Despre electricitate
Dintre toate formele de energie, cea mai usor de utilizat este energia electricã. Electricitatea rãmâne înainte de orice un fenomen natural.
La fel ca alte energii, si energia electricã 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 cãldurii), cum ar fi un fir metalic. Aceste particule poartã sarcini electrice. Astfel studiul electricitãþii începe prin cel al sarcinilor electrice, ramurã a fizicii numitã "electrostaticã".
Încã din Antichitate, grecii au observat cã o bucãþicã de chihimblar galben, ce a fost frecatã înainte putea atrage obiecte foarte putea atrage obiecte foarte uºoare ca fulgi,aºchii de lemn... Cuvântul elektron, denumirea greceascã pentru chihimblar, se regãseºte ºi astãzi în cuvântul ca 15215g612p re numeºte neobiºnuita proprietate pe care o au unele corpuri, de a atrage alte corpuri dupã frecare: electrizarea. Electrostatica se ocupã cu explicarea acestui fenomen.
Atomii, particule foarte mici ce alcãtuiesc toate corpurile sunt consideraþi neutri din punct de vedere elctric, deoarece au un numãr egal de sarcini negative ºi pozitive. Atomul poate ceda sau accepta electroni. Atomii care primesc electroni se încarcã cu elctricitate negativã. Cei care cedeazã electroni se încarcã cu electricitate pozitivã. Acest fenomen are loc ºi la electrizarea prin frecare.
Fenomenul ce apare atunci când chihimblarul atrage alte corpuri mici, are loc ºi atunci când un pieptene de plastic atrage firele de pãr sau ecranul unui televizor atrage o bucatã de hârtie. Sarcinile electrice negative atrag sarcinile electrice pozitive ºi resping sarcinile pozitive. De aici putem enunþa legea fundamentalã a electrostaticii: douã corpuri încãrcate cu acelaºi tip de sarcinã electricã se resping; douã corpuri purtãtoare de sarcini electrice de semn opus se atrag.
Pentru separarea sarcinilor pozitivã (+) ºi negativã(-) trebuie furnizatã o anumitã cantitate de energie. Dar atunci când ele se unesc se produce fenomenul numit descãrcare electricã, energia fiind eliberatã. În general aceasta se manifestã printr-o scânteie, o scurtã apariþie de luminã, zgomot ºi cãldurã. Aceste descãrcãri electrice au loc în mod natural dar pot fi produse ºi în laborator. Când îmbrãcãm o hainã din material sintetic simþim o descãrcare micã iar în întuneric putem observa uneori o scânteie. De ce se întâmplã acest lucru? Pentru cã prin frecare materialul sintetic electrizeazã haina aceea, separând sarcinile pozitive de cele negative. Iar când îmbrãcãm haina, sarcinile electrice de semn opus se întâlnesc dând naºtere la descãrcãri electrice.
Trãznetul reprezintã o descãrcare electricã de proporþii mult mai mari care are loc între partea superioarã ºi cea inferioarã a unui nor, între doi nori situaþi la altitudini diferite sau între un nor ºi Pãmânt, fiind însoþit de o luminã puternicã, fulgerul. O contribuþie majorã asupra acestui fenomen natural a adus-o Benjamin Franklin (1706-1790), scriitor ºi fizician amator. El a demonstrat cã trãznetul ia naºtere prin întâlnirea brutalã a douã tipuri de sarcini electrice, pe care el le-a numit "pozitive" ºi "negative". În timpul unei furtuni curenþii violenþi de aer amestecã violent picãturile de ploaie. Datoritã acestei frecãri între apã ºi aer electrizeazã norii de furtunã : sarcinile pozitive se grupeazã în partea superioarã a norilor iar cele negative în partea inferioarã a norului. Între acestea din urmã ºi sarcinile pozitive ale altui nor sau cele ale nivelului solului are loc o atracþie electricã.
Aceste douã tipuri desarcini se întâlnesc, rezultând o serie de scântei violente în succesiune foarte rapidã : fulgerul.
Pentru a proteja o clãdire de trãznet pe acoperiºul acesteia se monteazã un paratrãznet, ce reprezintã o tijã metalicã, înaltã ºi ascuþitã, legatã de pãmânt printr-un cablu metalic izolat de corpul clãdirii. Scânteia este captatã de paratrãznet ºi condusã la pãmânt.
