Что такое электричество определение

Что такое электричество

В широком смысле электричество это вся совокупность электромагнитных явлений, представляющих собою различные проявления электромагнитного поля и его взаимодействия с веществом, в узком смысле — употребляется в выражении «количество электричества», представляющем синоним «электрического заряда» при количественном определении последнего.

Что приходит вам в голову, когда вы слышите слово «электричество» или «электрический»? Один человек представит себе розетку, другой – линию электропередач, трансформатор или сварочный аппарат, рыбак подумает о молнии, домохозяйка вспомнит пальчиковую батарейку или зарядное устройство для мобильного телефона, токарь – электродвигатель, а кто-нибудь и вовсе представит Николу Тесла, сидящего в своей лаборатории возле извергающей молнии индукционной катушки, испытывающей резонанс.

Так или иначе, проявлений электричества в современном мире очень много. Цивилизацию сегодняшнего дня вообще невозможно представить без электричества. Однако что мы знаем о нем? Давайте освежим в памяти эти сведения.

От электростанции — к электроприбору

Когда мы у себя дома вставляем вилку в розетку, включая электрочайник, или нажимаем на выключатель, привычно желая зажечь электрическую лампочку, то в этот момент мы замыкаем электрическую цепь между источником и приемником электричества, чтобы предоставить электрическому заряду путь для движения, например через спираль чайника.

Источником электричества у нас дома, как правило, является розетка. Движущийся через проводник (которым в нашем примере является нихромовая спираль чайника) электрический заряд — это и есть электрический ток. Проводник соединяет розетку с потребителем двумя проводами: по одному проводу заряд движется от розетки – к потребителю, по второму проводу в этот же самый момент — от потребителя — к розетке. Если ток переменный, то провода меняются ролями по 50 раз каждую секунду.

Источником энергии для движения электрических зарядов (или проще говоря – источником электричества) в городской сети прежде всего выступает электростанция. На электростанции электричество вырабатывается посредством мощного генератора, ротор которого приводится во вращение ядерной установкой или силовой установкой другого типа (например гидротурбиной).

Внутри генератора намагниченный ротор пересекает провода статора, наводя в них электродвижущую силу (ЭДС), порождающую напряжение между выводами генератора. И это всегда именно переменное напряжение с частотой 50 Гц, поскольку ротор генератора имеет 2 магнитных полюса и вращается с частотой 3000 оборотов в минуту, либо имеет 4 полюса и частоту вращения 1500 оборотов в минуту.

От трансформаторов электростанций сверхвысокое переменное напряжение величиной 110, 220 или 500 киловольт подается на провода высоковольтных линий электропередач (ЛЭП), с которых оно затем поступает на понижающие подстанции, где с помощью трансформаторов в конце концов и понижается до уровня бытовых сетей – 220 вольт.

Это и есть напряжение в нашей розетке, которым мы пользуемся каждый день, даже не задумываясь о длинном пути, который преодолевает электричество от электростанции до нашей розетки со скоростью света (299792458 метров в секунду — скорость распространения по проводам электрического поля, которое толкает внутри них электроны, создавая ток).

Переменное напряжение 220 вольт в розетке

Генерируемое для розеток напряжение является переменным потому, что: во-первых, его легко можно трансформировать (понизить или повысить), а во-вторых генерируется оно проще и передается с меньшими потерями в проводах, чем постоянное.

Подавая на провода, к которым присоединен трансформатор, переменное напряжение, мы получаем переменный ток, который гармонически изменяя свое направление 50 раз в секунду, способен генерировать в магнитопроводе трансформатора переменное магнитное поле, которое в свою очередь опять же способно возбуждать электрический ток в проводах вторичных обмоток, обвивающих магнитопровод…

Если бы магнитное поле было постоянным в пространстве, охваченном обмоткой, то ток бы в обмотках просто не навелся (см. закон электромагнитной индукции).

Чтобы получить ток, необходимо изменять магнитный поток в пространстве, тогда вокруг получится электрическое поле, оно станет действовать на электрический заряд, который например может находится внутри медного провода (свободные электроны), расположенного вокруг этого пространства с изменяющимся магнитным потоком.

На данном принципе основана работа как генераторов, так и трансформаторов, с той лишь разницей, что в трансформаторе отсутствуют движущиеся рабочие части: источником переменного магнитного потока в трансформаторе выступает переменный ток первичной обмотки, а в генераторе — вращающийся ротор с постоянным магнитным полем.

И там и там изменяющееся магнитное поле по закону электромагнитной индукции порождает вихревое электрическое поле, которое действует на свободные электроны внутри проводников, приводя эти электроны в движение. Если цепь замкнуть на потребитель — получится ток через потребитель.

