Cos'è l'elettricità
In senso lato, l'elettricità è l'insieme dei fenomeni elettromagnetici, che sono varie manifestazioni del campo elettromagnetico e della sua interazione con la materia; in senso stretto è usato nell'espressione "quantità di elettricità", che è sinonimo di "carica elettrica" nella quantificazione di quest'ultima.
Cosa ti viene in mente quando senti la parola "elettricità" o "elettricità"? Una persona immaginerà una presa elettrica, un'altra - una linea elettrica, un trasformatore o una saldatrice, un pescatore penserà a un fulmine, una casalinga penserà a una batteria con il dito o un caricatore per cellulare, un tornitore penserà a un motore elettrico, e qualcuno lo immaginerà anche Nicola Teslaseduto nel suo laboratorio vicino a una bobina di induzione risonante che erutta un fulmine.
In un modo o nell'altro, ci sono molte manifestazioni di elettricità nel mondo moderno. La civiltà odierna nel suo insieme è impossibile da immaginare senza elettricità. Ma cosa sappiamo di lui? Facciamo chiarezza su questa informazione.
Dalla centrale elettrica all'elettrodomestico
Quando colleghiamo la presa di casa, accendiamo il bollitore o premiamo l'interruttore, in pratica volendo accendere la lampadina, allora in quel momento chiudiamo il circuito tra fonte E ricevitore di energia elettricafornire un percorso per la carica elettrica da percorrere, ad esempio attraverso la spirale di un bollitore.
La fonte di elettricità nella nostra casa è solitamente una presa. Una carica elettrica che si muove attraverso un filo (che nel nostro esempio è una bobina di nicromo su un bollitore) lo è elettricità… Il filo collega la presa all'utenza con due fili: lungo un filo la carica si sposta dalla presa all'utenza, lungo il secondo filo contemporaneamente — dall'utenza — alla presa. Se la corrente è alternata, i fili cambiano ruolo 50 volte al secondo.
La fonte di energia per il movimento delle cariche elettriche (o, più semplicemente, la fonte di energia elettrica) nella rete cittadina è principalmente una centrale elettrica. In una centrale elettrica, l'elettricità è generata da un potente Generatore, il cui rotore è azionato in rotazione da un impianto nucleare o da una centrale elettrica di altro tipo (ad esempio una turbina idraulica).
All'interno del generatore, il rotore magnetizzato attraversa i fili dello statore, provocando forza elettromotrice (EMF)generare tensione tra i terminali del generatore. E lo è sempre tensione alternata con una frequenza di 50 Hz, perché il rotore del generatore ha 2 poli magnetici e ruota ad una frequenza di 3000 giri/min, oppure ha 4 poli e una velocità di 1500 giri/min.
È la tensione nel nostro contatto che usiamo ogni giorno senza nemmeno pensarci. sulla lunga distanza percorsa dall'elettricità dalla centrale alla nostra presa alla velocità della luce (299.792.458 metri al secondo, la velocità di propagazione di un campo elettrico lungo i fili, che spinge gli elettroni al loro interno creando una corrente).
Tensione CA 220 volt in uscita
La tensione generata per le uscite è variabile perché: in primo luogo, può essere facilmente trasformata (diminuire o aumentare), e in secondo luogo, viene generata più facilmente e trasmessa con meno perdite nei cavi rispetto a una tensione costante.
Alimentando i fili a cui è collegato trasformatore, tensione alternata, otteniamo corrente alternata, che armonicamente cambia direzione 50 volte al secondo, è in grado di generare un campo magnetico alternato nel circuito magnetico del trasformatore, il quale, a sua volta, è nuovamente in grado di eccitare una corrente elettrica nei fili degli avvolgimenti secondari che avvolgono il circuito magnetico...
Se il campo magnetico fosse costante nello spazio coperto dalla bobina, la corrente nelle bobine semplicemente non sarebbe diretta (cfr. legge dell'induzione elettromagnetica).
Per ottenere una corrente, è necessario modificare il flusso magnetico nello spazio, dopodiché finirà in giro campo elettrico, agirà su una carica elettrica, che ad esempio può trovarsi all'interno di un filo di rame (elettroni liberi) situato attorno a questo spazio con un flusso magnetico variabile.
Il funzionamento sia dei generatori che dei trasformatori si basa su questo principio, con l'unica differenza che in un trasformatore non ci sono parti mobili in movimento: la sorgente del flusso magnetico alternato in un trasformatore è la corrente alternata dell'avvolgimento primario, e in un generatore è presente un rotore rotante con campo magnetico permanente.
E qua e là, il campo magnetico variabile, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, genera un campo elettrico vorticoso, che agisce sugli elettroni liberi all'interno dei fili, mettendo in moto questi elettroni. Se il circuito è chiuso all'utenza, la corrente fluirà attraverso l'utenza.
