L'électricité est un phénomène commun et vital pour la plupart des gens. Et comme toute chose familière, c'est rarement perceptible. Peu de gens se demandent d'où ça vient, comment ça marche, ce qu'on peut en faire. Cependant, ses recherches ont été menées bien avant notre ère, et jusqu'à présent, certains mystères restent sans réponse.
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Qu'entend-on par courant électrique
L'électricité est un ensemble de phénomènes liés à l'existence de charges électriques. Ce mot désigne le plus souvent le courant électrique et tous les processus qu'il provoque.
Le courant électrique est le mouvement dirigé de particules portant une charge sous l'influence d'un champ électrique.
Qui a inventé l'électricité - histoire
Les manifestations particulières de l'électricité ont été étudiées bien avant notre ère.Mais les combiner en une seule théorie expliquant les éclairs dans le ciel, l'attraction des objets, la capacité de provoquer des incendies et l'engourdissement des parties du corps, voire la mort d'une personne, s'est avéré être une tâche difficile.
Depuis l'Antiquité, les scientifiques ont étudié trois manifestations de l'électricité :
- Poissons qui génèrent de l'électricité ;
- Électricité statique;
- Magnétisme.
Dans l'Égypte ancienne, les guérisseurs connaissaient les étranges capacités du poisson-chat du Nil et essayaient de traiter les maux de tête et d'autres maladies avec. Les anciens médecins romains utilisaient une rampe électrique à des fins similaires. Les anciens Grecs ont étudié en détail les étranges capacités de la raie et savaient qu'une créature pouvait étourdir une personne sans contact direct à travers un trident et des filets de pêche.
Un peu plus tôt, on a découvert que si vous frottez de l'ambre sur un morceau de laine, il commencera à attirer la laine et les petits objets. Plus tard, un autre matériau aux propriétés similaires a été découvert - la tourmaline.
Vers 500 av. Les scientifiques indiens et arabes connaissaient les substances capables d'attirer le fer et utilisaient activement cette capacité dans divers domaines. Vers 100 av. Des scientifiques chinois ont inventé le compas magnétique.
En 1600, William Gilbert, le médecin de la cour d'Elizabeth I et de James I, découvrit que la planète entière est une immense boussole et introduisit le concept d'« électricité » (du grec « ambre »). Dans ses écrits, des expériences de frottement d'ambre sur de la laine et la capacité d'une boussole à indiquer le nord ont commencé à être combinées en une seule théorie. Dans l'image ci-dessous, il montre l'aimant à Elizabeth I.
En 1633, l'ingénieur Otto von Guericke invente une machine électrostatique qui peut non seulement attirer, mais aussi repousser des objets, et en 1745, Peter van Muschenbroek construit le premier dispositif de stockage de charge électrique au monde.
En 1800, l'Italien Alessandro Volta invente le premier source actuelle - une batterie électrique qui produit DC. Il était également capable de transmettre du courant électrique à distance. Par conséquent, cette année est considérée par beaucoup comme l'année de l'invention de l'électricité.
En 1831, Mike Faraday découvre le phénomène d'induction électromagnétique et ouvre la voie à l'invention de divers dispositifs basés sur le courant électrique.
Au tournant des XIXe et XXe siècles, un grand nombre de découvertes et de réalisations ont été faites, grâce aux activités de Nikola Tesla. Entre autres choses, il a inventé le générateur de haute fréquence et transformateur, moteur électrique, antenne pour signaux radio.
La science qui étudie l'électricité
L'électricité est un phénomène naturel. Il est partiellement étudié en biologie, chimie et physique. Les charges électriques les plus complètes sont considérées dans le cadre de l'électrodynamique - l'une des branches de la physique.
Théories et lois de l'électricité
Il existe peu de lois qui régissent l'électricité, mais elles décrivent parfaitement le phénomène :
- La loi de conservation de l'énergie est une loi fondamentale à laquelle obéissent également les phénomènes électriques ;
- La loi d'Ohm est la loi fondamentale du courant électrique ;
- La loi de l'induction électromagnétique - sur les champs électromagnétiques et magnétiques ;
- loi d'Ampère - sur l'interaction de deux conducteurs avec des courants;
- loi Joule-Lenz - sur l'effet thermique de l'électricité;
- Loi de Coulomb - sur l'électrostatique ;
- Les règles de la main droite et de la main gauche - déterminer les directions des lignes de champ magnétique et la force Ampère agissant sur un conducteur dans un champ magnétique ;
- Règle de Lenz - déterminer la direction du courant d'induction;
- Les lois de Faraday concernent l'électrolyse.
Premières expériences avec l'électricité
Les premières expériences avec l'électricité étaient principalement divertissantes. Leur essence était dans des objets légers qui étaient attirés et repoussés sous l'influence d'une force mal comprise. Une autre expérience divertissante est la transmission d'électricité à travers une chaîne de personnes se tenant la main. L'effet physiologique de l'électricité a été activement étudié par Jean Nollet, qui a fait passer une charge électrique à travers 180 personnes.