Накопление электричества и постоянный ток

Накапливать электричество в быту удобнее всего в форме химической энергии, а именно в аккумуляторах. Химическая реакция меду электродами способна создать ток при замкнутой на потребитель внешней цепи, и чем больше площадь электродов аккумулятора — тем больший ток может быть от него получен, а в зависимости от материала электродов и от количества соединенных последовательно внутри аккумулятора ячеек — генерируемое аккумулятором напряжение может быть разным.

Так, для литий-ионного аккумулятора стандартное напряжение одной ячейки составляет 3,7 вольта и может достигать 4,2 вольта. Положительно заряженные ионы лития при разряде движутся в электролите от анода(-) на основе меди и графита — к катоду(+) на основе алюминия, а при заряде — от катода — к аноду, где под действием ЭДС зарядного устройства образуется соединение графита с литием, в результате чего и накапливается энергия в форме химического соединения.

Похожим образом работают электролитические конденсаторы, отличающиеся от аккумуляторов меньшей электроемкостью, но большим количеством жизненных циклов заряда-разряда.

Для литий-ионного аккумулятора продолжительность полноценной жизни ограничивается максимум 1000 циклами заряда-разряда, а удельная энергоемкость достигает 250 Втч/кг. Что касается электролитических конденсаторов, то их ресурс работы на выпрямленном токе исчисляется десятками тысяч часов, но энергоемкость обычно менее 0,25 Втч/кг.

Статическое электричество

Если шелковую простыню постелить на шерстяное покрывало, хорошенько прижать их друг к другу, а затем попытаться развести в стороны, то возникнет электризация. Это случится потому, что в условиях трения тел с разной диэлектрической проницаемостью произойдет разделение зарядов на их поверхностях: материал с большей диэлектрической проницаемостью зарядится положительно, а с меньшей диэлектрической проницаемостью — отрицательно.

Чем больше разница этих параметров — тем сильнее электризация. При трении ногами о шерстяной ковер, вы заряжаетесь отрицательно, а ковер — положительно. Уровни потенциалов могут достигать здесь десятков тысяч вольт, и дотронувшись например до водопроводного крана, соединенного с чем-нибудь заземленным, вы испытаете удар током. Но поскольку электроемкость мизерна, это неприятное событие не окажется крупной угрозой для вашей жизни.

Другое дело — электрофорная машина, в которой статический заряд, получаемый трением, накапливается в конденсаторе. Накопленный в лейденской банке заряд уже опасен для жизни.

Самые важные термины и определения

Что такое электромагнитное поле

Электромагнитное поле — особый вид материи, отличающийся непрерывным распределением в пространстве (электромагнитные волны) и обнаруживающий дискретность структуры (фотоны), характеризующийся способностью распространения в вакууме (при отсутствии сильных гравитационных полей), оказывающий на заряженные частицы силовое воздействие, зависящее от их скорости.

Что такое электрический заряд

Электрический заряд — свойство частиц материи или тел, характеризующее их взаимосвязь с собственным электромагнитным полем и их взаимодействие с внешним электромагнитным полем. Он имеет два вида, известные как положительный заряд (заряд протона, позитрона и др.) и отрицательный заряд (заряд электрона и др.). Как величина количественно определяется по силовому взаимодействию одного заряженного тела с другим заряженным телом.

Что такое заряженная частица

Заряженная частица — частица материи, обладающая электрическим зарядом.

Что такое электрическое поле

Электрическое поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами и изменением магнитного поля, оказывающая силовое воздействие на заряженные частицы и тела и выявляемая по силовому воздействию на неподвижные заряженные тела и частицы.

Что такое магнитное поле

Магнитное поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами движущихся заряженных частиц и тел и изменением электрического поля, оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряженные частицы и выявляемая по силовому воздействию, направленному нормально к направлению движения этих частиц и пропорциональному их скорости.

Что такое электрический ток

Электрический ток — явление движения заряженных частиц и явление изменения электрического поля во времени, сопровождаемые магнитным полем.

Что такое энергия электрического поля

Энергия электрического поля — энергия, связанная с электрическим полем и преобразующаяся в другие формы энергии при изменении электрического поля.

Что такое энергия магнитного поля

Энергия магнитного поля — энергия, связанная с магнитным полем и преобразующаяся в другие формы энергии три изменении магнитного поля.

Что такое электромагнитная энергия (электрическая энергия)

Электрическая энергия — энергия электромагнитного поля, слагающаяся из энергии электрического поля и энергии магнитного поля.

