Электричество и магнетизм

Прежде чем осваивать практические методы использования электроэнергии и особенности работы современных электрогенераторов, нужно понять основу — суть электричества, магнетизма и их взаимосвязи — электромагнетизма. Остановимся подробнее на каждом из них.

Электричество

Слово «электричество» происходит от греческого «электрон», что означает «янтарь». Древние греки заметили, что янтарь, потертый об овечью шерсть, притягивает к себе лёгкие предметы. Проявления электричества в природе всегда волновали людей. Но началом их изучения принято считать 1752 год, когда учёный и политик Бенджамин Франклин начал проведение своих опытов.

Электризация объектов. Даже когда мы ничего не знали из науки об электричестве, мы могли проделывать опыты с ним без помощи каких-либо приборов. Всем знакомы легкое потрескивание и искры, издаваемые при снимании с тела синтетической или шерстяной кофты, особенно заметные в тишине и в темноте. Или воздушный шарик, если им активно играть, вдруг начинает собирать на себя пылинки. Это самое простое бытовое проявление электричества – электризация объектов. Мы проделали опыт с воздушным шариком. После натирания шерстяной варежкой шарик наэлектризовался и стал притягивать к себе бумажные сердечки. И сейчас выясним, почему.

Что такое электрический заряд. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов. Каждый атом состоит из протонов – они неподвижные и образуют «атомное ядро», подобное каркасу атома. Учёные договорились считать, что протоны имеют положительный заряд (+).

Также в каждом атоме есть электроны. Они подвижны и постоянно вращаются вокруг ядра, и могут «перетекать» от одного атома к другому. Их ещё называют «электронным облаком» атома. Считается, что электроны имеют отрицательный заряд (-). Обычно в атоме электронов столько же, сколько протонов, и в целом вещество имеет нулевой заряд.

Что происходит при трении? Подвижные электроны «перетекают» с одного предмета на другой. Предмет, на котором электронов (-) стало больше, становится заряженным отрицательно. А тот, на котором электронов стало меньше — заряжен положительно.
Когда мы потерли шарик шерстяной тканью, подвижные электроны атомов шерсти оторвались и перешли к атомам шарика. Шарик, получив лишние электроны, наэлектризовался и приобрел способность притягивать к себе предметы, как магнит. Лишние электроны искали предмет, имеющий нулевой заряд, на который им можно «перетечь» — этим предметом стали кусочки бумаги.

Притяжение и отталкивание. Если наэлектризовать две пластиковые трубочки и сблизить их, трубочки оттолкнутся друг от друга. Это происходит потому, что на каждой из них образовался избыток электронов (-), и лишние электроны хотят, но не могут перейти на другую трубочку.

При натирании шерстяной варежкой не все предметы ведут себя одинаково. Например, стеклянный стержень отдаст свои лишние электроны и зарядится положительно (+). При сближении два стержня оттолкнутся друг от друга, как и трубочки. А пластиковая трубочка к стеклянному стержню притянется. Дело в том, что их заряды разноимённые, и лишние электроны с трубочки стремятся присоединиться к положительному заряду стержня. По-научному это звучит так: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

Проводники и диэлектрики. Тела и вещества, способные легко пропускать электрический ток, называют проводниками. Объекты, которые препятствуют прохождению тока – это диэлектрики. Будет или нет вещество пропускать через себя ток — зависит от количества электронов в нем и от силы, с которой они связаны со своими ядрами. В металлах электронов особенно много, они могут организовать «бурное течение», поэтому металлы – хорошие проводники. В диэлектриках (по-другому – изоляторах) электронов немного, они прочно связаны с ядрами и не могут двигаться. К диэлектрикам относятся резина, бумага, дерево, сухой воздух.

Что такое электрический ток и откуда он берётся. Электрический ток – это направленный поток заряженных частиц. Это «переток», «перетекание» электронов от одного предмета к другому, но не беспорядочное, а в одном направлении. Чтобы ток появился, необходимо микротоки всех атомов направить в одном направлении. Как заставить его течь? Для этого необходим источник тока, т.е. устройство, в котором какой-то вид энергии превратится в электрическую энергию. Их бывает несколько видов.

Механический — из-за трения деталей на частях прибора накапливаются заряды и возникает ток.

Световой – энергия света превращается в электрическую.

Химический — ток возникает из-за химических реакций между веществами.

Тепловой — ток появляется из-за нагревания проволоки.

Примеры механических источников тока – динамо-машина, генератор. Тепловые источники используются в термодатчиках. Световые – это фотоэлементы, из которых состоят солнечные батареи. Химические источники тока в нашей жизни встречаются чаще других – это батарейки.

Важно: чтобы ток возник, «дорога» от отрицательно заряженного полюса (на котором электронов слишком много) до положительного полюса (где для них много свободного места) должна быть непрерывной. Это и означает «замкнутая цепь».

Электрический ток в природе. В нашей атмосфере действуют сильные электрические поля. Воздух всегда содержит положительные или отрицательные ионы – это атомы, которые приобрели лишние электроны (-) или потеряли свои собственные. Отрицательных ионов много в воздухе после грозы – он свежий и приятный. Отрицательные ионы полезны для организма человека – изобретены даже ионизаторы, чтобы насыщать ими воздух в квартире.

Молния – это мощный электрический разряд, возникающий при сильной электризации облаков. Грозовая туча имеет очень сильное электрическое поле, свободные электроны в ней получают огромную скорость, и устремляются к положительно заряженной земле. При этом происходит сильное свечение.

