Fakta o elektřině pro děti

Elektřina je přítomnost a tok elektrického náboje. Pomocí elektřiny můžeme přenášet energii způsoby, které nám umožňují vykonávat jednoduché práce. Její nejznámější formou je tok elektronů vodiči, například měděnými dráty.

Slovo „elektřina“ se někdy používá ve významu „elektrická energie“. Nejde o totéž: elektřina je přenosové médium pro elektrickou energii, podobně jako je mořská voda přenosovým médiem pro energii vln. Předmět, který umožňuje pohyb elektřiny, se nazývá vodič. Měděné dráty a další kovové předměty jsou dobrými vodiči, které umožňují, aby se jimi elektřina pohybovala a přenášela elektrickou energii. Plast je špatný vodič (říká se mu také izolant) a neumožňuje, aby jím procházelo mnoho elektřiny, takže přenos elektrické energie zastaví.

Přenos elektrické energie může probíhat přirozeně (například při úderu blesku) nebo jej mohou způsobit lidé (například v generátoru). Lze ji použít k napájení strojů a elektrických zařízení. Pokud se elektrické náboje nepohybují, nazývá se elektřina statickou elektřinou. Když se náboje pohybují, jedná se o elektrický proud, který se někdy nazývá „dynamická elektřina“. Nejznámějším – a nejnebezpečnějším – druhem elektrického proudu v přírodě je blesk, ale někdy statická elektřina způsobuje i slepování věcí v přírodě.

Elektřina může být nebezpečná zejména v okolí vody, protože voda je formou dobrého vodiče, protože obsahuje nečistoty, například sůl. Sůl může napomáhat proudění elektřiny. Od devatenáctého století se elektřina používá ve všech oblastech našeho života. Do té doby byla jen kuriozitou, kterou jsme viděli v blesku při bouřce.

Elektrická energie může vzniknout, pokud magnet projde v blízkosti kovového drátu. Tuto metodu používá generátor. Největší generátory jsou v elektrárnách. Elektrickou energii lze také uvolnit spojením chemických látek ve sklenici se dvěma různými druhy kovových tyčí. Tuto metodu používá baterie. Statická elektřina může vznikat třením dvou materiálů – například vlněné čepice a plastového pravítka. Tím může vzniknout jiskra. Elektrickou energii lze také vytvořit pomocí energie ze slunce, jako ve fotovoltaických článcích.

Elektrická energie se do domácností dostává pomocí vodičů z míst, kde vzniká. Využívají ji elektrické lampy, elektrické ohřívače atd. Elektrickou energii využívá mnoho spotřebičů, například pračky a elektrické sporáky. V továrnách elektrická energie pohání stroje. Lidem, kteří se zabývají elektřinou a elektrickými zařízeními v našich domácnostech a továrnách, se říká „elektrikáři“.

Jak to funguje

Existují dva druhy elektrických nábojů, které se navzájem tlačí a táhnou: kladné náboje a záporné náboje. Elektrické náboje se navzájem tlačí nebo táhnou, pokud se nedotýkají. To je možné, protože každý náboj kolem sebe vytváří elektrické pole. Elektrické pole je oblast, která obklopuje náboj. V každém bodě v blízkosti náboje směřuje elektrické pole určitým směrem. Pokud do tohoto bodu umístíme kladný náboj, bude tímto směrem tlačen. Pokud do tohoto bodu umístíme záporný náboj, bude tlačen přesně opačným směrem.

Funguje to podobně jako magnety a ve skutečnosti elektřina vytváří magnetické pole, ve kterém se podobné náboje odpuzují a opačné náboje přitahují. To znamená, že když dáte dva záporné náboje těsně k sobě a pustíte je, budou se od sebe vzdalovat. Totéž platí pro dva kladné náboje. Pokud byste však dali kladný a záporný náboj blízko sebe, přitahovaly by se k sobě. Krátce si to zapamatujte pomocí věty protiklady se přitahují rády odpuzují.