Что такое электричество

Обновлено: 02 Августа 2021

  • Что такое электричество
    • Происхождение термина
    • История
  • Теория электричества
    • Электрические заряды
    • Принцип работы электричества
  • Откуда появляется электричество
  • Электричество в природе
  • Электричество как ресурс
    • В быту
    • В производстве
  • Что такое электричество
    • Происхождение термина
    • История
  • Теория электричества
    • Электрические заряды
    • Принцип работы электричества
  • Откуда появляется электричество
  • Электричество в природе
  • Электричество как ресурс
    • В быту
    • В производстве

Электричество настолько прочно вошло в жизнь человека, что давно воспринимается как само собой разумеющееся благо цивилизации. Люди вспоминают о том, насколько оно важно и значимо, при авариях и плановых работах, когда оказывается, что без электрического тока практически ничего не работает. В этой статье мы расскажем, что такое электричество с точки зрения физики, какие ученые причастны к его открытию и какую функцию оно выполняет в современном мире.

Что такое электричество

Термин «электричество» был введен в научное сообщество в 1600 году английским ученым Уильямом Гильбертом в сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». В научном труде он объяснил, как работает магнитный компас и описал опыты с наэлектризованными объектами.

Электричеством называют явления, которые происходят за счет существования, взаимодействия и движения электрических зарядов.

Происхождение термина

В VII веке до н. э. греческий философ Фалес Милетский обнаружил, что янтарь (древнегреческое «электрон»), потертый о шерсть, притягивает легкие предметы. Уильям Гилберт в XVII веке назвал это явление электричеством, или «янтарностью».

История

Над изучением электричества работали из века в век множество ученых. Некоторые из них внесли свою лепту в открытие:

  1. В 1663 году немец Отто фон Герике создал первую электростатическую машину, которая наглядно показала эффект притягивания и эффект отталкивания, возникающие от статического электричества.
  2. В 1729 году английский ученый Стивен Грей экспериментировал с передачей электричества на расстояние и обнаружил, что все материалы обладают разной способностью передавать электричество.
  3. В 1745 году голландский ученый Питер ван Мушенбрук создал первый в мире электрический конденсатор, известный как «Лейденская банка».
  4. Американец Бенджамин Франклин написал первую теорию электричества, ввел понятия положительного и отрицательного зарядов, изобрел молниеотвод и доказал электрическую природу молний.
  5. В 1785 году с открытием закона Кулона изучение электричества официально признается учеными точной наукой.
  6. В 1800 году итальянский физик Алессандро Вольта изобрел первый источник постоянного тока. Им стал гальванический элемент, который представлял собой столб из цинковых и серебряных кружочков со смоченной в подсоленной воде бумагой между ними.
  7. В 1802 году русский ученый Василий Петров обнаружил существование вольтовой дуги.
  8. В 1821 году француз Ампер доказал, что связь между явлениями электричества и магнетизма существует, только4 если подается электрический ток.
  9. Работы известных ученых Джоуля, Ленца, Ома помогли в открытии фундаментальных законов электричества.
  10. В 1830 году немец Карл Гаусс сформулировал основную теорему теории электростатического поля.
  11. В 1831 году англичанин Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию и создал первый в мире генератор электрической энергии. В 1834 году он же обосновал законы электролиза, ввел понятия магнитного и электрического полей. Ученому также принадлежит создание первого в мире электродвигателя.
  12. В 1873 году шотландский физик Джеймс Максвелл разработал теорию электромагнитных явлений, связав электричество и магнетизм.
  13. В 1873 году Александр Лодыгин продемонстрировал Академии наук лампу накаливания, созданную им по своей системе, за что получил Ломоносовскую премию.
  14. В 1876 году другой русский ученый Павел Яблочков получил патент за лампочку своей системы, которой дали название «свеча Яблочкова».
  15. В 1888 немецкий физик Генрих Герц опытным путем доказал существование электромагнитных волн.
  16. В 1897 году англичанин Джозеф Томсон открыл материальный носитель электричества — электрон.
  17. На протяжении XX века формировалась теория квантовой электродинамики.

Теория электричества

В основе теории электричества лежат фундаментальные законы:

  1. Закон сохранения энергии, которому подчиняются электрические явления.
  2. Закон Ома, который является основным законом электрического тока.
  3. Закон электромагнитной индукции — о взаимодействии электромагнитного и магнитного полей.
  4. Закон Ампера, который постулирует правила взаимодействия двух проводников с токами.
  5. Закон Джоуля-Ленца, который открыл тепловой эффект электричества.
  6. Закон Кулона — об электростатическом электричестве.
  7. Правила правой и левой руки, которые помогают определить направления как силовых линий магнитного поля, так и силы Ампера, которая действует на проводник в магнитном поле.
  8. Правило Ленца, которое позволяет определить направление индукционного тока.
  9. Законы Фарадея — об электролизе.

