Was ist Elektrizität?
Im weitesten Sinne ist Elektrizität die Gesamtheit elektromagnetischer Phänomene, die verschiedene Erscheinungsformen des elektromagnetischen Feldes und seiner Wechselwirkung mit Materie sind; im engeren Sinne wird es im Ausdruck „Elektrizitätsmenge“ verwendet, der in der Quantifizierung der letzteren gleichbedeutend mit „elektrischer Ladung“ ist.
Was fällt Ihnen ein, wenn Sie das Wort „Elektrizität“ oder „Elektrizität“ hören? Der eine stellt sich eine Steckdose vor, der andere eine Stromleitung, einen Transformator oder ein Schweißgerät, ein Fischer denkt an einen Blitz, eine Hausfrau denkt an eine Batterie mit dem Finger oder ein Handy-Ladegerät, ein Dreher denkt an einen Elektromotor, und jemand wird es sich sogar vorstellen Nikola TeslaEr sitzt in seinem Labor in der Nähe einer resonierenden Induktionsspule, aus der Blitze ausbrechen.
Auf die eine oder andere Weise gibt es in der modernen Welt viele Erscheinungsformen von Elektrizität. Elektrizität ist aus der heutigen Zivilisation nicht mehr wegzudenken. Aber was wissen wir über ihn? Lassen Sie uns diese Informationen klären.
Vom Kraftwerk zum Elektrogerät
Wenn wir zu Hause den Stecker in die Steckdose stecken, den Wasserkocher einschalten oder den Schalter betätigen, im Grunde wollen wir die Glühbirne anzünden, dann schließen wir in diesem Moment den Stromkreis dazwischen Quelle Und Empfänger von Elektrizitätum einen Weg für die elektrische Ladung zu schaffen, zum Beispiel durch die Spirale eines Wasserkochers.
Die Stromquelle in unserem Haus ist normalerweise eine Steckdose. Eine elektrische Ladung, die sich durch einen Draht bewegt (in unserem Beispiel handelt es sich um eine Nichrom-Spule auf einem Wasserkocher). Elektrizität… Der Draht verbindet die Steckdose über zwei Drähte mit dem Benutzer: Über einen Draht wandert die Ladung von der Steckdose zum Benutzer, über den zweiten Draht gleichzeitig – vom Benutzer – zur Steckdose. Bei Wechselstrom wechseln die Drähte 50 Mal pro Sekunde ihre Rolle.
Die Energiequelle für die Bewegung elektrischer Ladungen (oder einfacher die Stromquelle) im Stadtnetz ist in erster Linie ein Kraftwerk. In einem Kraftwerk wird Strom durch eine leistungsstarke Anlage erzeugt Generator, dessen Rotor von einer Kernanlage oder einem Kraftwerk eines anderen Typs (z. B. einer Wasserturbine) in Rotation versetzt wird.
Im Inneren des Generators kreuzt der magnetisierte Rotor die Statordrähte und verursacht so elektromotorische Kraft (EMF)Spannung zwischen den Klemmen des Generators erzeugen. Und das ist es immer Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hz, weil der Rotor des Generators 2 Magnetpole hat und mit einer Frequenz von 3000 U/min rotiert, oder 4 Pole und eine Drehzahl von 1500 U/min hat.
Es ist die Spannung in unserem Kontakt, die wir jeden Tag nutzen, ohne darüber nachzudenken. über den langen Weg, den Elektrizität zurücklegt Vom Kraftwerk zu unserer Steckdose mit Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 Meter pro Sekunde – die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines elektrischen Feldes entlang der Drähte, das die Elektronen in ihnen drückt und einen Strom erzeugt).
Wechselspannung 220 Volt am Ausgang
Die erzeugte Spannung für die Ausgänge ist variabel, weil sie erstens leicht umgewandelt (verringert oder erhöht) werden kann und zweitens leichter erzeugt und mit weniger Verlusten in den Leitungen übertragen wird als eine konstante Spannung.
