Fapte despre electricitate pentru copii

Electricitatea este prezența și fluxul de sarcină electrică. Cu ajutorul electricității putem transfera energie în moduri care ne permit să facem treburi simple. Cea mai cunoscută formă a sa este fluxul de electroni prin conductori, cum ar fi firele de cupru.

Cuvântul „electricitate” este uneori folosit pentru a însemna „energie electrică”. Ele nu sunt același lucru: electricitatea este un mediu de transmisie pentru energia electrică, așa cum apa mării este un mediu de transmisie pentru energia valurilor. Un obiect care permite electricității să se deplaseze prin el se numește conductor. Firele de cupru și alte obiecte metalice sunt buni conductori, permițând electricității să se deplaseze prin ele și să transmită energie electrică. Plasticul este un conductor rău (numit și izolator) și nu permite ca multă electricitate să se deplaseze prin el, astfel încât va opri transmiterea energiei electrice.

Transmiterea energiei electrice poate avea loc în mod natural (cum ar fi fulgerele) sau poate fi făcută de oameni (cum ar fi într-un generator). Ea poate fi folosită pentru a alimenta mașini și dispozitive electrice. Atunci când sarcinile electrice nu sunt în mișcare, energia electrică se numește electricitate statică. Atunci când sarcinile sunt în mișcare, ele formează un curent electric, numit uneori „electricitate dinamică”. Fulgerul este cel mai cunoscut – și periculos – tip de curent electric din natură, dar uneori electricitatea statică face ca lucrurile să se lipească între ele și în natură.

Electricitatea poate fi periculoasă, în special în preajma apei, deoarece apa este o formă de conductor bun, deoarece are impurități precum sarea în ea. Sarea poate ajuta electricitatea să circule. Începând cu secolul al XIX-lea, electricitatea a fost folosită în fiecare parte a vieții noastre. Până atunci, era doar o curiozitate văzută în fulgerele unei furtuni.

Energia electrică poate fi creată dacă un magnet trece pe lângă un fir metalic. Aceasta este metoda folosită de un generator. Cele mai mari generatoare se află în centralele electrice. Energia electrică poate fi, de asemenea, eliberată prin combinarea substanțelor chimice într-un borcan cu două tipuri diferite de tije metalice. Aceasta este metoda folosită într-o baterie. Electricitatea statică poate fi creată prin frecare între două materiale – de exemplu, o căciulă de lână și o riglă de plastic. Acest lucru poate produce o scânteie. Energia electrică poate fi creată, de asemenea, folosind energia de la soare, ca în cazul celulelor fotovoltaice.

Energia electrică ajunge în case prin cabluri de la locurile în care este produsă. Ea este folosită de lămpile electrice, încălzitoarele electrice, etc. Multe aparate, cum ar fi mașinile de spălat și aragazurile electrice, folosesc energie electrică. În fabrici, energia electrică alimentează mașinile. Oamenii care se ocupă de electricitate și de dispozitivele electrice din casele și fabricile noastre se numesc „electricieni”.

Cum funcționează

Există două tipuri de sarcini electrice care se împing și se trag una pe cealaltă: sarcini pozitive și sarcini negative. Sarcinile electrice se împing sau se trag una pe alta dacă nu se ating. Acest lucru este posibil deoarece fiecare sarcină creează un câmp electric în jurul ei. Un câmp electric este o zonă care înconjoară o sarcină. În fiecare punct din apropierea unei sarcini, câmpul electric se îndreaptă într-o anumită direcție. Dacă o sarcină pozitivă este plasată în acel punct, aceasta va fi împinsă în acea direcție. Dacă o sarcină negativă este pusă în acel punct, ea va fi împinsă în direcția exact opusă.

Funcționează ca magneții și, de fapt, electricitatea creează un câmp magnetic, în care sarcinile similare se resping între ele și sarcinile opuse se atrag. Acest lucru înseamnă că, dacă ați pune două negative aproape una de cealaltă și le-ați da drumul, ele s-ar îndepărta. Același lucru este valabil și pentru două sarcini pozitive. Dar dacă puneți o sarcină pozitivă și o sarcină negativă aproape una de cealaltă, acestea se vor trage una spre cealaltă. Un mod scurt de a reține acest lucru este sintagma „contrariile se atrag se resping”.