Электрические заряды

Суть явления электричества объясняется тем, что в состав атомов и молекул всех веществ входят элементарные частицы: электроны и протоны.

Протоны обладают положительным зарядом и действуют на заряд другой частицы или отталкивая, или притягивая ее. Нейтроны нейтральны. Электроны вращаются на большой скорости вокруг ядра атома и обладают отрицательным зарядом. Количество всех элементарных частиц в атоме (протонов, нейтронов, электронов) зависит от вещества.

Заряды элементарных частиц, воздействующие друг на друга, являются сутью явления электричества.

Стоит сказать, что различные вещества по-разному распределяют электрические заряды. Одни вещества настолько сильно притягивают электроны к ядрам, что те не в силах преодолеть свою орбиту вращения. Их называют диэлектриками. Они характеризуются тем, что не способны проводить электрический ток. Другие вещества позволяют своим электронам легко отрываться от атомов и блуждать по соседним. Эти вещества являются проводниками электричества. Перемещение электронов от одного атома к другому приводит к образованию энергии, которую и называют электричеством.

Принцип работы электричества

Работу электричества характеризует электрический ток.

Электрический ток — это упорядоченное движение частиц электрического заряда в проводнике под воздействием на них электрического поля.

Для существования электрического тока нужны 2 условия:

  1. Наличие свободных электрических зарядов в проводнике.
  2. Наличие внешнего электрического поля для проводника.

Заряженные частицы различаются в зависимости от среды вещества:

  • в металлах — это электроны;
  • в электролитах — ионы;
  • в газах — свободные электроны и ионы обоих полюсов;
  • в полупроводниках — электроны.

Откуда появляется электричество

Электричество, которое поступает в дома и квартиры, вырабатывает электрический генератор на станциях, соединенный с постоянно вращающейся турбиной.

В генераторе предусмотрена катушка, которая находится между полюсами магнита. Когда крутящаяся турбина приводит в действие катушку, в магнитном поле по законам физики появляется электроток. Т.е. генератор преобразовывает кинетическую энергию вращающейся турбины в электрическую.

Для вращения турбины используют различные источники энергии:

  1. Возобновляемые, которые получаются из неисчерпаемых ресурсов (вода, солнечный свет, ветер, термальные источники).
  2. Невозобновимые, исчерпаемые полезные ископаемые (уголь, торф, нефть, природный газ).
  3. Ядерные, получаемые в ходе ядерного деления атомов.

Во всем мире электроэнергия возникает благодаря работе станций:

  1. Гидроэлектростанции (ГЭС) находятся на берегах крупных рек и используют силу воды для создания электричества.
  2. Тепловые электростанции (ТЭС) работают на тепловой энергии, которая возникает от сжигания топлива.
  3. Атомные электростанции (АЭС) работают на тепловой энергии, которая получается в процессе ядерной реакции.

Преобразованная энергия поступает по проводам сначала в трансформаторные подстанции и распределительные устройства, а затем потом достигает наших домов и квартир.

В настоящее время ведется активное развитие альтернативных видов получения энергии (ветрогенераторы, солнечные батареи и т.п.), возможности которых пока уступают традиционным источникам.

Электричество в природе

Примерами естественного электричества являются:

  1. Молнии. Элементарные частицы воды в облаках сталкиваются друг с другом и приобретают положительный или отрицательный заряды. Положительно заряженные частицы за счет более легкого веса оказываются вверху облака, а отрицательные, более тяжелые, перемещаются вниз. Когда два таких облака находятся на близком расстоянии и на разной высоте, положительные заряды одного из них начинают взаимно притягиваться отрицательными частицами другого. В такой момент возникает явление молнии. То же самое происходит между облаками и поверхностью земли.
  2. Электрические импульсы в нервной системе живых организмов, с помощью которых передается информация от одних клеток к другим. Эта способность позволяет живым существам реагировать на внешние раздражители, управлять движениями и мыслить.
  3. Специфические органы у рыб, скатов и угрей, с помощью которых они создают электрические заряды, охотясь на добычу и обороняясь от хищников. Некоторые виды рыб могут создавать вокруг себя электрическое поле, которое помогает искать пищу и ориентироваться в воде.

Электричество как ресурс

Электрическая энергия имеет огромное значение как в бытовой жизни людей, так и в промышленности.

В быту

В обычной жизни электричество обычно используют:

  • для освещения улиц и домов;
  • для передачи информации (телевидение, радио, телефон, интернет);
  • для приведения в движение транспорта при помощи электродвигателя (метро, электричка, троллейбус, трамвай);
  • в бытовой технике (стиральная машина, утюг, пылесос и т. п.).

В производстве

Основным потребителем электроэнергии выступает промышленность: фабрики, шахты, заводы и химические комбинаты.

