Fakty o elektryczności dla dzieci

Elektryczność to obecność i przepływ ładunku elektrycznego. Za pomocą elektryczności możemy przekazywać energię w sposób, który pozwala nam na wykonywanie prostych czynności. Jej najbardziej znaną formą jest przepływ elektronów przez przewodniki, takie jak miedziane druty.

Słowo „elektryczność” jest czasami używane w znaczeniu „energia elektryczna”. Nie są to te same rzeczy: elektryczność jest medium transmisyjnym dla energii elektrycznej, tak jak woda morska jest medium transmisyjnym dla energii fal. Przedmiot, który umożliwia przepływ prądu elektrycznego, nazywany jest przewodnikiem. Druty miedziane i inne metalowe przedmioty są dobrymi przewodnikami, pozwalającymi na przepływ prądu i przekazywanie energii elektrycznej. Plastik jest złym przewodnikiem (zwanym również izolatorem) i nie pozwala na przepływ prądu elektrycznego przez niego, więc zatrzymuje transmisję energii elektrycznej.

Przekazywanie energii elektrycznej może odbywać się naturalnie (jak błyskawica) lub być wykonane przez ludzi (jak w generatorze). Może być używany do zasilania maszyn i urządzeń elektrycznych. Kiedy ładunki elektryczne nie poruszają się, elektryczność nazywana jest elektrycznością statyczną. Gdy ładunki się poruszają, powstaje prąd elektryczny, nazywany czasem „elektrycznością dynamiczną”. Piorun jest najbardziej znanym – i niebezpiecznym – rodzajem prądu elektrycznego w przyrodzie, ale czasami elektryczność statyczna powoduje również sklejanie się rzeczy w przyrodzie.

Prąd elektryczny może być niebezpieczny, szczególnie w pobliżu wody, ponieważ woda jest formą dobrego przewodnika, ponieważ ma w sobie zanieczyszczenia takie jak sól. Sól może pomóc w przepływie elektryczności. Od dziewiętnastego wieku, elektryczność jest używana w każdej części naszego życia. Do tego czasu była to tylko ciekawostka widziana w błyskawicach burzy.

Energia elektryczna może być tworzona, jeśli magnes przechodzi w pobliżu metalowego drutu. Taką metodą posługuje się prądnica. Największe generatory znajdują się w elektrowniach. Energia elektryczna może być również uwolniona przez połączenie substancji chemicznych w słoiku z dwoma różnymi rodzajami metalowych prętów. Jest to metoda wykorzystywana w baterii. Elektryczność statyczna może powstać w wyniku tarcia pomiędzy dwoma materiałami – na przykład wełnianą czapką i plastikową linijką. Może to wywołać iskrę. Energia elektryczna może być również wytwarzana przy użyciu energii słonecznej, jak w ogniwach fotowoltaicznych.

Energia elektryczna dociera do domów przewodami z miejsc, w których jest wytwarzana. Jest ona wykorzystywana przez lampy elektryczne, grzejniki elektryczne, itp. Wiele urządzeń, takich jak pralki i kuchenki elektryczne, wykorzystuje energię elektryczną. W fabrykach energia elektryczna zasila maszyny. Ludzie, którzy zajmują się elektrycznością i urządzeniami elektrycznymi w naszych domach i fabrykach, są nazywani „elektrykami”.

Jak to działa

Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, które naciskają i przyciągają się wzajemnie: ładunki dodatnie i ładunki ujemne. Ładunki elektryczne naciskają na siebie lub przyciągają się wzajemnie, jeśli się nie dotykają. Jest to możliwe, ponieważ każdy ładunek wytwarza wokół siebie pole elektryczne. Pole elektryczne to obszar, który otacza ładunek. W każdym punkcie w pobliżu ładunku pole elektryczne skierowane jest w określonym kierunku. Jeśli w tym punkcie umieścimy ładunek dodatni, zostanie on popchnięty w tym kierunku. Jeśli w tym punkcie umieścimy ładunek ujemny, zostanie on popchnięty w dokładnie przeciwnym kierunku.

To działa jak magnesy i w rzeczywistości elektryczność tworzy pole magnetyczne, w którym podobne ładunki odpychają się, a przeciwne przyciągają. Oznacza to, że jeśli umieścimy dwa ładunki ujemne blisko siebie i puścimy je, to oddalą się od siebie. To samo odnosi się do dwóch ładunków dodatnich. Jeśli jednak umieścimy ładunek dodatni i ujemny blisko siebie, będą one przyciągać się do siebie. Krótkim sposobem na zapamiętanie tego jest wyrażenie przeciwieństwa się przyciągają lub odpychają.

Wszystka materia we wszechświecie jest wykonana z maleńkich cząsteczek o ładunkach dodatnich, ujemnych lub obojętnych. Ładunki dodatnie nazywane są protonami, a ładunki ujemne nazywane są elektronami. Protony są znacznie cięższe niż elektrony, ale oba mają taką samą ilość ładunku elektrycznego, z tym że protony są dodatnie, a elektrony ujemne. Ponieważ „przeciwieństwa się przyciągają”, protony i elektrony trzymają się razem. Kilka protonów i elektronów może tworzyć większe cząsteczki zwane atomami i molekułami. Atomy i cząsteczki są nadal bardzo malutkie. Są zbyt małe, aby je zobaczyć. Każdy duży przedmiot, taki jak twój palec, ma więcej atomów i cząsteczek, niż ktokolwiek jest w stanie policzyć. Możemy tylko oszacować, ile ich jest.

Ponieważ ujemne elektrony i dodatnie protony trzymają się razem, aby tworzyć duże obiekty, wszystkie duże obiekty, które możemy zobaczyć i poczuć, są elektrycznie neutralne. Elektrycznie to słowo oznaczające „opisujące elektryczność”, a neutralny to słowo oznaczające „zrównoważony”. To dlatego nie czujemy, jak obiekty pchają i ciągną na nas z odległości, tak jak by to było, gdyby wszystko było naładowane elektrycznie. Wszystkie duże obiekty są elektrycznie neutralne, ponieważ w świecie jest taka sama ilość ładunków dodatnich i ujemnych. Można powiedzieć, że świat jest dokładnie zrównoważony, czyli neutralny. Naukowcy wciąż nie wiedzą, dlaczego tak jest.

Prąd elektryczny

Elektrony mogą poruszać się po całym materiale. Protony nigdy nie poruszają się wokół stałego obiektu, ponieważ są tak ciężkie, przynajmniej w porównaniu z elektronami. Materiał, który pozwala elektronom poruszać się dookoła nazywany jest przewodnikiem. Materiał, który utrzymuje każdy elektron ciasno na swoim miejscu nazywamy izolatorem. Przykładami przewodników są miedź, aluminium, srebro i złoto. Przykładami izolatorów są: guma, plastik i drewno. Miedź jest bardzo często używana jako przewodnik, ponieważ jest bardzo dobrym przewodnikiem i jest jej tak dużo na świecie. Miedź można znaleźć w przewodach elektrycznych. Ale czasami używa się innych materiałów.

Wewnątrz przewodnika elektrony odbijają się, ale nie utrzymują się w jednym kierunku przez długi czas. Jeśli pole elektryczne jest ustawione wewnątrz przewodnika, elektrony zaczną się poruszać w kierunku przeciwnym do kierunku, w którym pole jest skierowane (ponieważ elektrony są naładowane ujemnie). Bateria może wytworzyć pole elektryczne wewnątrz przewodnika. Jeśli oba końce kawałka drutu są połączone z dwoma końcami baterii (zwanymi elektrodami), pętla, która została utworzona, jest nazywana obwodem elektrycznym. Elektrony będą płynąć dookoła obwodu tak długo, jak długo bateria będzie wytwarzać pole elektryczne wewnątrz drutu. Ten przepływ elektronów wokół obwodu jest nazywany prądem elektrycznym.

Przewodzący drut używany do przenoszenia prądu elektrycznego jest często owinięty w izolator, taki jak guma. To dlatego, że przewody, które przenoszą prąd są bardzo niebezpieczne. Jeśli człowiek lub zwierzę dotknie gołego przewodu przewodzącego prąd, może doznać obrażeń lub nawet umrzeć, w zależności od tego, jak silny był prąd i jak dużo energii elektrycznej przenosi prąd. Należy zachować ostrożność w pobliżu gniazdek elektrycznych i gołych przewodów, które mogą przewodzić prąd.

Możliwe jest podłączenie urządzenia elektrycznego do obwodu, tak aby prąd elektryczny przepływał przez urządzenie. Ten prąd będzie przekazywać energię elektryczną, aby urządzenie zrobić coś, co chcemy, aby zrobić. Urządzenia elektryczne mogą być bardzo proste. Na przykład w żarówce prąd przenosi energię przez specjalny przewód zwany żarnikiem, który sprawia, że żarówka świeci. Urządzenia elektryczne mogą być również bardzo skomplikowane. Energia elektryczna może być użyta do napędzania silnika elektrycznego wewnątrz narzędzia, takiego jak wiertarka lub temperówka do ołówków. Energia elektryczna jest również używana do zasilania nowoczesnych urządzeń elektronicznych, w tym telefonów, komputerów i telewizorów.

Oto kilka terminów, które osoba może napotkać podczas badania, jak działa elektryczność. Badanie elektryczności i jak to sprawia, że obwody elektryczne możliwe jest nazywany elektronika. Istnieje dziedzina inżynierii zwana elektrotechniką, w której ludzie wymyślają nowe rzeczy używając elektryczności. Wszystkie te terminy są ważne, aby je znać.

• Prąd to ilość ładunku elektrycznego, który przepływa. Gdy 1 kulomb energii elektrycznej przepływa obok jakiegoś miejsca w ciągu 1 sekundy, natężenie prądu wynosi 1 amper. Aby zmierzyć natężenie prądu w jednym punkcie, używamy amperomierza.

• Napięcie, zwane również „różnicą potencjałów”, jest „siłą napędową” prądu. Jest to ilość pracy przypadająca na jeden ładunek elektryczny, jaką może wykonać źródło elektryczne. Kiedy 1 coulomb energii elektrycznej ma 1 dżul energii, będzie miał 1 wolt potencjału elektrycznego. Aby zmierzyć napięcie między dwoma punktami, używamy woltomierza.

• Opór to zdolność substancji do „spowolnienia” przepływu prądu, czyli zmniejszenia szybkości, z jaką ładunek przepływa przez substancję. Jeśli napięcie elektryczne 1 V utrzymuje przez przewód prąd o natężeniu 1 ampera, to opór przewodu wynosi 1 om – jest to tzw. prawo Ohma. Gdy przepływ prądu jest przeciwny, energia zostaje „zużyta”, co oznacza, że jest przekształcana w inne formy (takie jak światło, ciepło, dźwięk lub ruch)

• Energia elektryczna to zdolność do wykonywania pracy za pomocą urządzeń elektrycznych. Energia elektryczna jest właściwością „zachowaną”, co oznacza, że zachowuje się jak substancja i może być przenoszona z miejsca na miejsce (na przykład wzdłuż medium transmisyjnego lub w baterii). Energię elektryczną mierzy się w dżulach lub kilowatogodzinach (kWh).

• Moc elektryczna to szybkość, z jaką energia elektryczna jest wykorzystywana, przechowywana lub przekazywana. Przepływ energii elektrycznej wzdłuż linii energetycznych mierzy się w watach. Jeśli energia elektryczna jest przekształcana w inną formę energii, jest ona mierzona w watach. Jeśli część z niej jest przekształcana, a część magazynowana, mierzy się ją w woltoamperach, a jeśli jest magazynowana (jak w polach elektrycznych lub magnetycznych), mierzy się ją w woltoamperach biernych.

Generowanie energii elektrycznej

Energia elektryczna jest najczęściej wytwarzana w miejscach zwanych elektrowniami. Większość elektrowni wykorzystuje ciepło do zagotowania wody w parę, która obraca silnik parowy. Turbina w silniku parowym obraca maszynę zwaną „generatorem”. Zwinięte druty wewnątrz generatora obracają się w polu magnetycznym. Powoduje to przepływ prądu elektrycznego przez przewody, przenosząc energię elektryczną. Proces ten nazywany jest indukcją elektromagnetyczną. Michael Faraday odkrył, jak to zrobić.

Istnieje wiele źródeł ciepła, które mogą być wykorzystane do generowania energii elektrycznej. Źródła ciepła można podzielić na dwa rodzaje: odnawialne zasoby energii, w których podaż energii cieplnej nigdy się nie wyczerpuje i nieodnawialne zasoby energii, w których podaż zostanie ostatecznie zużyta.

Czasami naturalny przepływ, taki jak siła wiatru lub wody, może być wykorzystany bezpośrednio do obracania generatora, więc ciepło nie jest potrzebne.

Obrazy dla dzieci

• 

  Thales, najwcześniejszy znany badacz elektryczności

• 

  Benjamin Franklin prowadził szeroko zakrojone badania nad elektrycznością w XVIII w, co udokumentował Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, z którym Franklin prowadził dłuższą korespondencję.

• 

  Odkrycia Michaela Faradaya stały się podstawą technologii silników elektrycznych

• 

  Naładowanie elektroskopu złotymiliści powoduje, że liście wyraźnie się odpychają

• 

  Łuk elektryczny zapewnia energetyczną demonstrację prądu elektrycznego

• 

  Łuk elektryczny zapewnia energetyczną demonstrację prądu elektrycznego

• 

  Linie pola emanujące z ładunku dodatniego nad przewodnikiem płaskim

• 

  Para ogniw AA. Znak + wskazuje biegunowość różnicy potencjałów między zaciskami baterii.

• 

  Pole magnetyczne krąży wokół prądu

• 

  Silnik elektryczny wykorzystuje ważny efekt elektromagnetyzmu: prąd przepływający przez pole magnetyczne doświadcza siły pod kątem prostym zarówno do pola, jak i prądu

• 

  Włoski fizyk Alessandro Volta pokazujący swoją „baterię” francuskiemu cesarzowi Napoleonowi Bonaparte na początku XIX wieku.

• 

  Podstawowy obwód elektryczny. Źródło napięcia V po lewej stronie napędza prąd I wokół obwodu, dostarczając energię elektryczną do rezystora R. Z rezystora prąd wraca do źródła, kończąc obwód.

• 

  elementy elektroniczne do montażu powierzchniowego

• 

  Wcześniejszy XX-wieczny alternator wyprodukowany w Budapeszcie, Węgry, w hali prądotwórczej elektrowni wodnej (zdjęcie Prokudin-Gorsky, 1905-1915).

• 

  Energetyka wiatrowa ma coraz większe znaczenie w wielu krajach

• 

  Węgorz elektryczny, Electrophorus electricus

.