De elektriciteit is een fysieke eigenschap van materie. Het bestaat uit die negatieve of positieve interactie tussen de protonen en de elektronen van materie. De term verwijst naar de amberkleur, vanwege de veelzijdige en heldere kleur die deze presenteerde. De term werd echter voor het eerst in de wetenschappelijke samenleving geïntroduceerd door de Engelse wetenschapper William Gilbert (1544-1603) in de 16e eeuw om het fenomeen van energie-interactie tussen deeltjes te beschrijven.
Wat is elektriciteit
Inhoudsopgave
Onder fysieke elektriciteit worden de verschijnselen verstaan die zich manifesteren door de aanwezigheid van elektrische ladingen die aanwezig zijn in lichamen, aangezien ze bestaan uit moleculen en atomen, waarvan de interactie van hun subdeeltjes elektrische impulsen genereert. De positieve en negatieve ladingen op de atomen zijn statische elektriciteit, terwijl de beweging van elektronen en hun afgifte uit de atomen elektrische stromen produceren.
Dit maakt deel uit van het elektromagnetisme, dat met de zwaartekracht en de zwakke kernkracht en sterke kernkracht de fundamentele interacties van de natuur vormt.
De etymologie komt van het Latijnse electrum, ook van het Griekse élektron, wat "amber" betekent. De Griekse filosoof Thales van Miletus (624-546 v.Chr.) Observeerde hoe wrijving amber magnetiseerde met statische elektriciteit, en eeuwen later merkte de wetenschapper Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) op hoe de positieve ladingen van elektriciteit ze werden onthuld wanneer glas werd gewreven, en op hun beurt werden negatieven getoond wanneer harsen, zoals barnsteen, werden gewreven.
De stroom van energie uit bewegende of statische ladingen is wat wordt genoemd elektriciteit of de overdracht van elektronen van het ene naar het andere atoom, en de resulterende elektrische kracht wordt gemeten in volt of watt, een term die in elektriciteit in Engels en Het is vernoemd naar de uitvinder van de stoommachine James Watt (1736-1819).
Het is echter mogelijk om elektriciteit in de natuur te vinden, zoals bij atmosferische gebeurtenissen, bio-elektriciteit (elektriciteit aanwezig bij sommige dieren) en de magnetosfeer.
Een van de bekendste gevallen van dieren die elektriciteit produceren, is die van de elektrische aal, die in zijn lichaam elektrocyten heeft (een orgaan van dit dier dat elektrische velden opwekt), die door zijn hele lichaam worden aangetroffen en op dezelfde manier functioneren als neuronen en kunnen tot 500 volt ontladingen genereren.
Omdat er een diversiteit aan elementen is, zijn hun atomen verschillend; daarom zijn sommige materialen dragers van elektriciteit en andere isolatoren. De beste geleiders zijn metalen, omdat ze weinig elektronen in hun atomen hebben, dus er is geen grotere hoeveelheid energie nodig om deze subatomaire moleculen van het ene atoom naar het andere te laten springen.
Elektriciteitskenmerken
Volgens zijn dynamiek, oorsprong, prestaties en fenomenen die het produceert, heeft het kenmerken waardoor het opvalt. Enkele van de belangrijkste zijn:
- Cumulatief. Er zijn apparaten die elektriciteit kunnen opslaan in chemische stoffen in accu's, waardoor het kan worden bewaard voor later gebruik (batterijen).
- Zijn manier om te verkrijgen. In het geval van batterijen of cellen wordt het chemisch verkregen; ook door elektromagnetische inductie bij het verplaatsen van een geleider in een magnetisch veld, zoals alternatoren; en van licht, wanneer bepaalde soorten metalen elektronen afgeven als er zonlicht op valt (zonnepanelen).
- De effecten ervan. Deze kunnen fysisch, mechanisch of kinetisch, thermisch, chemisch, magnetisch en lichtgevend zijn.