На промышленных предприятиях и заводах электрическую энергию используют для работы электромоторов, которые приводят в движение машины и станки.

В машинопроизводстве благодаря электрификации стало возможно создание массового выпуска продукции.

На добывающих предприятиях используются машины, приводимые в движение за счет электроэнергии. Это станки, насосы, конвейеры и т.п.

На химических заводах с помощью электричества стало возможным массовое изготовление химических веществ и удобрений.

Неоценима роль электроэнергии в строительной сфере. Без электрических подъемных кранов и других механизмов строительство не могло бы расти такими темпами, как сейчас.

Благодаря электричеству стало возможным внедрение автоматики в пищевую и легкую промышленность. Хлебозаводы, мясокомбинаты, консервные и макаронные фабрики сократили штат людей за счет автоматической или полуавтоматической техники.

Электричество — это ценнейший ресурс, который играет важную роль в жизни каждого человека. А для учащихся и студентов не менее важным ресурсом является образовательный сервис Феникс.Хелп, который помогает с решением учебных работ.

Электричество. Основные понятия

2013-05-13 Теория 3 комментария

В этой статье предлагаю вам вспомнить базовые понятия в электрике, без которых любая работа, связанная с электричеством становится проблематичной.

Итак, любая электрическая цепь представляет собой совокупность различных устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Простейшая электрическая цепь может состоять из источника энергии, нагрузки и проводников.

Проводники — вещества, проводящие электрический ток. Они обладают малым удельным сопротивлением( т.е оказывают наименьшее сопротивление прохождению тока) и способны проводить электрический ток практически без потерь. Лучшими проводниками являются золото, серебро, медь и алюминий. Наибольшее распространение, вследствии дороговизны золота и серебра, получили медь и алюминий. Медь наиболее часто встречающийся проводник, в отличии от алюминия, обладающий большей устойчивостью к окислению и физическим воздействиям: изгибу, скручеванию. Недостатком меди, по сравнению с алюминием, является более высокая стоимость.

Помимо проводников существуют также диэлектрики — вещества которые обладают большим удельным сопротивлением электрическому току (т.е являются непроводящими электрический ток). К ним относятся пластмассы, дерево, текстолит и т.д

Также надо отметить и еще один тип — полупроводники. По своему удельному сопротивлению они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Проводимость этих материалов существенно меняется под влиянием внешних факторов. К числу полупроводников относятся многие химические элементы, но наибольшее распространение получили кремний и германий.

Источник энергии — это устройство, преобразующее механическую, химическую, тепловую и другие виды энергии в электрическую.

Нагрузка — потребитель электрической энергии, т.е любой электроприбор, который преобразовывает электрическую энергию в механическую, тепловую, химическую и т.д

Прохождение электрического тока возможно только при замкнутой цепи.

Электрическим током в электротехнике называют направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля, создаваемого источником питания. Величина, характеризующая ток называется сила тока. Сила тока измеряется в Амперах и обозначается буквой А. Различают постоянный и переменный токи.

Постоянный ток ( DC, по-английски Direct Current) — это ток, свойства которого и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.

Переменный ток (AC по-английски Alternating Current) — это ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах обозначается отрезком синусоиды «

». Основными параметрами переменного тока являются период, амплитуда и частота.

Период — промежуток времени, в течение которого ток совершает одно полное колебание.

Частота — величина, обратная периоду, число периодов в секунду, измеряется в герцах (Гц).

Ток и напряжение в нагрузке увеличиваются и уменьшаются, а разница между минимальным и максимальным их значением называется амплитудой.

Измерение тока проводится амперметром, который подключается последовательно нагрузке.

Любой проводник в цепи, в зависимости от сечения, длины, материала, оказывает сопротивление прохождению электрического тока. Свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока называют сопротивлением. Сопротивление измеряется в Омах (Ом).

Разность потенциалов на концах источника питания называется напряжением. Напряжение измеряют в Вольтах и обозначают буквой В (V). В трехфазной электрической сети различают такие понятия, как линейное и фазное напряжения. Линейное напряжение ( или иначе межфазное) — это напряжение между двумя фазными проводами (380V). Фазное напряжение — это напряжение между нулевым проводом и одним из фазных (220V). Измеряется напряжение вольтметром, который подключается параллельно нагрузке.

Еще одним важным понятием в электротехнике является понятие мощности. Мощность источника характеризует скорость передачи или преобразования электроэнергии. Мощность измеряется в Ваттах (Вт, W).

Суммарная мощность всех подключенных потребителей равна сумме потребляемых мощностей каждым потребителем. Робщ = Р1+Р2+. Рn

Различают понятия активной и реактивной мощности. P – активная мощность (эффективная), связана с той электрической энергией, которая может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и др., измеряется в ваттах (Вт), представляет собой полезную мощность, которую можно использовать для выполнения работы.