Durch die Stromversorgung der Drähte, an die es angeschlossen ist Transformator, Wechselspannung, erhalten wir Wechselstrom, das 50 Mal pro Sekunde harmonisch seine Richtung ändert, ist in der Lage, im Magnetkreis des Transformators ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, das wiederum in der Lage ist, in den Drähten der Sekundärwicklungen, die den Transformator wickeln, einen elektrischen Strom anzuregen Magnetkreis ...
Wenn das Magnetfeld im von der Spule abgedeckten Raum konstant wäre, wäre der Strom in den Spulen einfach nicht gerichtet (vgl. Gesetz der elektromagnetischen Induktion).
Um einen Strom zu erhalten, ist es notwendig, den magnetischen Fluss im Raum zu ändern, woraufhin er umherfließt elektrisches Feld, wirkt es auf eine elektrische Ladung ein, die sich beispielsweise in einem Kupferdraht (freie Elektronen) befinden kann, die sich um diesen Raum mit einem sich ändernden magnetischen Fluss befindet.
Der Betrieb von Generatoren und Transformatoren basiert auf diesem Prinzip, mit dem einzigen Unterschied, dass es in einem Transformator keine beweglichen Arbeitsteile gibt: Die Quelle des magnetischen Wechselflusses ist in einem Transformator der Wechselstrom der Primärwicklung und in einem Generator Es gibt einen rotierenden Rotor mit permanentem Magnetfeld.
Und hier und da erzeugt das sich ändernde Magnetfeld nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion ein elektrisches Wirbelfeld, das auf die freien Elektronen in den Drähten einwirkt und diese Elektronen in Bewegung setzt. Ist der Stromkreis zum Verbraucher geschlossen, fließt der Strom durch den Verbraucher.
Stromspeicher und Gleichstrom
Am bequemsten ist es, Elektrizität im Alltag in Form chemischer Energie zu speichern, nämlich in Batterien… Die chemische Reaktion mit den Elektroden ist in der Lage, einen Strom zu erzeugen, wenn der externe Stromkreis zum Benutzer geschlossen ist, und je größer die Fläche der Batterieelektroden, desto mehr Strom kann daraus gewonnen werden und je nach Material des Abhängig von den Elektroden und der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen in der Batterie kann die von der Batterie erzeugte Spannung unterschiedlich sein.
Bei einer Lithium-Ionen-Batterie beträgt die Standardspannung einer einzelnen Zelle also 3,7 Volt und kann bis zu 4,2 Volt betragen. Beim Entladen bewegen sich positiv geladene Lithiumionen im Elektrolyten von der Anode (-) auf Basis von Kupfer und Graphit zur Kathode (+) auf Basis von Aluminium und beim Laden von der Kathode zur Anode, wo unter der Wirkung der EMF von Im Ladegerät entsteht eine Graphit-Lithium-Verbindung, wodurch Energie in Form einer chemischen Verbindung gespeichert wird.
Elektrolytkondensatoren funktionieren auf ähnliche Weise, unterscheiden sich von Batterien durch eine geringere elektrische Kapazität, jedoch mit einer großen Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen.
Bei einer Lithium-Ionen-Batterie ist die Gesamtlebensdauer auf maximal 1000 Lade-Entlade-Zyklen begrenzt und der spezifische Energiegehalt erreicht 250 Wh/kg. Bei Elektrolytkondensatoren wird ihre korrigierte Stromlebensdauer auf Zehntausende Stunden geschätzt, der Energieverbrauch beträgt jedoch normalerweise weniger als 0,25 Wh/kg.
Statische Elektrizität
Wenn Sie ein Seidenlaken auf eine Wolldecke legen, diese gut zusammendrücken und dann versuchen, sie auseinanderzuspreizen, dann wird es so sein Elektrifizierung... Dies geschieht, weil unter den Reibungsbedingungen von Körpern mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten eine Ladungstrennung auf ihren Oberflächen auftritt: Ein Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstante wird positiv geladen, ein Material mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante - negativ .