Toată materia din univers este alcătuită din particule mici cu sarcini pozitive, negative sau neutre. Sarcinile pozitive se numesc protoni, iar cele negative se numesc electroni. Protonii sunt mult mai grei decât electronii, dar amândoi au aceeași cantitate de sarcină electrică, cu excepția faptului că protonii sunt pozitivi și electronii sunt negativi. Deoarece „contrariile se atrag”, protonii și electronii rămân împreună. Câțiva protoni și electroni pot forma particule mai mari, numite atomi și molecule. Atomii și moleculele sunt încă foarte mici. Ele sunt prea mici pentru a fi văzute. Orice obiect mare, cum ar fi degetul tău, are în el mai mulți atomi și molecule decât poate număra cineva. Putem doar să estimăm cât de mulți sunt.

Pentru că electronii negativi și protonii pozitivi se lipesc împreună pentru a forma obiecte mari, toate obiectele mari pe care le putem vedea și simți sunt neutre din punct de vedere electric. Electric este un cuvânt care înseamnă „care descrie electricitatea”, iar neutru este un cuvânt care înseamnă „echilibrat”. Acesta este motivul pentru care nu simțim obiectele împingându-ne și trăgând de la distanță, așa cum ar face-o dacă totul ar fi încărcat electric. Toate obiectele mari sunt neutre din punct de vedere electric, deoarece în lume există aceeași cantitate de sarcină pozitivă și negativă. Am putea spune că lumea este exact echilibrată, sau neutră. Oamenii de știință încă nu știu de ce este așa.

Curentul electric

Electronii se pot deplasa în tot materialul. Protonii nu se deplasează niciodată în jurul unui obiect solid, deoarece sunt foarte grei, cel puțin în comparație cu electronii. Un material care permite electronilor să se deplaseze în jurul său se numește conductor. Un material care ține fiecare electron strâns la locul lui se numește izolator. Exemple de conductori sunt cuprul, aluminiul, argintul și aurul. Exemple de izolatori sunt cauciucul, plasticul și lemnul. Cuprul este folosit foarte des ca și conductor, deoarece este un conductor foarte bun și există foarte mult cupru în lume. Cuprul se găsește în firele electrice. Dar, uneori, se folosesc și alte materiale.

În interiorul unui conductor, electronii ricoșează, dar nu continuă să meargă într-o singură direcție pentru mult timp. Dacă în interiorul conductorului se stabilește un câmp electric, electronii vor începe să se deplaseze cu toții în direcția opusă celei în care este îndreptat câmpul (deoarece electronii sunt încărcați negativ). O baterie poate crea un câmp electric în interiorul unui conductor. Dacă ambele capete ale unei bucăți de sârmă sunt conectate la cele două capete ale unei baterii (numite electrozi), bucla care a fost realizată se numește circuit electric. Electronii vor circula în jurul circuitului atâta timp cât bateria creează un câmp electric în interiorul firului. Acest flux de electroni în jurul circuitului se numește curent electric.

Un fir conductor folosit pentru a transporta curent electric este adesea înfășurat într-un izolator, cum ar fi cauciucul. Acest lucru se datorează faptului că firele care transportă curent sunt foarte periculoase. Dacă o persoană sau un animal ar atinge un fir gol care transportă curent, ar putea fi rănit sau chiar să moară, în funcție de cât de puternic a fost curentul și de cantitatea de energie electrică pe care o transmite curentul. Ar trebui să fiți atenți în apropierea prizelor electrice și a firelor goale care ar putea fi purtătoare de curent.

Este posibil să conectați un dispozitiv electric la un circuit astfel încât curentul electric să circule prin dispozitiv. Acest curent va transmite energie electrică pentru a face ca dispozitivul să facă ceva ce dorim noi să facă. Dispozitivele electrice pot fi foarte simple. De exemplu, într-un bec, curentul transmite energie printr-un fir special numit filament, care îl face să strălucească. Dispozitivele electrice pot fi, de asemenea, foarte complicate. Energia electrică poate fi folosită pentru a acționa un motor electric în interiorul unei unelte precum un burghiu sau un ascuțitor de creioane. Energia electrică este, de asemenea, folosită pentru a alimenta dispozitivele electronice moderne, inclusiv telefoanele, computerele și televizoarele.

Iată câțiva termeni pe care o persoană îi poate întâlni atunci când studiază cum funcționează electricitatea. Studiul electricității și modul în care aceasta face posibile circuitele electrice se numește electronică. Există un domeniu al ingineriei numit inginerie electrică, în care oamenii concep lucruri noi folosind electricitatea. Toți acești termeni sunt importanți pentru ei să îi cunoască.

• Curentul este cantitatea de sarcină electrică care circulă. Când 1 coulomb de electricitate trece pe undeva în 1 secundă, curentul este de 1 amper. Pentru a măsura curentul la un punct, folosim un ampermetru.

