрику. У 2021 році німецькі вчені зуміли синтезувати супрамолекулярну, тобто більш складну, ніж звичайна молекула, систему на основі ДНК.

Структура супрамолекули

Основа системи – фулерен, “футбольний м’яч” з 60 атомів вуглецю. До нього кріпиться барвник, який поглинає сонячне світло і віддає енергію фуллерену, що вийшла. Але виникає проблема: якщо не впорядкувати такі супрамолекули, струм між ними протікатиме насилу, а згодом і зовсім загасне.

Вчені запропонували таке рішення: закріпили супрамолекули на основі фулеренів та барвника на спіралі ДНК. Так рухи електронів стають упорядкованими, а електричний струм не згасає.

Як це застосовувати: дослідники не обіцяють, що незабаром на всіх дахах з’являться сонячні батареї з ДНК, але розвивати цей напрямок планують. За їх прогнозами, технологія буде дешевшою, міцнішою і довговічнішою, ніж сонячні батареї на основі кремнію.

Респіратори із сонячними батареями

Берлінський винахідник Хайнц Кнупске перетворив респіратор на пристрій, що генерує електроенергію. По суті це звична для нас маска, на поверхні якої закріплена маленька сонячна батарея.

Схематично респіратор із сонячною батареєю виглядає так

Як це застосовувати: батарея виробляє енергію, якої вистачає для заряджання телефону або годинника. На початку 2021 року в Китаї вже налагодили серійне виробництво «сонячних» масок та відправили першу партію до Європи.

Сонячні вітрила

У 2019 році Планетарне товариство розгорнуло вітрило LightSail 2 на одній із ракет від SpaceX, і він успішно пройшов випробування.

LightSail 2 під час розгортання

Сонячне вітрило – майже те саме, що і звичайне вітрило на кораблях. Тільки рух його наводить не вітер, а сонячна енергія — потік заряджених частинок, які виділяє Сонце. Якщо зловити цей потік енергії, можна довгий час подорожувати в космосі заданим маршрутом, а паливо для цього не знадобиться.

Як це застосовувати: використовуючи напрацювання Планетарного суспільства, в 2021 році NASA за допомогою вітрила планує долетіти до Місяця, а потім вирушити до астероїда навколоземного 1991 VG.

Зелена економіка Їстівна упаковка та сонячне вітрило: новинки космічних еко-технологій

«Нескінченна» енергія з повітря

У 2020 році вчені з Масачусетського університету створили Air-gen – генератор, який створює електрику за допомогою натурального білка та вологи з повітря.

Графічне зображення плівки з білкових нанопроводів, що виробляють електрику за допомогою вологи з атмосфери.

За допомогою протеобактерій Geobacter вчені вирощують білок, який може проводити струм. З нього роблять плівку завтовшки менше 10 мікрон – у кілька разів тонше, ніж людське волосся – і поміщають між двома електродами. Білок забирає вологу з повітря і за рахунок тонких пір створює струм між електродами.

Найкращі результати Air-gen показує при вологості 45%, але справляється і в посушливих регіонах на кшталт Сахари. Генератор не залежить від погодних умов та працює навіть у приміщенні.

Як це застосовувати: поки що потужності Air-gen вистачає тільки для живлення дрібної електроніки. Незабаром вчені розроблять версію для мобільних телефонів та смарт-годин, щоб ті ніколи не розряджалися. А якщо у дослідників вдасться поєднати Air-gen з фарбою для стін, у будинках з’явиться нескінченне джерело електроенергії.

Електрика з дерева

Якщо стиснути деревину, а потім повернути у вихідний стан, вона виробляє електричну напругу, щоправда, дуже низька. Вчені зі Швейцарії провели кілька експериментів і в 2021 році зуміли перетворити деревину на міні-генератор.

Дослідники змінили хімічний склад деревини. Вони помістили її в суміш перекису водню та оцтової кислоти, розчинили один із компонентів деревної кори – лігнін – і залишили тільки целюлозу. В результаті деревина перетворилася на “губку”, яка після стиснення самостійно повертається у вихідну форму. За словами вчених, така губка генерує електричну напругу у 85 разів вищу, ніж звичайне дерево.

Так виглядає деревина після розчинення лігніну

Як це застосовувати: поки дослідники проводять випробування матеріалу, що вийшов. Вони з’ясували, що енергії 30 дерев’яних брусків довжиною 1,5 див вистачить живлення РК-дисплея.

Рідке паливо із сонячної енергії

Наразі електрику отримують за допомогою спалювання органічного палива, наприклад вугілля та природного газу. Цей спосіб має дві проблеми: органічне паливо шкодить екології і коли-небудь закінчиться. Це змушує вчених шукати заміну органіки.

З 2001 року китайські вчені намагалися перетворити сонячну енергію на рідке паливо. Через 20 років у них це вийшло.

Дослідникам вдалося отримати рідкий продукт із мінімумом домішок – вміст метанолу в ньому сягає 99,5%. Для цього знадобилося три кроки:

• перетворити світло, отримане за допомогою сонячних батарей, на енергію;
• за допомогою цієї електрики розкласти воду на водень та кисень;
• з’єднати водень та оксид вуглецю та отримати метанол.

Щоб отримати потрібну кількість сонячного світла, дослідники використовують цілі ферми сонячних батарей

Як це застосовувати: на відміну від нафти та вугілля, це паливо згоряє чисто. Якщо Китаю вдасться зробити виробництво рідкого метанолу масовим, вуглекислого газу в атмосфері стане набагато менше — на частку Китаю припадає близько 29% світових викидів.