- Zijn manifestaties. Ze kunnen onder andere de vorm hebben van bliksem, statische elektriciteit, stroomstromen.
- Gevaarlijkheid. Door warmte te genereren, kan het ernstige brandwonden veroorzaken en bij sterkere blootstelling de dood.
- Weerstandsvermogen en geleidbaarheid. Het is de oppositie van sommige soorten materie vóór de passage en de gemakkelijke stroming ervan.
Soorten elektriciteit
Er zijn verschillende soorten elektriciteit, de belangrijkste zijn:
Statisch
Statisch ontstaat door overmatige elektrische lading, die zich ophoopt in een geleidend of isolerend materiaal.
Het is bekend dat atomen zijn samengesteld uit een bepaald aantal protonen (positieve lading) in hun kern en hetzelfde aantal elektronen (negatieve lading) die eromheen draaien, waardoor het atoom elektrisch neutraal of in evenwicht is; maar wanneer wrijving wordt opgewekt tussen twee lichamen of substanties, kunnen ladingen worden gegenereerd op genoemde objecten.
Dit komt omdat de elektronen van beide materialen met elkaar in contact komen, waardoor een onbalans in de ladingen van de atomen ontstaat, wat leidt tot statische elektriciteit. Het wordt zo genoemd omdat het wordt gegenereerd in atomen die in rust zijn en zijn lading niet beweegt maar stationair blijft. Een voorbeeld hiervan is wanneer we een borstel door het haar halen en sommige worden opgetild door de statische elektriciteit van de wrijving tussen het materiaal van hetzelfde en het haar. Artefacten zoals printers gebruiken statische elektriciteit om de toner of inkt op het papier zichtbaar te maken.
Dynamisch
Dit type wordt geproduceerd door een lading die in beweging is, of de stroom ervan. Hiervoor heb je een elektrische bron nodig (die chemisch kan zijn, zoals een batterij, of elektromechanisch, zoals een dynamo) die elektronen door een geleidend materiaal laat stromen waardoor deze elektrische ladingen kunnen circuleren.
Daarin bewegen elektronen zich van het ene atoom naar het andere, enzovoort. Deze circulatie staat bekend als elektrische stroom. Een voorbeeld van dit type elektriciteit zijn stopcontacten, die een bron van dynamische elektriciteit zijn voor apparaten en andere apparaten die elektriciteit nodig hebben.
Het is belangrijk om het bestaan van andere soorten elektriciteit te benadrukken, waaronder:
- Basis: dit type verwijst naar het aantrekken van positieve en negatieve ladingen, waarbij de objecten worden opgeladen. Het wordt gegenereerd door twee polen, die elkaar niet noodzakelijkerwijs moeten raken, maar elkaar moeten aantrekken. Dit type elektriciteit wordt aangetroffen in alledaagse voorwerpen.
- Gedrag: het wordt beschouwd als onderdeel van de dynamiek, omdat het wordt getransporteerd door middel van geleiders, daarom blijft het door de circuits bewegen. Er zijn verschillende geleiders, zoals onder meer metalen (vooral koper), aluminium, goud, koolstof.
- Elektromagnetisch: het wordt gegenereerd door een magnetisch veld, dat kan worden opgeslagen en uitgezonden als straling, dus het wordt aanbevolen om uzelf niet gedurende lange tijd aan dit type veld bloot te stellen. Natuurkundige Hans Christian Ørsted (1777-1851) ontdekte de relatie tussen magnetisme en elektriciteit en observeerde dat elektrische stroom een magnetisch veld creëert.
Een van de toepassingen van dit soort elektriciteit valt op in de geneeskunde, bijvoorbeeld voor röntgenapparatuur of voor magnetische resonantiebeeldvorming.
- Industrieel: dit is wat moet worden gegenereerd voor de grote machines die worden gebruikt bij de massaproductie van producten, die grote hoeveelheden energie vereisen omdat ze een hoog vermogen hebben.