Všechna hmota ve vesmíru se skládá z drobných částic s kladným, záporným nebo neutrálním nábojem. Kladné náboje se nazývají protony a záporné náboje se nazývají elektrony. Protony jsou mnohem těžší než elektrony, ale oba mají stejný elektrický náboj, jenže protony jsou kladné a elektrony záporné. Protože „protiklady se přitahují“, protony a elektrony se drží pohromadě. Několik protonů a elektronů může tvořit větší částice zvané atomy a molekuly. Atomy a molekuly jsou stále velmi malé. Jsou příliš malé na to, abychom je viděli. Jakýkoli velký předmět, například váš prst, má v sobě více atomů a molekul, než kdokoli dokáže spočítat. Můžeme pouze odhadovat, kolik jich je.

Protože se záporné elektrony a kladné protony drží pohromadě a vytvářejí velké objekty, jsou všechny velké objekty, které můžeme vidět a cítit, elektricky neutrální. Elektricky je slovo, které znamená „popisující elektřinu“, a neutrální je slovo, které znamená „vyvážený“. Proto necítíme, jak na nás předměty z dálky tlačí a táhnou, jako by tomu bylo, kdyby vše bylo elektricky nabité. Všechny velké objekty jsou elektricky neutrální, protože na světě je stejné množství kladného i záporného náboje. Dalo by se říci, že svět je přesně vyvážený neboli neutrální. Vědci dosud nevědí, proč tomu tak je.

Elektrický proud

Elektrony se mohou pohybovat po celém materiálu. Protony se nikdy nepohybují po pevném předmětu, protože jsou velmi těžké, alespoň ve srovnání s elektrony. Materiál, který umožňuje pohyb elektronů, se nazývá vodič. Materiál, který drží každý elektron pevně na svém místě, se nazývá izolant. Příklady vodičů jsou měď, hliník, stříbro a zlato. Příklady izolantů jsou guma, plast a dřevo. Měď se jako vodič používá velmi často, protože je velmi dobrým vodičem a na světě je jí velké množství. Měď se nachází v elektrických vodičích. Někdy se však používají i jiné materiály.

Vnitř vodiče elektrony poskakují, ale neudrží se dlouho v jednom směru. Pokud uvnitř vodiče vytvoříme elektrické pole, začnou se všechny elektrony pohybovat ve směru opačném, než je směr, kterým pole směřuje (protože elektrony jsou záporně nabité). Baterie může uvnitř vodiče vytvořit elektrické pole. Pokud oba konce kusu vodiče připojíme ke dvěma koncům baterie (nazývaným elektrody), smyčka, která vznikla, se nazývá elektrický obvod. Elektrony budou proudit kolem obvodu tak dlouho, dokud bude baterie vytvářet uvnitř vodiče elektrické pole. Tento tok elektronů kolem obvodu se nazývá elektrický proud.

Vodivý drát používaný k vedení elektrického proudu je často obalený izolantem, například gumou. Je to proto, že vodiče, které vedou proud, jsou velmi nebezpečné. Pokud by se člověk nebo zvíře dotkli holého drátu, kterým teče elektrický proud, mohli by se zranit nebo dokonce zemřít v závislosti na tom, jak silný by byl proud a kolik elektrické energie proud přenáší. Měli byste být opatrní v blízkosti elektrických zásuvek a holých vodičů, kterými může protékat elektrický proud.

Je možné připojit elektrické zařízení k obvodu tak, aby zařízením protékal elektrický proud. Tento proud bude přenášet elektrickou energii, aby zařízení udělalo něco, co chceme, aby udělalo. Elektrická zařízení mohou být velmi jednoduchá. Například v žárovce přenáší proud energii speciálním drátem zvaným vlákno, díky němuž žárovka svítí. Elektrická zařízení mohou být také velmi složitá. Elektrická energie může být použita k pohonu elektromotoru uvnitř nástroje, jako je vrtačka nebo ořezávátko. Elektrická energie se také používá k napájení moderních elektronických zařízení, včetně telefonů, počítačů a televizorů.

Zde je uvedeno několik pojmů, se kterými se člověk může setkat při studiu fungování elektřiny. Studium elektřiny a toho, jak umožňuje zapojení elektrických obvodů, se nazývá elektronika. Existuje obor zvaný elektrotechnika, kde lidé vymýšlejí nové věci pomocí elektřiny. Všechny tyto pojmy je pro ně důležité znát.

• Proud je množství elektrického náboje, které protéká. Když někde projde 1 coulomb elektřiny za 1 sekundu, je proud 1 ampér. K měření proudu v jednom bodě používáme ampérmetr.

• Napětí, nazývané také „rozdíl potenciálů“, je „tlakem“ za proudem. Je to množství práce na jeden elektrický náboj, kterou může vykonat elektrický zdroj. Když 1 coulomb elektřiny má 1 joule energie, bude mít 1 volt elektrického potenciálu. K měření napětí mezi dvěma body používáme voltmetr.

• Odpor je schopnost látky „zpomalit“ tok proudu, tj. snížit rychlost, s jakou náboj látkou protéká. Jestliže elektrické napětí 1 volt udržuje ve vodiči proud 1 ampér, je odpor vodiče 1 ohm – tomu se říká Ohmův zákon. Když je průtoku proudu kladen odpor, energie se „spotřebovává“, což znamená, že se přeměňuje na jiné formy (například světlo, teplo, zvuk nebo pohyb)

• Elektrická energie je schopnost konat práci pomocí elektrických zařízení. Elektrická energie je „konzervovaná“ vlastnost, což znamená, že se chová jako látka a lze ji přenášet z místa na místo (například po přenosovém médiu nebo v baterii). Elektrická energie se měří v joulech nebo kilowatthodinách (kWh).

• Elektrický výkon je rychlost, s jakou se elektrická energie využívá, uchovává nebo přenáší. Tok elektrické energie podél elektrického vedení se měří ve wattech. Pokud se elektrická energie přeměňuje na jinou formu energie, měří se ve wattech. Pokud se část přeměňuje a část ukládá, měří se ve voltampérech, nebo pokud se ukládá (jako v elektrickém nebo magnetickém poli), měří se v jalových voltampérech.

Výroba elektrické energie

Elektrická energie se většinou vyrábí v místech zvaných elektrárny. Většina elektráren využívá teplo k vaření vody na páru, která roztáčí parní stroj. Turbína parního stroje roztáčí stroj zvaný „generátor“. Vinuté dráty uvnitř generátoru se otáčejí v magnetickém poli. To způsobuje, že dráty protéká elektřina a přenáší elektrickou energii. Tento proces se nazývá elektromagnetická indukce. Michael Faraday objevil, jak toho dosáhnout.

Existuje mnoho zdrojů tepla, které lze využít k výrobě elektrické energie. Zdroje tepla lze rozdělit na dva typy: obnovitelné zdroje energie, u nichž se zásoba tepelné energie nikdy nevyčerpá, a neobnovitelné zdroje energie, u nichž se zásoba nakonec vyčerpá.

Někdy lze k roztočení generátoru využít přímo přírodní proudění, například energii větru nebo vody, takže není potřeba žádné teplo.

Obrázky pro děti

• 

  Thales, první známý badatel v oblasti elektřiny

• 

  Benjamin Franklin prováděl v 18. století rozsáhlý výzkum elektřiny, jak dokládá Joseph Priestley (1767) v knize History and Present Status of Electricity, s nímž Franklin vedl rozsáhlou korespondenci.

• 

  Objevy Michaela Faradaye se staly základem technologie elektromotorů

• 

  Nabíjení na zlatě.listů elektroskopu způsobuje, že se listy viditelně odpuzují

• 

  Energetickou demonstraci elektrického proudu poskytuje elektrický oblouk

  .

• 

  Polní čáry vycházející z kladného náboje nad rovinným vodičem

• 

  Pár článků AA. Znaménko + označuje polaritu rozdílu potenciálů mezi svorkami baterií.

• 

  Kruhy magnetického pole kolem proudu

• 

  Elektromotor využívá důležitého jevu elektromagnetismu: proud procházející magnetickým polem působí silou kolmou na pole i proud

• 

  Italský fyzik Alessandro Volta předváděl počátkem 19. století francouzskému císaři Napoleonu Bonapartovi svou „baterii“.

• 

  Základní elektrický obvod. Zdroj napětí V vlevo pohání po obvodu proud I, který dodává elektrickou energii do rezistoru R. Z rezistoru se proud vrací do zdroje, čímž se obvod uzavírá.

• 

  Elektronické součástky pro povrchovou montáž

• 

  Aternátor z počátku 20. století vyrobený v Budapešti, Maďarsku, v energetické hale vodní elektrárny (fotografie Prokudin-Gorsky, 1905-1915).

• 

  Větrná energie má v mnoha zemích stále větší význam

• 

  Elektrický úhor, Electrophorus electricus

.