ไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ทั่วไปและมีความสำคัญสำหรับคนส่วนใหญ่ และเหมือนกับสิ่งที่คุ้นเคยซึ่งแทบจะสังเกตไม่เห็น ไม่กี่คนที่สงสัยว่ามันมาจากไหน ทำงานอย่างไร ทำอะไรกับมันได้บ้าง อย่างไรก็ตาม การวิจัยของเขาดำเนินไปนานก่อนยุคของเรา และจนถึงขณะนี้ ความลึกลับบางอย่างยังไม่ได้รับคำตอบ
เนื้อหา
กระแสไฟฟ้า หมายความว่าอย่างไร
ไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของประจุไฟฟ้า คำนี้มักหมายถึงกระแสไฟฟ้าและกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้น
กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่โดยตรงของอนุภาคที่มีประจุภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า
ผู้คิดค้นไฟฟ้า - ประวัติศาสตร์
มีการศึกษาอาการเฉพาะของไฟฟ้าก่อนยุคของเราแต่การรวมสิ่งเหล่านี้เป็นทฤษฎีเดียวที่อธิบายแสงวาบของสายฟ้าบนท้องฟ้า การดึงดูดของวัตถุ ความสามารถในการทำให้เกิดไฟไหม้และอาการชาของส่วนต่างๆ ของร่างกาย หรือแม้แต่ความตายของบุคคล กลับกลายเป็นงานที่ยาก
ตั้งแต่สมัยโบราณ นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาปรากฏการณ์ของไฟฟ้าสามประการ:
- ปลาที่ผลิตกระแสไฟฟ้า
- ไฟฟ้าสถิต;
- แม่เหล็ก.
ในอียิปต์โบราณ หมอรู้เกี่ยวกับความสามารถแปลก ๆ ของปลาดุกแม่น้ำไนล์และพยายามรักษาอาการปวดหัวและโรคอื่น ๆ ด้วย แพทย์ชาวโรมันโบราณใช้ทางลาดไฟฟ้าเพื่อจุดประสงค์เดียวกัน ชาวกรีกโบราณศึกษารายละเอียดความสามารถแปลก ๆ ของปลากระเบนและรู้ว่าสิ่งมีชีวิตสามารถทำให้คนตกตะลึงได้โดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรงผ่านตรีศูลและอวนจับปลา
ก่อนหน้านี้ พบว่าถ้าคุณถูสีเหลืองอำพันบนชิ้นขนแกะ มันจะเริ่มดึงดูดขนสัตว์และวัตถุขนาดเล็ก ต่อมาพบวัสดุอื่นที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันคือทัวร์มาลีน
ประมาณ 500 ปีก่อนคริสตกาล นักวิทยาศาสตร์ชาวอินเดียและชาวอาหรับรู้เรื่องสารที่สามารถดึงดูดธาตุเหล็กและใช้ความสามารถนี้ในด้านต่างๆ อย่างจริงจัง ประมาณ 100 ปีก่อนคริสตกาล นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้คิดค้นเข็มทิศแม่เหล็ก
ในปี ค.ศ. 1600 วิลเลียม กิลเบิร์ต แพทย์ประจำศาลของเอลิซาเบธที่ 1 และเจมส์ที่ 1 ได้ค้นพบว่าดาวเคราะห์ทั้งดวงเป็นเข็มทิศขนาดใหญ่ดวงเดียวและได้แนะนำแนวคิดเรื่อง "ไฟฟ้า" (จาก "อำพัน" ในภาษากรีก) ในงานเขียนของเขา การทดลองโดยใช้ผ้าขนสัตว์ถูอำพันและความสามารถของเข็มทิศไปทางทิศเหนือเริ่มถูกนำมารวมกันเป็นทฤษฎีเดียว ในภาพด้านล่าง เขาแสดงแม่เหล็กให้ Elizabeth I.