Het werd ontwikkeld nadat de wetenschap had bewezen dat natuurlijke energiebronnen, zoals bliksem, door de mens kunnen worden gekanaliseerd en gebruikt, waardoor het een krachtige bron van elektrische energie wordt, waardoor aan de behoeften van de industrie kan worden voldaan.
Elektrische manifestaties
Elektrische lading
Het is een eigenschap dat sommige subatomaire deeltjes (elektronen, neutronen en protonen) elkaar moeten aantrekken en afstoten, en het bepaalt ook hun elektromagnetische interactie. Dit wordt geproduceerd in de atomen, die het overbrengen naar de moleculen van een ander lichaam, of via een geleidend materiaal. Het verwijst ook naar het vermogen van een deeltje om fotonen (lichtdeeltjes of elektromagnetische energie) uit te wisselen.
Dit is bijvoorbeeld aanwezig bij statische elektriciteit, een lading die in een lichaam stilstaat. Een lading veroorzaakt ook de elektromagnetische kracht, omdat deze kracht op anderen uitoefent. Kosten kunnen negatief zijn en andere positief, en ladingen van hetzelfde type zullen worden afgestoten, terwijl tegengestelde ladingen zullen aantrekken.
De ladingen worden gemeten door de eenheid coulomb of coulomb en wordt weergegeven door de letter C, en betekent de hoeveelheid lading die door een sectie van een geleider gaat in een periode van één seconde. Zowel materie als antimaterie hebben gelijke en tegengestelde ladingen ten opzichte van hun overeenkomstige deeltje.
Elektrische stroom
Dit is de stroom van elektrische lading door een materiaal, geproduceerd door de beweging van elektronen of een ander soort lading. Het zal een magnetisch veld produceren, een van de elektrische verschijnselen die kunnen worden benut, in dit geval door een elektromagneet.
De materialen waardoor deze stroom zal circuleren, kunnen vast, vloeibaar of gasvormig zijn. In vaste materialen bewegen elektronen; ionen (atomen of moleculen die niet elektrisch neutraal zijn) bewegen in vloeistoffen; en de gasvormige, kunnen zowel elektronen als ionen zijn.
De hoeveelheid stroomlading gedurende een tijdseenheid staat bekend als de intensiteit van elektrische stroom, die wordt gesymboliseerd door de letter I en wordt aangegeven als coulombs per seconde of ampère.
De elektrische stroom kan zijn:
- Continu of direct, dat zijn die ladingsstromen die in een constant pad circuleren, het wordt niet onderbroken door een vacuümperiode, omdat het maar in één richting is.
- Alternate, degene die in twee richtingen beweegt, wijzigt zijn pad en zijn intensiteit.
- Trifasisch, de groepering van drie wisselstromen met dezelfde amplitude, frequentie en effectieve waarde (concept dat wordt gebruikt om periodieke golven te bestuderen), met een verschil van 120 ° tussen fase en fase.
elektrisch veld
Het is een elektromagnetisch veld dat is opgewekt door een elektrische lading (zelfs als het niet beweegt) en dat de ladingen die het omringen of erin bevinden, beïnvloedt. De velden zijn niet meetbaar, maar de belastingen die erop worden geplaatst, kunnen worden geobserveerd.
Een elektrisch veld is een fysieke ruimte waar de elektrische ladingen van de verschillende lichamen op elkaar inwerken en de concentratie van de intensiteit van een elektrische kracht wordt bepaald. In deze regio zijn de eigenschappen gewijzigd door de aanwezigheid van een lading.
Elektrisch potentieel
Het verwijst naar de capaciteit van een elektrisch lichaam, of de energie die het nodig heeft om een last te verplaatsen of werk uit te voeren, en wordt gemeten in volt. Dit concept is gerelateerd aan dat van potentiaalverschil, dat wordt gedefinieerd als de energie die nodig is om een lading van het ene punt naar het andere te verplaatsen.