P = IUcosф – для однофазной цепи, P = √3IUcosф – для трехфазной цепи, P = U*I — в цепи, где есть только активное сопротивление.

Q – реактивная мощность, связана с обменом электрической энергией между источником и потребителем, измеряется в вольт-амперах реактивных (вар), когда среднее значение мощности за период равно нулю, активная мощность равна нулю, энергия накопленная магнитным полем индуктивности, возвращается назад к источнику, ток в цепи не совершает работы, реактивный ток бесполезно загружает источники энергии и провода линии передач. Источниками реактивной энергии могут являться элементы, обладающие индуктивностью — электродвигатели, трансформаторы. Для того, чтобы уменьшить реактивную мощность на зажимах потребителей подключают конденсаторы (последовательно или параллельно).

Q = IUsinф – для однофазной цепи, Q = √3IUsinф – для трехфазной цепи

Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Коэффициент мощности — это соотношение активной мощности к полной, величина cosф равная углу сдвига фаз между напряжением и током. Чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Это приводит к уменьшению потерь электроэнергии, ее экономии.

На этом пока все, а в следующей части познакомимся с основными законами электротехники, которые необходимо знать любому человеку, связанному с электричеством.

Что такое электрический ток? Природа электричества

Что мы действительно знаем на сегодняшний день об электричестве? Согласно современным взглядам многое, но если более детально углубиться в суть данного вопроса, то окажется, что человечество широко использует электричество, не понимая истинной природы этого важного физического явления.

Целью данной статьи не является опровержение достигнутых научно-технических прикладных результатов исследований в области электрических явлений, которые находят широкое применение в быту и промышленности современного общества. Но человечество непрерывно сталкивается с рядом феноменов и парадоксов, которые не укладываются в рамки современных теоретических представлений относительно электрических явлений ‒ это указывает на отсутствие всецелого понимания физики данного явления.

Также на сегодняшний день науке известны факты, когда, казалось бы, изученные вещества и материалы проявляют аномальные свойства проводимости (Исследование влияния солнечного затмения на электрическую проводимость дистиллированной воды).

Такое явление как сверхпроводимость материалов также не имеет полностью удовлетворительной теории в настоящее время. Существует лишь предположение, что сверхпроводимость является квантовым явлением, которое изучается квантовой механикой. При внимательном изучении основных уравнений квантовой механики: уравнения Шрёдингера, уравнения фон Неймана, уравнения Линдблада, уравнения Гейзенберга и уравнения Паули, то станет очевидной их несостоятельность. Дело в том, что уравнение Шрёдингера не выводится, а постулируется методом аналогии с классической оптикой, на основе обобщения экспериментальных данных. Уравнение Паули описывает движение заряженной частицы со спином 1/2 (например, электрона) во внешнем электромагнитном поле, но понятие спина не связано с реальным вращением элементарной частицы, а также относительно спина постулируется то, что существует пространство состояний, никак не связанных с перемещением элементарной частицы в обычном пространстве.

В книге Анастасии Новых «Эзоосмос» есть упоминание относительно несостоятельности квантовой теории: «А вот квантомеханическая теория строения атома, которая рассматривает атом как систему микрочастиц, не подчиняющихся законам классической механики, абсолютно не актуальна. На первый взгляд доводы немецкого физика Гейзенберга и австрийского физика Шрёдингера кажутся людям убедительными, но если всё это рассмотреть с другой точки зрения, то их выводы верны лишь отчасти, а в целом, так и вовсе оба не правы. Дело в том, что первый описал электрон, как частицу, а другой как волну. Кстати и принцип корпускулярно-волнового дуализма также неактуален, поскольку не раскрывает перехода частицы в волну и наоборот. То есть куцый какой-то получается у учёных господ. На самом деле всё очень просто. Вообще хочу сказать, что физика будущего очень проста и понятна. Главное дожить до этого будущего. А что касательно электрона, то он становится волной только в двух случаях. Первый — это когда утрачивается внешний заряд, то есть когда электрон не взаимодействует с другими материальными объектами, скажем с тем же атомом. Второй, в предосмическом состоянии, то есть когда снижается его внутренний потенциал» [1].

Те же электрические импульсы, сгенерированные нейронами нервной системы человека, поддерживают активное сложное многообразное функционирование организма. Интересно отметить, что потенциал действия клетки (волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в виде кратковременного изменения мембранного потенциала на небольшом участке возбудимой клетки) находится в определённом диапазоне (рис. 1).