De quoi est composé le courant électrique ?
Un courant électrique est un mouvement dirigé ou ordonné de particules chargées (électrons, ions). De telles particules sont appelées porteuses de charge électrique. Pour que le mouvement apparaisse, il doit y avoir des particules chargées libres dans la substance. La capacité des particules chargées à se déplacer dans une substance détermine la conductivité de cette substance. Par conductivité, les substances se distinguent en conducteurs, semi-conducteurs, diélectriques et isolants.
Dans les métaux, la charge est déplacée par les électrons. Dans le même temps, la substance elle-même ne fuit nulle part - les ions métalliques sont solidement fixés dans les nœuds de la structure et n'oscillent que légèrement.
Dans les liquides, la charge est portée par des ions : des cations chargés positivement et des anions chargés négativement. Les particules se précipitent vers les électrodes avec la charge opposée, où elles deviennent neutres et se déposent.
Le plasma se forme dans les gaz sous l'action de forces de potentiels différents. La charge est portée par les électrons libres et les ions des deux pôles.
Dans les semi-conducteurs, la charge est déplacée par les électrons, se déplaçant d'atome en atome et laissant derrière eux des discontinuités considérées comme chargées positivement.
D'où vient le courant électrique
L'électricité qui passe par les câbles des maisons est générée par un générateur électrique dans diverses centrales électriques. Sur eux, le générateur est relié à une turbine en rotation constante.
En conception Générateur il y a un rotor - une bobine située entre les pôles de l'aimant. Lorsque la turbine fait tourner ce rotor dans un champ magnétique, selon les lois de la physique, un courant électrique apparaît ou est induit. Ainsi, le but du générateur est de convertir la force cinétique de rotation en électricité.
Il existe de nombreuses façons de faire tourner une turbine, en utilisant une variété de sources d'énergie. Ils sont divisés en trois types :
- Renouvelable - énergie dérivée de ressources inépuisables : flux d'eau, lumière du soleil, vent, sources géothermiques et biocarburants ;
- Non renouvelable - énergie obtenue à partir de ressources qui apparaissent très lentement, sans commune mesure avec le rythme de consommation : charbon, pétrole, tourbe, gaz naturel ;
- Nucléaire - énergie obtenue à partir du processus de division des cellules nucléaires.
Le plus souvent, l'électricité est générée par le travail de:
- Centrales hydroélectriques (HPP) - construites sur les rivières et utilisant la puissance du débit d'eau ;
- Centrales thermiques (TPP) - fonctionnent à l'énergie thermique provenant de la combustion de carburant ;
- Centrales nucléaires (CNP) - fonctionnent à l'énergie thermique obtenue à partir du processus de réaction nucléaire.
L'énergie convertie est fournie par des câbles aux sous-stations de transformation et aux tableaux de distribution et n'atteint qu'ensuite le consommateur final.
Aujourd'hui, les énergies dites alternatives se développent activement. Il s'agit notamment des éoliennes, des panneaux solaires, de l'utilisation de sources géothermiques et de tout autre moyen d'obtenir de l'électricité grâce à des phénomènes inhabituels. L'énergie alternative est bien inférieure en termes de productivité et de retour sur investissement aux sources traditionnelles, mais dans certaines situations, elle permet d'économiser de l'argent et de réduire la charge sur les réseaux électriques principaux.
Il y a aussi un mythe sur l'existence BTG - générateurs sans carburant. Sur Internet il y a des vidéos démontrant leur travail et leur vente est offerte. Mais il y a beaucoup de controverse sur la fiabilité de ces informations.
Types d'électricité dans la nature
L'exemple le plus simple d'électricité naturelle est la foudre. Les particules d'eau dans les nuages entrent constamment en collision les unes avec les autres, acquérant une charge positive ou négative. Les particules plus légères et chargées positivement se retrouvent au sommet du nuage, tandis que les plus lourdes et négatives descendent. Lorsque deux nuages similaires se trouvent à une distance suffisamment proche, mais à des hauteurs différentes, les charges positives de l'un commencent à s'attirer mutuellement par les particules négatives de l'autre. A ce moment, la foudre se produit. De plus, ce phénomène se produit entre les nuages et la surface terrestre elle-même.
Une autre manifestation de l'électricité dans la nature est les organes spéciaux des poissons, des raies et des anguilles. Avec leur aide, ils peuvent créer des charges électriques pour se défendre des prédateurs ou étourdir leurs proies. Leur potentiel va de décharges très faibles, imperceptibles pour l'homme, à des décharges mortelles.Certains poissons créent un faible champ électrique autour d'eux, ce qui les aide à rechercher des proies et à naviguer dans les eaux boueuses. Tout objet physique le déforme d'une manière ou d'une autre, ce qui aide à recréer l'espace environnant et à «voir» sans yeux.
L'électricité se manifeste également dans le travail du système nerveux des organismes vivants. Un influx nerveux transmet des informations d'une cellule à une autre, vous permettant de répondre à des stimuli externes et internes, de penser et de contrôler vos mouvements.
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