Dit kan alleen worden gedefinieerd in een beperkt gebied van ruimte voor een statisch veld, aangezien voor bewegende ladingen de Liénard-Wiechert-potentialen worden gebruikt (ze beschrijven de elektromagnetische velden van een verdeling van bewegende ladingen).
Elektromagnetisme
Dit verwijst naar de magnetische velden die worden gegenereerd als gevolg van de elektrische ladingen die in beweging zijn en die de aantrekking of afstoting produceren naar de materialen die zich binnen deze velden bevinden, die elektrische stroom kunnen genereren.
Elektrische circuits
Het verwijst naar de verbinding van ten minste twee elektrische componenten, zodat elektrische lading voor een specifiek doel in een gesloten pad kan stromen. Deze zijn opgebouwd uit elementen zoals componenten, knooppunten, takken, mazen, bronnen en geleiders.
Er zijn circuits met een ontvanger, zoals in het geval van gloeilampen of bellen; serieschakelingen, zoals kerstverlichting; circuits parallel, zoals in het geval van lichten die tegelijkertijd met dezelfde schakelaar worden ingeschakeld; gemengde circuits (ze combineren serie en parallel); en geschakeld, dit zijn degene die het bijvoorbeeld mogelijk maken om een of meer lichten vanuit meer dan een ander punt in te schakelen.
Geschiedenis van elektriciteit
De antecedenten van elektriciteit gaan terug tot de oudheid, zelfs bijna drieduizend jaar voor Christus, waar mensen bepaalde elektrische verschijnselen in de natuur observeerden, ondanks dat ze niet wisten hoe ze werden geproduceerd of hun dynamiek. Evenzo waren ze getuigen van bepaalde magnetische verschijnselen die worden veroorzaakt door sommige soorten materialen die in de natuur zijn verkregen, zoals magnetiet, of de aanwezigheid ervan bij dieren.
In ongeveer 2750 v.Chr. Schreef de Egyptische beschaving over de elektrische vis die in de rivier de Nijl werd gevonden, en noemde ze de beschermers van de andere fauna erin. Rond 600 voor Christus was Thales van Miletus de eerste die ontdekte dat barnsteen elektrische en magnetische eigenschappen verwierf wanneer het werd ingewreven met een specifiek materiaal. Maar elektriciteit als wetenschap dateert uit de zeventiende en achttiende eeuw, midden in de wetenschappelijke revolutie, toen de verschijning van dit studiegebied de perfecte context was voor het begin van de industriële revolutie, en haar expansie in de moderne wereld die opkwam, het was cruciaal voor de ontwikkeling van de mensheid.
Voordien, in de 16e eeuw, leverden de filosoof en arts William Gilbert (1544-1603) belangrijke bijdragen aan de studie van het elektrische fenomeen, met bijzondere aandacht voor elektriciteit en magnetisme. De termen "elektriciteit" en "elektrisch" verschijnen voor het eerst in 1646 in het werk van de Engelsman Thomas Browne (1605-1682). De meeteenheden voor de verschillende elektrische verschijnselen kwamen later naar voren dankzij meerdere bijdragen van intellectuelen in de natuurkunde.
De wetenschapper, politicus en uitvinder Benjamin Franklin (1706-1790) slaagde er in 1752 in om het elektrische vermogen in een bliksemschicht door een vlieger te leiden, wat leidde tot de uitvinding van de bliksemafleider; een apparaat dat wordt gebruikt om elektriciteit van bliksem naar de grond te geleiden. Later vond de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta (1745-1827) in 1800 de spanningsbatterij uit die het mogelijk maakte om energie op te slaan, gebruikmakend van het gebruik van elektriciteit die werd opgewekt door chemische reacties; en in 1831 ontwikkelde de natuurkundige Michael Faraday (1791-1867) de eerste elektrische generator, die het mogelijk maakte om continu elektrische stroom te sturen.
