Despre electricitate
Dintre toate formele de energie, cea mai usor de utilizat este energia electrică. Electricitatea rămâne înainte de orice un fenomen natural.
La fel ca alte energii, si energia electrică provine din efectuarea unui lucru, în acest caz curentul electric. Dar ce este curentul electric? Este un flux de particule în miscare printr-un conductor (corp care are proprietatea de a permite trecerea curentului electric sau a căldurii), cum ar fi un fir metalic. Aceste particule poartă sarcini electrice. Astfel studiul electricității începe prin cel al sarcinilor electrice, ramură a fizicii numită "electrostatică".
Încă din Antichitate, grecii au observat că o bucățică de chihimblar galben, ce a fost frecată înainte putea atrage obiecte foarte putea atrage obiecte foarte ușoare ca fulgi,așchii de lemn... Cuvântul elektron, denumirea grecească pentru chihimblar, se regăsește și astăzi în cuvântul ca 15215g612p re numește neobișnuita proprietate pe care o au unele corpuri, de a atrage alte corpuri după frecare: electrizarea. Electrostatica se ocupă cu explicarea acestui fenomen.
Atomii, particule foarte mici ce alcătuiesc toate corpurile sunt considerați neutri din punct de vedere elctric, deoarece au un număr egal de sarcini negative și pozitive. Atomul poate ceda sau accepta electroni. Atomii care primesc electroni se încarcă cu elctricitate negativă. Cei care cedează electroni se încarcă cu electricitate pozitivă. Acest fenomen are loc și la electrizarea prin frecare.
Fenomenul ce apare atunci când chihimblarul atrage alte corpuri mici, are loc și atunci când un pieptene de plastic atrage firele de păr sau ecranul unui televizor atrage o bucată de hârtie. Sarcinile electrice negative atrag sarcinile electrice pozitive și resping sarcinile pozitive. De aici putem enunța legea fundamentală a electrostaticii: două corpuri încărcate cu același tip de sarcină electrică se resping; două corpuri purtătoare de sarcini electrice de semn opus se atrag.
Pentru separarea sarcinilor pozitivă (+) și negativă(-) trebuie furnizată o anumită cantitate de energie. Dar atunci când ele se unesc se produce fenomenul numit descărcare electrică, energia fiind eliberată. În general aceasta se manifestă printr-o scânteie, o scurtă apariție de lumină, zgomot și căldură. Aceste descărcări electrice au loc în mod natural dar pot fi produse și în laborator. Când îmbrăcăm o haină din material sintetic simțim o descărcare mică iar în întuneric putem observa uneori o scânteie. De ce se întâmplă acest lucru? Pentru că prin frecare materialul sintetic electrizează haina aceea, separând sarcinile pozitive de cele negative. Iar când îmbrăcăm haina, sarcinile electrice de semn opus se întâlnesc dând naștere la descărcări electrice.
Trăznetul reprezintă o descărcare electrică de proporții mult mai mari care are loc între partea superioară și cea inferioară a unui nor, între doi nori situați la altitudini diferite sau între un nor și Pământ, fiind însoțit de o lumină puternică, fulgerul. O contribuție majoră asupra acestui fenomen natural a adus-o Benjamin Franklin (1706-1790), scriitor și fizician amator. El a demonstrat că trăznetul ia naștere prin întâlnirea brutală a două tipuri de sarcini electrice, pe care el le-a numit "pozitive" și "negative". În timpul unei furtuni curenții violenți de aer amestecă violent picăturile de ploaie. Datorită acestei frecări între apă și aer electrizează norii de furtună : sarcinile pozitive se grupează în partea superioară a norilor iar cele negative în partea inferioară a norului. Între acestea din urmă și sarcinile pozitive ale altui nor sau cele ale nivelului solului are loc o atracție electrică.
Aceste două tipuri desarcini se întâlnesc, rezultând o serie de scântei violente în succesiune foarte rapidă : fulgerul.
Pentru a proteja o clădire de trăznet pe acoperișul acesteia se montează un paratrăznet, ce reprezintă o tijă metalică, înaltă și ascuțită, legată de pământ printr-un cablu metalic izolat de corpul clădirii. Scânteia este captată de paratrăznet și condusă la pământ.