Toate corpurile pot fi electrizate prin frecare dar sarcini electrice produse se comportã diferit, depinzând de natura corpului respectiv: conductor sau izolator (nu permite trecerea curentului electric sau cãldurii). În conductoare (metale în special) sarcinile elctrice se repartizeazã pe toatã suprafaþa corpului; în timp ce în izolatore ele rãmân localizate în partea supusã frecãrii.
Curentul electric se produce atunci când sunt puse în miºcare sarcinile electrice. Curentul electric de mare intensitate produs de trãznet care traverseazã paratrãznetul nu poate fi folosit deoarece este instantaneu. Pentru a putea fi menþinut sub control, curentul electric trebuie sã 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 (chimicã, mecanicã, etc.) un generator produce energie electricã. Un bun exemplu este bateria. O baterie simplã este alcãtuitã din douã tipuri de metale dierite, de exemplu cupru ºi zinc, ce sunt scufundate într-un mediu conductor (de exemplu apã sãratã). Atunci când printr-un circuit exterior format dintr-un conductor unim cele douã metale, în baterie au loc o serie de reacþii eletrochimice complexe. Ele provoacã deplasarea sarcinilor electrice care se transmit prin circuit ; curentul începe sã curgã. Cele douã metale reprezintã electrozii bateriei numiþi ºi "bornele" circuitului. Toate bateriile formate din metale ºi medii conductoare diferite, pornite de la prima baterie din 1800 funcþioneazã pe aceleaºi principii.
Am putea oare sã ne imaginãm cum ar fi viaþa noastrã fãrã electricitate? Iluminarea s-ar face cu ajutorul lãmpilor cu petrol. Nu ar exista aparatele electrocasnice ºi nici televizorul, casetofonul. Din viaþa noastrã cotidianã face parte electricitatea uºor de utilizat, nevoia de energie electricã a consumatorilor fiind enormã. Deci este necesarã producerea de electricitate în cantitãþi imense ºi transportarea ei cãtre consumatori.
Þãrile industrializate ºi-au creat o reþea foarte dezvoltatã bine organizatã ºi fiabilã de producere ºi transport al energiei electrice numite centrale electrice. Principiul este acelaºi la toate : transformarea unei alte forme de energie în energie electricã. Deci centralele sunt uriaºe instalaþii de transformare a energiei.
Hidrocentralele transformã energia mecanicã a apei curgãtoare în energie electricã. Sub presiune apa este adusã pânã la centralã, unde este folositã pentru a învârti niºte turbine. Acestea vor pune în miºcare alternatoarele instalaþiei, puternice generatoare care funcþioneazã pe principiul electromagnetismului ºi care vor produce curent electric. Termocentralele transformã energia termicã degajatã prin arderea cãrbunelui ºi a altor combustibili.Aceºtia sunt arºi în cuve prin care circulã apa astfel încât cãldura dagajatã la presiuni înalte, transformã apa în vapori. La rândul lor vaporii învârt turbinele iar acestea vor antrena alternatoarele instalaþiei. În cazul centralelor nucleare energia este extrasã din cãldura degajatã în urma reacþiilor nucleare. Principala parte a acestor centrale o reprezintã reactorul de fuziune nuclearã. Cãldura imensã care se degajã prin fisiunea atomilor instabili cum sunt cei de uraniu, transformã apa în vapori. La fel ca la termocentralã, vaporii vor învârti turbinele ºi alternatoarele.
Deoarece adesea centralele unde se produce electricitatea sunt la distanþe mari de utilizatorii finali, aceasta trebuie transportatã pânã la aceºtia. Pentru a fi cât mai puþine pierderi la transpoartare, curentul este ridicat la o tensiune foarte înaltã. Cu cât este mai ridicatã tensiunea, cu atât sunt mai puþine pierderile. La ieºirea din centrale este montat un transformator, ridicãtor de tensiune. Apoi energia electricã este transportatã prin linii de înaltã tensiune, montate pe niºte piloni metalici de dimensiuni mari. În apropiere de oraºe ºi zone industriale staþiile de transformare coboarã tensiunea energiei electrice la o tensiune medie, apoi la o tensiune micã. Tensiunea medie alimenteazã întreprinderile mici ºi mijlocii, spitalele, ºcolile. Locuinþele individuale folosesc energia elctricã la tensiune joasã.
|