Читайте также:  Как измерить радиацию

Полярное сияние – происходит только возле полюсов Земли, где её магнитное поле наиболее сильное. Под его действием заряженные частицы, попадающие на Землю с Солнца, начинают двигаться вдоль его силовых линий, и при столкновении с частицами воздуха начинается игра света.

Электричество в жизни людей. Электростанции при помощи генераторов превращают природную энергию в электрический ток. Он под высоким напряжением распределяется на трансформаторные подстанции по линиям, проложенным под землей или по воздуху. После распределения на такой подстанции ток попадает в розетку под низким напряжением – 220 вольт. Мы насчитали 5 видов электростанций:

1. гидроэлектростанция – используется энергию падающей воды,

2. тепловая – энергия сжигаемого топлива,

3. атомная – используются реакции внутри атомов радиоактивных веществ,

4. ветряная – энергия ветра,

5. солнечная – солнечное излучение.

Внутри компьютера находятся сложные электрические цепи. Их крохотные выключатели (транзисторы) открывают или закрывают проход тока между цепями в зависимости от тех сигналов, которые мы им посылаем, нажимая на клавиши. Транзисторы не только самые маленькие, но и самые быстрые из когда-либо изобретенных выключателей: они могут открываться и закрываться тысячи раз в минуту!

Часть электричества, текущего по проводнику, всегда превращается в тепловую энергию – это используется в бытовых нагревательных приборах (утюгах, электроплитках, фенах).

Химическое действие тока, или электролиз, широко используют в промышленности. Простой пример: чтобы посеребрить чайную ложку, ее опускают в раствор, содержащий серебро. При прохождении через раствор тока частицы серебра приходят в движение и оседают на ложке.

Магнетизм

Более двух тысяч лет назад древние греки обнаружили удивительный минерал — магнетит, способный притягивать железо. Своим названием магнетит обязан древнему турецкому городу Магнесия, где этот минерал нашли. Кусочки магнетита называют естественными магнитами. Магниты можно изготавливать и искусственным путем, намагничивая куски стали.

Сила притяжения магнитов, воздействующая на предметы, называется магнитной силой.

Магниты обладают разными свойствами:

— притягивают металлические предметы;
— могут действовать через другие материалы;
— могут притягиваться на расстоянии;
— магнитная сила зависит от формы и размеров магнита;
— у магнитов есть полюсы «положительный» и «отрицательный», магнитная сила «сильнее» на полюсах»;
— магнитная сила имеет свою зону активности «магнитное поле»;
— одинаковые полюсы отталкиваются, разные притягиваются;
— магнитная сила ориентируется по сторонам света;
— магнит может «намагнитить» любой металлический предмет.

Как же возникает магнетизм? Все предметы состоят из мельчайших частиц — молекул, а молекулы из атомов и электронов. В металлических предметах электроны вращаются вокруг атомов и создают микроток. Если электроны вращаются сильно – возникает магнетизм. Т.о. в основе магнетизма лежит электрический ток.

Самый большой природный магнит – наша планета Земля. Солнце тоже обладает магнетизмом. Полярное сияние – это видимые магнитные бури магнитного поля Земли, возникающие из-за активности Солнца. Изучив свойства магнитов, человек стал использовать их в своей жизни.

Люди придумали при помощи магнитов удерживать инструменты. Очень удобна в использовании магнитная отвертка, которая сама удерживает шурупы или винты. Для удобства модниц придумали магнитные застежки для бус. В кухне можно встретить магнитные держатели для ножей.

Самое важное и древнее изобретение людей – это компас. В основе действия компаса лежит свойство магнита – ориентировка по сторонам света (стремление занять положение «север-юг»).

Связь магнетизма и электричества

Прежде считалось, что магнетизм и электричество – два различных явления. Но в начале 19 века ученые обнаружили между ними теснейшую связь. Электричество и магнетизм – две разные стороны одного явления: электромагнетизма. Магнитная сила, созданная с помощью электроэнергии, имеет громадное преимущество: ее можно прервать простым поворотом выключателя.

Как работает электромагнит? В 19 веке ученый Эрстед во время эксперимента заметил, что магнитная стрелка отклоняется, когда включается ток, а при его отключении снова возвращалась на место. Электрический ток образует магнитное поле, так был изобретен электромагнит.

Сегодня свойство электромагнетизма используется повсюду: устройство замка домофона, магнитные карточки, поезда на магнитной подушке, погрузчики, сортировщики металлолома, и конечно, электромагнитные игрушки.

Вывод. Магнетизм и электричество — две стороны одного явления. Электрический ток – это направленное движение электронов, отрицательно заряженных частиц. Электроны, движущиеся внутри магнита, создают микроток, а он, в свою очередь, магнитное поле. При помощи электрического тока силу магнитного поля можно увеличить во много раз. Изучив эти явления, ученые и конструкторы придумали много полезных предметов, инструментов, машин и техники. Свойства магнетизма и электричества применяются в быту, медицине, подводном строительстве, космосе, биологических лабораториях.

Домашние устройства для экономии ресурсов:

Как экономить газ в квартире Как экономить топливо Как экономить электричество Как экономить воду
Читайте несколько простых советов, снижающих расход газа в плите. О специальном магнитном активаторе бензина в автомобиле. Этот прибор может понизить расход электрической энергии в квартире. Реально работающая насадка на водопроводный кран для экономии воды