Accumulo di elettricità e corrente continua
È più conveniente accumulare elettricità nella vita di tutti i giorni sotto forma di energia chimica, vale a dire nelle batterie… La reazione chimica con gli elettrodi è in grado di creare una corrente quando il circuito esterno è chiuso all'utente, e maggiore è l'area degli elettrodi della batteria, più corrente può essere ottenuta da essa e a seconda del materiale del elettrodi e il numero di celle collegate in serie nella batteria, la tensione generata dalla batteria può essere diversa.
Quindi, per una batteria agli ioni di litio, la tensione standard di una singola cella è di 3,7 volt e può arrivare fino a 4,2 volt. Durante la scarica, gli ioni di litio caricati positivamente si spostano nell'elettrolita dall'anodo (-) a base di rame e grafite al catodo (+) a base di alluminio, e durante la carica dal catodo all'anodo, dove sotto l'azione dell'EMF di il caricatore si forma un composto di grafite-litio, a seguito del quale l'energia viene accumulata sotto forma di un composto chimico.
I condensatori elettrolitici funzionano in modo simile, differendo dalle batterie con una capacità elettrica inferiore, ma in un numero elevato di cicli di carica-scarica.
Per una batteria agli ioni di litio, la vita completa è limitata a un massimo di 1000 cicli di carica-scarica e il contenuto energetico specifico raggiunge i 250 Wh/kg. Per quanto riguarda i condensatori elettrolitici, la loro vita corrente corretta è stimata in decine di migliaia di ore, ma il consumo energetico è solitamente inferiore a 0,25 Wh/kg.
Elettricità statica
Se metti un lenzuolo di seta sopra una coperta di lana, li premi bene insieme e poi cerchi di allargarli, allora ci saranno elettrificazione... Ciò accadrà perché nelle condizioni di attrito di corpi con costanti dielettriche diverse, si verifica una separazione delle cariche sulle loro superfici: un materiale con una costante dielettrica più elevata sarà caricato positivamente e un materiale con una costante dielettrica inferiore - negativamente .
Maggiore è la differenza in questi parametri, più forte è l'elettrificazione: quando strofini i piedi con un tappeto di lana, carichi negativamente e il tappeto positivamente. I livelli potenziali possono raggiungere decine di migliaia di volt qui e toccare, ad esempio, un rubinetto dell'acqua collegato a qualcosa con messa a terra ti darà una scossa elettrica. Ma poiché la capacità elettrica è scarsa, questo spiacevole evento non rappresenterà una grande minaccia per la tua vita.
Un'altra cosa è una macchina elettroforetica, in cui una carica statica generata dall'attrito si accumula in un condensatore. L'accusa accumulata nella Leyden Bank è già in pericolo di vita.
Termini e definizioni più importanti
Cos'è un campo elettromagnetico
Il campo elettromagnetico è un particolare tipo di materia caratterizzata da una distribuzione continua nello spazio (onde elettromagnetiche) e rivelante la discretezza della struttura (fotoni), caratterizzata dalla capacità di propagarsi nel vuoto (in assenza di forti campi gravitazionali), esercitando un effetto di forza sulle particelle cariche, a seconda della loro velocità.
Cos'è la carica elettrica
La carica elettrica è una proprietà delle particelle della materia o dei corpi che caratterizza il loro rapporto con il proprio campo elettromagnetico e la loro interazione con un campo elettromagnetico esterno. Ha due tipi noti come carica positiva (carica di protone, positrone, ecc.) e carica negativa (carica di elettrone, ecc.). Come quantità, è quantificata dalla forte interazione di un corpo carico con un altro corpo carico.
Cos'è una particella carica
Una particella carica è una particella di materia che ha una carica elettrica.
Che cos'è un campo elettrico
Il campo elettrico è uno dei due lati del campo elettromagnetico, causato da cariche elettriche e cambiamenti nel campo magnetico, esercitando un effetto di forza su particelle e corpi carichi e rivelato dall'effetto di forza su corpi e particelle carichi stazionari.
Cos'è un campo magnetico
Il campo magnetico è uno dei due lati del campo elettromagnetico causato dalle cariche elettriche su particelle e corpi carichi in movimento e dalla variazione del campo elettrico che esercita una forza sulle particelle cariche in movimento ed è rivelato dall'azione di forza diretta generalmente rispetto alla direzione di movimento di queste particelle e proporzionale alla loro velocità.
Cos'è la corrente elettrica
La corrente elettrica è un fenomeno del movimento di particelle cariche e un fenomeno di variazione del campo elettrico nel tempo, accompagnato da un campo magnetico.
Qual è l'energia di un campo elettrico
Energia del campo elettrico: energia associata a un campo elettrico e convertita in altre forme di energia quando il campo elettrico cambia.
Cos'è l'energia del campo magnetico
Energia del campo magnetico — Energia associata a un campo magnetico e convertita in altre forme di energia da tre cambiamenti nel campo magnetico.
Cos'è l'energia elettromagnetica (energia elettrica)
Energia elettrica — l'energia del campo elettromagnetico, che consiste nell'energia del campo elettrico e nell'energia del campo magnetico.
Guarda anche:
Portatori di corrente elettrica
Condizioni per l'esistenza della corrente elettrica
Campo elettrico e magnetico: qual è la differenza?