Je größer der Unterschied dieser Parameter ist, desto stärker ist die Elektrifizierung. Wenn Sie Ihre Füße mit einem Wollteppich reiben, laden Sie ihn negativ und den Teppich positiv auf. Die Potentialwerte können hier Zehntausende Volt erreichen, und die Berührung beispielsweise eines Wasserhahns, der an etwas Geerdetes angeschlossen ist, führt zu einem Stromschlag. Da die elektrische Kapazität jedoch knapp ist, stellt dieses unangenehme Ereignis keine große Gefahr für Ihr Leben dar.
Eine andere Sache ist eine elektrophoretische Maschine, bei der sich eine durch Reibung erzeugte statische Ladung in einem Kondensator ansammelt. Die in der Leidener Bank angesammelte Anklage ist bereits lebensgefährlich.
Wichtigste Begriffe und Definitionen
Was ist ein elektromagnetisches Feld?
Das elektromagnetische Feld ist eine besondere Art von Materie, die durch eine kontinuierliche Verteilung im Raum (elektromagnetische Wellen) und die Offenlegung der Diskretheit der Struktur (Photonen) gekennzeichnet ist und durch die Fähigkeit gekennzeichnet ist, sich im Vakuum auszubreiten (ohne starke Gravitationsfelder). Abhängig von ihrer Geschwindigkeit übt es eine Kraftwirkung auf geladene Teilchen aus.
Was ist elektrische Ladung?
Elektrische Ladung ist eine Eigenschaft von Materieteilchen oder Körpern, die ihre Beziehung zu ihrem eigenen elektromagnetischen Feld und ihre Wechselwirkung mit einem externen elektromagnetischen Feld charakterisiert. Es gibt zwei Arten, die als positive Ladung (Protonen-, Positronenladung usw.) und negative Ladung (Elektronenladung usw.) bekannt sind. Als Größe wird sie durch die starke Wechselwirkung eines geladenen Körpers mit einem anderen geladenen Körper quantifiziert.
Was ist ein geladenes Teilchen?
Ein geladenes Teilchen ist ein Materieteilchen, das eine elektrische Ladung besitzt.
Was ist ein elektrisches Feld?
Das elektrische Feld ist eine der beiden Seiten des elektromagnetischen Feldes, das durch elektrische Ladungen und Änderungen im Magnetfeld verursacht wird, eine Kraftwirkung auf geladene Teilchen und Körper ausübt und sich durch die Kraftwirkung auf stationäre geladene Körper und Teilchen offenbart.
Was ist ein Magnetfeld?
Das Magnetfeld ist eine der beiden Seiten des elektromagnetischen Feldes, das durch die elektrischen Ladungen auf sich bewegenden geladenen Teilchen und Körpern und durch die Änderung des elektrischen Feldes entsteht, die eine Kraft auf die sich bewegenden geladenen Teilchen ausübt und sich durch die allgemein gerichtete Kraftwirkung zeigt relativ zur Bewegungsrichtung dieser Teilchen und proportional zu ihrer Geschwindigkeit.
Was ist elektrischer Strom?
Elektrischer Strom ist ein Phänomen der Bewegung geladener Teilchen und ein Phänomen der zeitlichen Veränderung des elektrischen Feldes, begleitet von einem Magnetfeld.
Was ist die Energie eines elektrischen Feldes?
Elektrische Feldenergie – Energie, die mit einem elektrischen Feld verbunden ist und in andere Energieformen umgewandelt wird, wenn sich das elektrische Feld ändert.
Was ist Magnetfeldenergie?
Magnetfeldenergie – Energie, die mit einem Magnetfeld verbunden ist und durch drei Änderungen im Magnetfeld in andere Energieformen umgewandelt wird.
Was ist elektromagnetische Energie (elektrische Energie)?
Elektrische Energie – die Energie des elektromagnetischen Feldes, die aus der Energie des elektrischen Feldes und der Energie des magnetischen Feldes besteht.
Siehe auch:
Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom
Elektrisches und magnetisches Feld: Was ist der Unterschied?