Откуда берется электричество: как появилось

Электричество, пожалуй, самое значимое открытие в истории человечества. Неведомая ранее сила существовала всегда и яркий пример тому – молния. Столкнувшись с этим явлением, ученые задавались вопросом – откуда взялось электричество и что это такое?

Изучение электричества продолжалось почти 2700 лет. С того самого момента, когда древний философ Фалес Милетский обнаружил притяжение мелких предметов янтарем, потертым о кусочек шерсти. Сегодня мы знаем, что электричество передается электронами – маленькими «шариками», бегущими по проводам.

Эксперимент: положите на стол мелкие кусочки бумаги, а затем возьмите простую пластиковую ручку и интенсивно потрите ее о кусочек шерсти или о волосы. Приблизив ручку к кусочкам бумаги, они просто начнут прилипать к ней. Это и есть притяжение, возникшее в следствии статического заряда.

Содержание

1 Источники
2 Современное электричество
3 Ноль

Источники

В процессе исследований ученые задавались вопросом – откуда берется электричество, и находили все новые источники. В природе атмосферное электричество носит статический характер. Мельчайшие капельки воды, из которых состоят облака, трутся друг о друга. В результате трения накапливают заряд и в конечном итоге разряжаются друг в друга или в землю в виде молнии.

Электростатическая машина

Принцип ее действия основан все на том же трении, а современные электростатические машины демонстрируют на уроках физики. Первая такая машина появилась еще в 1663 году. Тогда ученые заметили, что при трении стекла о шелк возникает один заряд, а при трении смолы о шерсть ‒ другой. Противоположные заряды тогда называли «стеклянным и смоляным электричеством». Сегодня мы знаем, что это положительный (+) и отрицательный (-) заряды.

Накапливали эти заряды в лейденской банке. Это был первый конденсатор, который представлял собой стеклянную банку, обмотанную фольгой и заполненную соленой водой. Вода накапливала один заряд, а фольга ‒ второй. При сближении контактов между ними проскакивает искра, являя собой маленькую модель молнии.

Гальванический элемент

Сегодня это обычная батарейка – источник постоянного тока. Электроток в батарейке появляется в результате химической реакции. Получить его можно и в домашних условиях. В стакан с уксусом опустите простой гвоздь, а рядом ‒ медную проволоку. Вот и все ‒ батарейка готова. Первый гальванический элемент создал выдающийся физик Вольт. Он взял цинковые и серебряные кружочки и, чередуя их по очереди, переложил бумажками, промоченными в соленой воде. Однако подсказкой для Вольта стал эксперимент профессора медицины Гальвани. Ученый, изучая анатомию, подвесил лягушечью лапку на медном крючке, а когда прикоснулся к ней стальным предметом лапка дёрнулась. Понадобилось более 10 лет, чтобы разгадать загадку откуда появилось электричество, но в итоге Вольт определил, что оно возникло в процессе взаимодействия разных металлов.

Генератор

Первый генератор был создан в 1831 году известным физиком Фарадеем. Принцип основан на связи электричества и магнетизма. Ученый намотал на катушку провод и, когда двигал внутри катушки магнит, в обмотке появлялось электрический ток. Тот же принцип сохраняется в современных динамо-машинах. Такие устройства устанавливают на переднее колесо велосипеда и подключают к фаре. В корпусе находится катушка, а в середине вращается постоянный магнит. Современные промышленные генераторы, работающие на электростанциях, устроены сложнее. В них постоянный магнит заменили катушкой возбуждения, то есть электромагнитом, а в остальном работает все тот же принцип, открытый Фарадеем.

Солнечная батарея

Как уже упоминалось, электричество передается электронами. Для того чтобы электроны начали перемещаться по проводам, им нужна дополнительная энергия. В простых генераторах они получают эту энергию от магнитного поля, а вот в солнечных батареях ‒ от света. Маленькие частички света – фотоны, попадают на специальную матрицу, которая под воздействием света начинает отдавать электроны и возникает электрический ток.

Современное электричество

Сегодня без электричества трудно представить существование человечества. К тому же с ростом технологических мощностей одним из актуальных вопросов становится ‒ откуда брать электричество. Поэтому в мире строятся и работают множество различных электростанций. Не считая солнечные, все остальные производят электрический ток с помощью генераторов, а вот вращаются эти генераторы благодаря различным силам.

Принцип работы различных видов электростанций:

гидроэлектростанция – вращение происходит за счет прохождения потока воды через турбину (лопасти);
ветряная электростанция – вращение происходит за счет ветра, раскручивающего лопасти пропеллера;
теплоэлектростанция – сжигается топливо, нагревая воду и превращая ее в пар. В свою очередь, пар под давлением проходит через турбину и вращает лопасти, а вращение передается генератору;
атомная электростанция – принцип тот же, что и у тепловой, только вода нагревается не сгоранием топлива, а замедленной ядерной реакцией.

Вот откуда в наш дом приходит электричество. Правда на своем пути стремительные электроны проходят еще много различных установок, электрических станций и подстанций, где преобразовывается напряжение, распределяется мощность и др. Объяснить для детей откуда берется электричество можно проще, сказав, что это невидимая сила, получаемая из самой природы – течения рек, дуновения ветра, огня. При этом обязательно нужно предупредить, что электрический ток – опасен и не прощает шалостей, поэтому от розеток лучше держаться подальше.

Ноль

В обыкновенной розетке присутствует 2 контакта – фаза и ноль. Откуда берется ноль в электричестве, если плюс и минус являются переменными фазы? Каждый генератор на электростанции имеет 3 обмотки и в каждой генерируется отдельная фаза. Фазы обозначают латинскими буквами А, В и С. Концы всех 3-х обмоток замкнуты, а вторые концы – источники фаз. Точка замыкания обмоток и является нулем. Таким образом, ток от любой из обмоток, проходящий через нагрузку, возвращается в нулевую точку. Дополнительно в щитовой дома ноль заземляется, а схема называется «глухозаземленная нейтраль». При воздушной ЛЭП нулевой провод заземляется на опорах. Это сделано, чтобы при коротком замыкании ток достиг максимума, достаточного для срабатывания отсекающей автоматики. К тому же если на основном нулевом проводе произойдет обрыв, земля сработает как коллектор и аварии не произойдет.

На некоторых промышленных электроустановках выполняется изолированная нейтраль, так как это предусмотрено эксплуатационными особенностями самой установки. В домах же ноль обязательно заземляется.