Нижняя граница потенциала действия нейрона находится на уровне -75 мВ, что очень близко к значению окислительно-восстановительного потенциала крови человека. Если проанализировать максимальное и минимальное значение потенциала действия относительно нуля, то оно очень близко к процентному округлённому значению золотого сечения, т.е. деление интервала в отношении 62% и 38%:

(Delta = 75 мВ+40 мВ = 115 мВ)

115 мВ / 100% = 75 мВ / х1 или 115 мВ / 100% = 40 мВ / х2

Все, известные современной науке, вещества и материалы проводят электричество в той или иной мере, поскольку в их составе присутствуют электроны, состоящие из 13 фантомных частичек По, которые, в свою очередь, являются септонными сгустками («ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» стр. 61) [2]. Вопрос заключается только в напряжении электрического тока, которое необходимо для преодоления электрического сопротивления.

Поскольку электрические явления тесно связаны с электроном, то в докладе «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» [2] приведена следующая информация относительно этой важной элементарной частицы: «Электрон является составной частью атома, одним из основных структурных элементов вещества. Электроны образуют электронные оболочки атомов всех известных на сегодняшний день химических элементов. Они участвуют почти во всех электрических явлениях, о которых ведают ныне учёные. Но что такое электричество на самом деле, официальная наука до сих пор не может объяснить, ограничиваясь общими фразами, что это, например, «совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц носителей электрических зарядов». Известно, что электричество не является непрерывным потоком, а переносится порциями ‒ дискретно».

Согласно современным представлениям: «электрический ток – это совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов». Но что такое электрический заряд?

Электрический заряд (количество электричества) — это физическая скалярная величина (величина, каждое значение которой может быть выражено одним действительным числом), определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (данный выбор считается в науке чисто условным и за каждым из зарядов закреплён вполне определённый знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм).

Электродинамика изучает электромагнитное поле в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд. Классическая электродинамика учитывает только непрерывные свойства электромагнитного поля.

Квантовая электродинамика изучает электромагнитные поля, которые обладают прерывными (дискретными) свойствами, носителями которых являются кванты поля — фотоны. Взаимодействие электромагнитного излучения с заряженными частицами рассматривается в квантовой электродинамике как поглощение и испускание частицами фотонов.

Стоит задуматься, почему магнитное поле появляется вокруг проводника с током, или же вокруг атома, по орбитам которого перемещаются электроны? Дело в том, что «то, что сегодня называют электричеством ‒ это на самом деле особое состояние септонного поля, в процессах которого электрон в большинстве случаев принимает участие наравне с другими его дополнительными «компонентами»» («ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» стр. 90) [2].

А тороидальная форма магнитного поля обусловлена природой его происхождения. Как сказано в статье «Концепция мирового эфира. Часть 2: Собственное септонное поле. Тор в основе строения материи»: «Учитывая фрактальные закономерности во Вселенной, а также тот факт, что септонное поле в материальном мире в пределах 6-ти измерений является тем фундаментальным, единым полем, на котором основаны все известные современной науке взаимодействия, то можно утверждать, что все они также имеют форму тора. И это утверждение может представлять особый научный интерес для современных исследователей». Поэтому электромагнитное поле всегда будет принимать форму тора, подобно тору септона.

Рассмотрим спираль, через которую протекает электрический ток и как именно формируется её электромагнитное поле (https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

Рис. 2. Силовые линии прямоугольного магнита

Рис. 3. Силовые линии спирали с током

Рис. 4. Силовые линии отдельных участков спирали

Рис. 5. Аналогия между силовыми линиями спирали и атомов с орбитальными электронами

Рис. 6. Отдельный фрагмент спирали и атом с силовыми линиями

ВЫВОД: человечеству еще только предстоит узнать тайны загадочного явления электричества.

Ключевые слова: ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА, электрический ток, электричество, природа электричества, электрический заряд, электромагнитное поле, квантовая механика, электрон.

Проектируем электрику вместе

Что такое электрический ток?

Что такое электричество. Определение электричества.. Атомный уровень материи.. Атом – строительный «кирпичик» вещества.. Строительные элементы атома – протоны, нейтроны и электроны.. Свободные электроны.. Ионы.. Электрическое поле.. Электрический ток..

Мы живем в электрическом веке. Невозможно представить нашу жизнь без электричества – оно, буквально, окружает нас: это освещение и тепло в наших домах, наши сотовые телефоны и компьютеры, микроволновки и кондиционеры. Это трамваи и троллейбусы, поезда в метро и электрички. Это навигационные приборы на корабле и в подводной лодке, самолете и космической ракете… Перечислять можно сколь угодно долго.

Даже в природе мы сталкиваемся со всевозможными проявлениями электричества, от молнии в грозу до нервных импульсов в нейронах нашего организма.

Но что такое есть электричество?