De eerste fase van de industriële revolutie betrof geen elektriciteit voor de ontwikkeling ervan, maar maakte gebruik van energie die werd opgewekt door stoom. Reeds tegen de tweede industriële revolutie in de 19e eeuw werden elektriciteit en olie gebruikt om energie op te wekken, waardoor de wetenschapper Thomas Alva Edison (1847-1931) in 1879 de eerste gloeilamp met gloeidraad kon aansteken.
Aan het einde van de 19e eeuw en het begin van de 20e eeuw betwistten Edison, verdediger van gelijkstroom, en de uitvinder en ingenieur Nikola Tesla (1856-1943), vader van wisselstroom, de toekomst van elektriciteit.
Gelijkstroom werd populair in de Verenigde Staten voor huishoudelijk en industrieel gebruik; Al snel werd echter ontdekt dat het inefficiënt was over lange afstanden en wanneer een hogere spanning vereist was, en enorme hoeveelheden warmte uitstraalde.
Tesla ontwikkelde experimenten die leidden tot het ontdekken van alternatieve manieren om elektrische energie efficiënter te transporteren, wat resulteerde in de ontdekking van wisselstroom.
George Westinghouse (1846-1914), een Amerikaanse zakenman, steunde en kocht de uitvinding van Tesla, die uiteindelijk de strijd om elektriciteit won omdat het een goedkoper type stroom was met minder energieverlies.
Belang van elektriciteit
Het belang ervan is van vitaal belang voor het moderne leven, omdat het een van de fundamentele pijlers van de huidige samenleving is, aangezien in principe alles wat mensen gebruiken, elektriciteit nodig heeft om te functioneren: elektrische apparaten, machines, communicatie, sommige vormen van transport, productie van goederen en diensten, onder meer op het gebied van geneeskunde en wetenschap.
Het kan door de mens worden gemaakt of rechtstreeks uit de natuur worden aangewend. Kunstmatige elektriciteit wordt opgewekt door turbines, condensors en machines die afhankelijk zijn van de kracht van de natuur om te functioneren, zoals dammen, die de kracht van grote hoeveelheden water gebruiken om de stroom op te wekken die grote steden van stroom voorziet.
De planeet Aarde is ook in staat om elektriciteit op te wekken, die stralen, flitsen en bliksem die we midden in een storm aan de hemel zien, zijn elektrische ontladingen die worden opgewekt door de botsing van enorme clusters van materie en energie. Dit wordt natuurlijke elektrische stroom genoemd en kan door de mens worden gebruikt met bliksemafleiders en superbestendige geleiders die de impact van een ontlading van een dergelijke omvang kunnen absorberen.
10 voorbeelden van het gebruik van elektriciteit
Elektriciteit heeft meerdere toepassingen bij menselijke activiteiten. Enkele van de meest prominente voorbeelden zijn:
- In voertuigen met auto-elektriciteit, die circuleert door circuits die delen ervan bereiken en die elektriciteit nodig hebben om te functioneren, zoals lichten, de claxon, de motor, onder andere, en wordt opgewekt door een batterij.
- Voor verlichting dus voor het inschakelen van woon-, openbare en industriële verlichting.
- Voor het ontsteken van elektrische apparaten en elektronica.
- Om warmte te genereren in gematigde klimaten, bijvoorbeeld door verwarming.
- Voor transport, zoals vliegtuigen, omdat ze elektriciteit nodig hebben om op te stijgen.
- Voor de medische sector, gebruikt in apparaten die worden gebruikt voor analyse en studies.
- In de industrie, die grote hoeveelheden elektrische lading nodig heeft voor de productie van consumentenproducten.
- Om beweging te genereren door motoren die elektrische energie aandrijven, waarbij elektrische energie wordt omgezet in mechanische energie.
- Voor communicatie, gebruikt in apparaten zoals repeaterantennes, zenders, onder anderen.
- Voor het transporteren en regelen van vloeistoffen, zoals water, door middel van magneetventielen die de doorstroming helpen matigen.