Toate corpurile pot fi electrizate prin frecare dar sarcini electrice produse se comportă diferit, depinzând de natura corpului respectiv: conductor sau izolator (nu permite trecerea curentului electric sau căldurii). În conductoare (metale în special) sarcinile elctrice se repartizează pe toată suprafața corpului; în timp ce în izolatore ele rămân localizate în partea supusă frecării.
Curentul electric se produce atunci când sunt puse în mișcare sarcinile electrice. Curentul electric de mare intensitate produs de trăznet care traversează paratrăznetul nu poate fi folosit deoarece este instantaneu. Pentru a putea fi menținut sub control, curentul electric trebuie să fie mai întâi produs de un generator, apoi introdus într-un circuit electric iar în final utilizate de un receptor. Din transformarea altor forme de energie (chimică, mecanică, etc.) un generator produce energie electrică. Un bun exemplu este bateria. O baterie simplă este alcătuită din două tipuri de metale dierite, de exemplu cupru și zinc, ce sunt scufundate într-un mediu conductor (de exemplu apă sărată). Atunci când printr-un circuit exterior format dintr-un conductor unim cele două metale, în baterie au loc o serie de reacții eletrochimice complexe. Ele provoacă deplasarea sarcinilor electrice care se transmit prin circuit ; curentul începe să curgă. Cele două metale reprezintă electrozii bateriei numiți și "bornele" circuitului. Toate bateriile formate din metale și medii conductoare diferite, pornite de la prima baterie din 1800 funcționează pe aceleași principii.
Am putea oare să ne imaginăm cum ar fi viața noastră fără electricitate? Iluminarea s-ar face cu ajutorul lămpilor cu petrol. Nu ar exista aparatele electrocasnice și nici televizorul, casetofonul. Din viața noastră cotidiană face parte electricitatea ușor de utilizat, nevoia de energie electrică a consumatorilor fiind enormă. Deci este necesară producerea de electricitate în cantități imense și transportarea ei către consumatori.
Țările industrializate și-au creat o rețea foarte dezvoltată bine organizată și fiabilă de producere și transport al energiei electrice numite centrale electrice. Principiul este același la toate : transformarea unei alte forme de energie în energie electrică. Deci centralele sunt uriașe instalații de transformare a energiei.
Hidrocentralele transformă energia mecanică a apei curgătoare în energie electrică. Sub presiune apa este adusă până la centrală, unde este folosită pentru a învârti niște turbine. Acestea vor pune în mișcare alternatoarele instalației, puternice generatoare care funcționează pe principiul electromagnetismului și care vor produce curent electric. Termocentralele transformă energia termică degajată prin arderea cărbunelui și a altor combustibili.Aceștia sunt arși în cuve prin care circulă apa astfel încât căldura dagajată la presiuni înalte, transformă apa în vapori. La rândul lor vaporii învârt turbinele iar acestea vor antrena alternatoarele instalației. În cazul centralelor nucleare energia este extrasă din căldura degajată în urma reacțiilor nucleare. Principala parte a acestor centrale o reprezintă reactorul de fuziune nucleară. Căldura imensă care se degajă prin fisiunea atomilor instabili cum sunt cei de uraniu, transformă apa în vapori. La fel ca la termocentrală, vaporii vor învârti turbinele și alternatoarele.
Deoarece adesea centralele unde se produce electricitatea sunt la distanțe mari de utilizatorii finali, aceasta trebuie transportată până la aceștia. Pentru a fi cât mai puține pierderi la transpoartare, curentul este ridicat la o tensiune foarte înaltă. Cu cât este mai ridicată tensiunea, cu atât sunt mai puține pierderile. La ieșirea din centrale este montat un transformator, ridicător de tensiune. Apoi energia electrică este transportată prin linii de înaltă tensiune, montate pe niște piloni metalici de dimensiuni mari. În apropiere de orașe și zone industriale stațiile de transformare coboară tensiunea energiei electrice la o tensiune medie, apoi la o tensiune mică. Tensiunea medie alimentează întreprinderile mici și mijlocii, spitalele, școlile. Locuințele individuale folosesc energia elctrică la tensiune joasă.
|