• Tensiunea, numită și „diferență de potențial”, este „împingerea” din spatele curentului. Este cantitatea de muncă pe sarcină electrică pe care o poate face o sursă electrică. Atunci când 1 coulomb de electricitate are 1 joule de energie, acesta va avea 1 volt de potențial electric. Pentru a măsura tensiunea între două puncte, folosim un voltmetru.

• Rezistența este capacitatea unei substanțe de a „încetini” fluxul de curent, adică de a reduce viteza cu care sarcina trece prin substanță. Dacă o tensiune electrică de 1 volt menține un curent de 1 amper printrun fir, rezistența firului este de 1 ohm – aceasta se numește legea lui Ohm. Atunci când fluxul de curent se opune, energia se „consumă”, ceea ce înseamnă că este transformată în alte forme (cum ar fi lumina, căldura, sunetul sau mișcarea)

• Energia electrică este capacitatea de a efectua muncă prin intermediul dispozitivelor electrice. Energia electrică este o proprietate „conservată”, ceea ce înseamnă că se comportă ca o substanță și poate fi mutată dintr-un loc în altul (de exemplu, de-a lungul unui mijloc de transmisie sau într-o baterie). Energia electrică se măsoară în jouli sau kilowați-oră (kWh).

• Puterea electrică este rata la care energia electrică este utilizată, stocată sau transferată. Fluxul de energie electrică de-a lungul liniilor electrice se măsoară în wați. În cazul în care energia electrică este transformată într-o altă formă de energie, aceasta se măsoară în wați. Dacă o parte din ea este convertită și o parte este stocată, se măsoară în volt-amperi, sau dacă este stocată (ca în câmpurile electrice sau magnetice), se măsoară în volt-amperi reactivi.

Generarea energiei electrice

Energia electrică este generată în cea mai mare parte în locuri numite centrale electrice. Cele mai multe centrale electrice folosesc căldura pentru a fierbe apa în aburi care transformă un motor cu aburi. Turbina motorului cu abur transformă o mașină numită „generator”. Firele spiralate din interiorul generatorului sunt făcute să se rotească într-un câmp magnetic. Acest lucru face ca electricitatea să circule prin fire, transportând energie electrică. Acest proces se numește inducție electromagnetică. Michael Faraday a descoperit cum se poate face acest lucru.

Există multe surse de căldură care pot fi folosite pentru a genera energie electrică. Sursele de căldură pot fi clasificate în două tipuri: resurse de energie regenerabilă, în care rezerva de energie termică nu se epuizează niciodată, și resurse de energie neregenerabilă, în care rezerva se va epuiza în cele din urmă.

Câteodată un flux natural, cum ar fi energia eoliană sau cea a apei, poate fi folosit direct pentru a porni un generator, astfel încât nu este nevoie de căldură.

Imagini pentru copii

• 

  Thales, cel mai vechi cercetător cunoscut în domeniul electricității

• 

  Benjamin Franklin a efectuat cercetări extinse asupra electricității în secolul al XVIII-lea, așa cum este documentat de Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, cu care Franklin a purtat o corespondență extinsă.

• 

  Descoperirile lui Michael Faraday au stat la baza tehnologiei motoarelor electrice

• 

  Încărcarea pe un motor de aur…frunze de aur la electroscop face ca frunzele să se respingă vizibil

• 

  Un arc electric oferă o demonstrație energică a curentului electric

  .

• 

  Lini de câmp care emană de la o sarcină pozitivă deasupra unui conductor plan

• 

  O pereche de celule AA. Semnul + indică polaritatea diferenței de potențial dintre bornele bateriei.

• 

  Câmpurile magnetice se învârt în jurul unui curent

• 

  Motorul electric exploatează un efect important al electromagnetismului: un curent care traversează un câmp magnetic resimte o forță perpendiculară atât pe câmp, cât și pe curent

• 

  Fizicianul italian Alessandro Volta arătându-i „bateria” sa împăratului francez Napoleon Bonaparte la începutul secolului al XIX-lea.

• 

  Un circuit electric de bază. Sursa de tensiune V din stânga conduce un curent I în jurul circuitului, livrând energie electrică în rezistorul R. De la rezistor, curentul se întoarce la sursă, completând circuitul.

• 

  Componente electronice montate pe suprafață

• 

  Alternator de la începutul secolului al XX-lea, fabricat la Budapesta, Ungaria, în sala de generare a energiei electrice a unei centrale hidroelectrice (fotografie de Prokudin-Gorsky, 1905-1915).

• 

  Energia eoliană are o importanță din ce în ce mai mare în multe țări

• 

  Anghila electrică, Electrophorus electricus

.