Это очень непростой вопрос. Поскольку – если не копать глубже – невозможно получить простой и окончательный ответ, кроме общих абстрактных представлений о том, как электричество проявляется в окружающем мире.
Есть много определений электричества. Вот одно из них:

Электричество есть свойство материи (вещества), обусловленное взаимодействием и движением электрических зарядов.

Определение, которое не лучше и не хуже многих других, зато короткое. Надо сказать, что любые определения электричества будут поверхностными, поскольку не раскрывают базовых понятий. Что такое электрические заряды? Какими свойствами они обладают? Как электрические заряды взаимодействуют? Почему они движутся? Как обнаружить это движение.

Строительные «кирпичики» вещества

Чтобы получить ответы на эти и многие другие вопросы, мы должны изменить масштаб, перейти с внешнего видимого уровня на внутренний – атомный уровень.

Атом – один из основных строительных «кирпичиков» материи, как и жизни тоже. Атомы существуют в более чем ста различных формах, как химические элементы: водород, углерод, кислород, медь и т. д. Атомы многих видов могут объединяться и создавать молекулы, из которых строятся различные вещества, которые мы можем физически увидеть и потрогать.

Атомы представляют собой крошечные частицы, размером не более 300 пм (это 300 · 10 -12 или 3 · 10 -10 или 0,0000000003 м ). Однако даже атом не достаточно мал, чтобы объяснить, как получается электричество. Мы должны нырнуть глубже, на следующий уровень и посмотреть, из каких строительных элементов, в свою очередь, состоит сам атом.

Строительные элементы атома

Атом представляет собой комбинацию из трех различных частиц: электронов, протонов и нейтронов. Каждый атом имеет центральное ядро, в котором протоны и нейтроны плотно упакованы вместе. Ядро окружает группа орбитальных электронов ( рис. 1 ).
До 30-х годов прошлого века думали, что электроны вращаются на отдельных орбитах вокруг ядра атома, как планеты солнечной системы вокруг Солнца. Дальнейшие исследования показали, что орбиты – не совсем подходящее понятие для описания электронов. Сегодня считается, что электроны существуют, как бы в «облаке», что окружает атомное ядро.
В любой заданный момент электрон имеет некоторую статистическую вероятность нахождения его где-то в «облаке». Это пока все, что можно об этом сказать.

Каждый атом должен иметь, по крайней мере, один протон. Число протонов в атоме определяет, какой химический элемент представляет атом. Например, атом с одним протоном – это атом водорода. Атом с 29 протонами – медь. Атом с 94 протонами – плутоний…
Таким образом, количество протонов в атоме определяет его атомный номер в таблице Менделеева.
Партнеры протона по ядру – нейтроны играют важную роль в стабильности ядра и определяют изотопы атомов. Они не имеют решающего значения для понимания электричества.

Электроны – именно они имеют решающее значение для объяснения электрического тока. Поскольку электроны и протоны – противоположно заряженные частицы (электроны несут отрицательный заряд, а протоны – положительный), то в стабильном состоянии каждый атом предпочитает иметь одинаковое число электронов и протонов. Нейтроны, оправдывая свое название, являются нейтральными, они не имеют заряда. Следовательно, атом в целом электрически нейтрален. В стабильном, уравновешенном состоянии, у атома всегда будет такое же число электронов, как и протонов. Так, ядро с 29 протонами (атом меди) окружено «облаком» из 29 электронов.

Свободные электроны

Вкратце разобравшись со строением атома, мы вплотную подошли к объяснению природы электрического тока в проводниках.

Не все электроны вечно связаны с атомом. Электрон, расположенный на внешней оболочке атома (по причине его слабой связи с ядром) под воздействием внешней силы может покинуть орбиту атома и стать свободным ( рис. 2 ). Появляется атом с отсутствующим электроном, который называется ионом. Из-за отсутствия электрона на внешней оболочке указанный ион становится положительно заряженным.

Этот ион может привлечь на свою внешнюю оболочку другие электроны, которые ранее были отделены от любого другого атома и, следовательно, этот ион снова становится нейтральным атомом. Потом он снова может стать положительно заряженным.

Электроны, которые движутся в проводнике от атома к атому случайным образом, называются свободными электронами . Наличие свободных электронов – вот ключ к пониманию природы электрического тока в проводнике.

Если теперь к проводнику приложить электрическое поле ( рис. 3 ), то свободные электроны начинают дрейфовать в определенном направлении в соответствии с полярностью приложенного напряжения.


Такое направленное (упорядоченное) движение электронов в проводнике под действием электрического поля называется электрическим током.

Какое направление движения тока принимается для расчетов и каково действительное направление движения электронов? Что такое постоянный и переменный ток. Об этом и многом другом – в следующих уроках.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий