電球は、電気の初期の応用で、ジュール熱によって動作します。 電気を使って、私たちは簡単な家事を行うことができるようにエネルギーを伝達することができます。 その最もよく知られた形態は、銅線などの導体を通る電子の流れです。
「電気」という言葉は、「電気エネルギー」という意味で使われることもあります。 電気は電気エネルギーの伝達媒体であり、海水が波エネルギーの伝達媒体であるように、両者は同じものではありません。 電気を通すものを「導体」といいます。 銅線などの金属は良導体で、電気を通し、電気エネルギーを伝達します。 プラスチックは悪い導体(絶縁体ともいう)で、あまり電気を通さないので、電気エネルギーの伝達を止めてしまいます。
電気エネルギーの伝達は、自然に起こることもあれば(雷など)、人の手で行われることもあります(発電機など)。 機械や電気機器に電力を供給するために使用することができます。 電荷が動いていないとき、電気は静電気と呼ばれます。 電荷が動いているときは電流となり、「動的電気」と呼ばれることもあります。 自然界で最も知られている-そして危険な-電流の種類は雷ですが、自然界でも静電気によって物がくっつくことがあります。
電気は、特に水の周辺では危険です。水は塩などの不純物を含んでいるため良導体の一種であるからです。 塩は電気の流れを助けることができます。 19世紀以降、電気は私たちの生活のあらゆるところで使われるようになりました。 それまでは、電気は雷雨の稲妻に見られる好奇心の対象でしかなかった。
磁石が金属線の近くを通ると、電気エネルギーが発生することがある。 これが発電機の方式です。 最も大きな発電機は発電所にある。 また、瓶の中の化学物質と2種類の金属の棒を組み合わせると、電気エネルギーが放出されることがあります。 これは電池に使われている方法です。 静電気は、たとえば羊毛のキャップとプラスチックの定規のような2つの物質の摩擦で発生します。 これによって火花が出ることがあります。
電気エネルギーは、作られた場所から電線を通して家庭に届きます。 電灯、電気ストーブなどに使われています。 洗濯機や電気炊飯器など、多くの電化製品が電気を使用しています。 工場では、電気エネルギーが機械を動かしています。 家庭や工場で電気や電気機器を扱う人を「電気屋さん」といいます。
仕組み
雷は電気の最も劇的な効果の一つです。
互いに押し引きする電荷には、プラス電荷とマイナス電荷の2種類があります。 電荷は、触れていなければ、互いに押したり引いたりします。 これは、それぞれの電荷が自分の周りに電界を作るからです。 電場とは、電荷を取り囲む領域のことです。 電荷の近くの各点では、電界はある方向を向いています。 その地点に正の電荷を置くと、その方向に押されます。
磁石のような働きをし、実際、電気は磁場を作り、似たような電荷は反発し合い、反対の電荷は引き合います。 つまり、2つのマイナスを近くに置いて放っておくと、離れていってしまうのです。 プラスの電荷同士でも同じことが言えます。 しかし、プラスの電荷とマイナスの電荷を近づけると、お互いに向かって引っ張り合うことになります。 これを簡単に覚えると、「反対は引き合う、反対は反発する」という言葉になります。
宇宙のすべての物質は、正、負、中性の電荷を持つ小さな粒子でできています。 正の電荷は陽子と呼ばれ、負の電荷は電子と呼ばれます。 陽子は電子よりずっと重いですが、陽子が正で電子が負であることを除けば、どちらも同じ量の電荷を持っています。 反対は引き合う」ので、陽子と電子はくっつきます。 数個の陽子と電子は、原子や分子と呼ばれるより大きな粒子を形成することができます。 原子や分子はまだとても小さいです。 目に見えないほど小さいのです。 あなたの指のような大きな物体には、誰も数え切れないほどの原子や分子が含まれています。 その数は推定するしかありません。
マイナスの電子とプラスの陽子がくっついて大きな物体を作るので、私たちが見たり感じたりできる大きな物体はすべて電気的に中性なのです。 エレクトリックとは “電気を記述する “という意味の言葉で、ニュートラルとは “バランスがとれている “という意味の言葉です。 そのため、私たちは、すべてが電気を帯びている場合のように、遠くから物体が押したり引いたりするのを感じないのです。 世の中に存在するプラスとマイナスの電荷は同じ量なので、大きな物体はすべて電気的に中性なのです。 つまり、世界は正確にバランスが取れている、あるいは中立であると言えるのです。
電流
電気回路の図面:電流(I)は+から回路を回って-に戻る
電気は電線で送られています。
電子は物質中を動き回れる。 陽子は少なくとも電子に比べればとても重いので、固体の周りを動くことはない。 電子が動き回ることができる物質を導体と呼びます。 一方、電子をしっかり閉じ込めておく物質は絶縁体と呼ばれます。 導体の例としては、銅、アルミニウム、銀、金などがあります。 絶縁体の例としては、ゴム、プラスチック、木などがあります。 銅は非常に優れた導体であり、世界中にたくさん存在するため、導体としてよく使われます。 銅は電線に含まれています。
導体の中では、電子は跳ね回りますが、長い間一つの方向に進み続けることはありません。 もし導体の内部に電場が設定されると、電子はすべて電場の向いている方向と反対の方向に動き始めます(電子は負に帯電しているからです)。 電池は導体の内部に電界を作ることができます。 電線の両端を電池の両端(電極と呼びます)に接続すると、できた輪を電気回路と呼びます。 電池が電線の内部で電界を作っている限り、電子は回路の周りをぐるぐると流れます。
電流を流すための導線は、ゴムなどの絶縁体で包まれていることが多い。 これは、電流を流す電線が非常に危険だからです。 もし人や動物が電流の流れている裸の電線に触れたら、電流の強さや伝わる電気エネルギーの大きさによっては、怪我をしたり、死んでしまったりすることもあるのです。
電気機器を回路に接続して、電流が機器に流れるようにすることは可能です。 この電流は、電気エネルギーを伝達して、デバイスに何かをさせることができます。 電気デバイスは非常に単純なものです。 例えば、電球は、フィラメントと呼ばれる特殊なワイヤーに電流を流してエネルギーを伝え、光らせる。 また、電気機器は非常に複雑なものもあります。 電気エネルギーは、ドリルや鉛筆削りのような道具の中の電気モーターを動かすのに使われます。 電気エネルギーは、電話、コンピュータ、テレビなどの最新の電子機器の電源としても使用されます。
ここで、電気の働きを研究する際に遭遇する可能性のある用語をいくつか紹介します。 電気とそれがどのように電気回路を作るかを研究することをエレクトロニクスと呼びます。 電気工学という工学の分野があり、電気を使って新しいものを考え出す人たちがいます。 6352>
- 電流とは、流れる電荷の量です。 1秒間に1クーロンの電気がどこかを通過するとき、その電流は1アンペアです。 358>
- 電圧は「電位差」とも呼ばれ、電流を「押し出す」力である。 電位差」とも呼ばれる電圧は、電流を「押し出す力」であり、電気源ができる電荷1個あたりの仕事量である。 1クーロンの電気が1ジュールのエネルギーを持つとき、1ボルトの電位を持つことになります。 2点間の電圧を測定するには、電圧計を使用する。
- 抵抗とは、電流の流れを「遅く」する、つまり電荷が物質中を流れる速度を低下させる物質の能力である。 1ボルトの電圧で1アンペアの電流を電線に流すと、電線の抵抗は1オームとなる-これをオームの法則という。 電流の流れに逆らうと、エネルギーは「使い果たされる」、つまり他の形(光、熱、音、運動など)に変換される
- 電気エネルギーは、電気機器によって仕事をする能力である。 電気エネルギーは「保存」特性であり、物質のように振る舞い、場所から場所へと移動できる(たとえば、伝送媒体に沿って、または電池の中で)ことを意味する。 358>
- 電力とは、電気エネルギーが使用、保存、または転送される割合のことで、電気エネルギーはジュールまたはキロワット時(kWh)で測定される。 送電線に沿った電気エネルギーの流れはワットで測定されます。 電気エネルギーが他のエネルギーに変換されている場合、ワットで測定される。 その一部が変換され、一部が貯蔵されている場合は、ボルト-アンペアで測定され、(電場や磁場のように)貯蔵されている場合は、ボルト-アンペアの無効で測定されます。
電気エネルギーの生成
電気エネルギーは発電所で作られます
電気エネルギーのほとんどは発電所という場所で生成されているのです。 ほとんどの発電所では、熱を使って水を沸騰させて蒸気にし、その蒸気で蒸気機関を回しています。 蒸気機関のタービンは、「発電機」と呼ばれる機械を回します。 発電機の中にあるコイル状の電線は、磁界の中で回転するようになっています。 すると、電線を伝って電気が流れ、電気エネルギーが運ばれます。 これが「電磁誘導」です。 マイケル・ファラデーがこの方法を発見した。
電気エネルギーの生成に利用できる熱源はたくさんある。 熱源には、熱エネルギーが枯渇しない再生可能エネルギーと、いずれは使い果たす非再生可能エネルギーがある。
子供向け画像
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電気に関する最古の研究者とされるタレス
18世紀には、ベンジャミン フランクリンにより電気についての幅広い研究を行っています。 フランクリンと文通を続けていたジョセフ・プリーストリー(1767)の『電気の歴史と現状』にあるように。
マイケル・ファラデーの発見が電気モーター技術の基礎となる
金型に充電している様子(写真参照)。6352>
電気アークは電流をエネルギッシュに実演する
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平面導体上の正電荷から発する電界線
単三電池1対を使用する。 印は、電池端子間の電位差の極性を示します。
磁界は電流の周りを回る
電気モーターは電磁気の大事な作用を利用するのである。 磁場を通過する電流は、磁場と電流の両方に対して直角の力を経験する」
19世紀初頭にイタリアの物理学者アレッサンドロ・ボルタがフランス皇帝ナポレオン・ボナパルトに自分の「バッテリー」を見せる。
基本的な電気回路です。 左側の電圧源Vは電流Iを回路に流し、電気エネルギーを抵抗Rに供給する。抵抗から電流は源に戻り、回路は完成する。
表面実装電子部品
20世紀初頭にブダペストで作られたオルタネータです。 ハンガリー、水力発電所の発電ホールにて(写真:Prokudin-Gorsky、1905-1915)。
風力発電は多くの国で重要性を増している
電気うなぎのことである。 エレクトロフォルス・エレクトリックス