ในปี ค.ศ. 1633 วิศวกร Otto von Guericke ได้ประดิษฐ์เครื่องไฟฟ้าสถิตที่ไม่เพียงดึงดูดเท่านั้น แต่ยังขับไล่วัตถุได้อีกด้วย และในปี 1745 Peter van Muschenbroek ได้สร้างอุปกรณ์เก็บประจุไฟฟ้าเครื่องแรกของโลก
ในปี ค.ศ. 1800 Alessandro Volta ชาวอิตาลีได้ประดิษฐ์ขึ้นเป็นครั้งแรก แหล่งที่มาปัจจุบัน - แบตเตอรี่ไฟฟ้าที่ผลิต กระแสตรง.. เขายังสามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ในระยะไกลอีกด้วย ดังนั้นปีนี้หลายคนจึงถือเป็นปีแห่งการประดิษฐ์ไฟฟ้า
ในปี ค.ศ. 1831 ไมค์ ฟาราเดย์ ได้ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและเปิดทางให้มีการประดิษฐ์อุปกรณ์ต่างๆ บนพื้นฐานของกระแสไฟฟ้า
ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ XIX-XX มีการค้นพบและความสำเร็จมากมาย ต้องขอบคุณกิจกรรมของ Nikola Tesla เหนือสิ่งอื่นใด เขาได้คิดค้นเครื่องกำเนิดความถี่สูงและ หม้อแปลงไฟฟ้า,มอเตอร์ไฟฟ้า,เสาอากาศรับสัญญาณวิทยุ
ศาสตร์ที่เรียนไฟฟ้า
ไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ มีการศึกษาบางส่วนในด้านชีววิทยา เคมี และฟิสิกส์ ประจุไฟฟ้าที่สมบูรณ์ที่สุดได้รับการพิจารณาภายใต้กรอบของอิเล็กโทรไดนามิกส์ ซึ่งเป็นหนึ่งในสาขาวิชาฟิสิกส์
ทฤษฎีและกฎหมายของไฟฟ้า
มีกฎหมายไม่กี่ฉบับที่ควบคุมกระแสไฟฟ้า แต่อธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ครบถ้วน:
- กฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นกฎพื้นฐานที่ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าปฏิบัติตาม
- กฎของโอห์มเป็นกฎพื้นฐานของกระแสไฟฟ้า
- กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
- กฎของแอมแปร์ - เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของตัวนำสองตัวกับกระแส
- กฎหมาย Joule-Lenz - เกี่ยวกับผลกระทบทางความร้อนของไฟฟ้า
- กฎของคูลอมบ์ - เกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต
- กฎของมือขวาและมือซ้าย - การกำหนดทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กและแรงแอมแปร์ที่กระทำต่อตัวนำในสนามแม่เหล็ก
- กฎของ Lenz - การกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ
- กฎของฟาราเดย์เกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า
การทดลองไฟฟ้าครั้งแรก
การทดลองไฟฟ้าครั้งแรกนั้นสนุกสนานเป็นหลัก สาระสำคัญของพวกเขาอยู่ในวัตถุเบาที่ถูกดึงดูดและขับไล่ภายใต้อิทธิพลของพลังที่เข้าใจได้ไม่ดี ประสบการณ์ความบันเทิงอีกประการหนึ่งคือการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านกลุ่มคนที่จับมือกัน Jean Nollet ศึกษาผลกระทบทางสรีรวิทยาของไฟฟ้าอย่างแข็งขันซึ่งทำให้ประจุไฟฟ้าผ่าน 180 คน
กระแสไฟฟ้าทำมาจากอะไร?
กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่โดยตรงหรือตามคำสั่งของอนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอน ไอออน) อนุภาคดังกล่าวเรียกว่าพาหะของประจุไฟฟ้า เพื่อให้การเคลื่อนไหวปรากฏขึ้น จะต้องมีอนุภาคที่มีประจุฟรีอยู่ในสาร ความสามารถของอนุภาคที่มีประจุในการเคลื่อนที่ในสารเป็นตัวกำหนดค่าการนำไฟฟ้าของสารนั้น โดยการนำไฟฟ้า สารจะแบ่งออกเป็นตัวนำ เซมิคอนดักเตอร์ ไดอิเล็กทริก และฉนวน
ในโลหะ ประจุจะถูกย้ายโดยอิเล็กตรอน ในเวลาเดียวกัน สารเองก็ไม่รั่วไหลทุกที่ - ไอออนของโลหะได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนาในโหนดของโครงสร้างและมีการสั่นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
ในของเหลว ประจุจะถูกนำพาโดยไอออน: ไอออนบวกที่มีประจุบวกและประจุลบที่มีประจุลบ อนุภาคจะพุ่งไปที่อิเล็กโทรดด้วยประจุตรงข้าม โดยที่พวกมันจะเป็นกลางและตกตะกอน
พลาสมาก่อตัวขึ้นในก๊าซภายใต้การกระทำของแรงที่มีศักยภาพต่างกัน ประจุถูกนำพาโดยอิเล็กตรอนและไอออนอิสระของทั้งสองขั้ว
ในเซมิคอนดักเตอร์ ประจุจะถูกย้ายโดยอิเล็กตรอน โดยจะเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง และทิ้งความไม่ต่อเนื่องที่ถือว่าเป็นประจุบวกไว้
กระแสไฟฟ้ามาจากไหน
ไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายไฟเข้าบ้านนั้นเกิดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าต่างๆ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับกังหันที่หมุนอยู่ตลอดเวลา
ในการออกแบบ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า มีโรเตอร์ - ขดลวดที่อยู่ระหว่างขั้วของแม่เหล็ก เมื่อกังหันหมุนโรเตอร์นี้ในสนามแม่เหล็ก ตามกฎของฟิสิกส์ กระแสไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นหรือถูกเหนี่ยวนำ ดังนั้น จุดประสงค์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือเพื่อแปลงแรงจลน์ของการหมุนให้เป็นไฟฟ้า
มีหลายวิธีในการสร้างกังหันหมุนโดยใช้แหล่งพลังงานที่หลากหลาย พวกเขาแบ่งออกเป็นสามประเภท:
- พลังงานหมุนเวียน - พลังงานที่ได้จากทรัพยากรที่ไม่สิ้นสุด: ธารน้ำ แสงแดด ลม แหล่งความร้อนใต้พิภพและเชื้อเพลิงชีวภาพ
- ไม่หมุนเวียน - พลังงานที่ได้จากทรัพยากรที่เกิดขึ้นช้ามาก ไม่สมกับอัตราการบริโภค: ถ่านหิน น้ำมัน พีท ก๊าซธรรมชาติ
- นิวเคลียร์ - พลังงานที่ได้จากกระบวนการแบ่งเซลล์นิวเคลียร์
ส่วนใหญ่มักจะสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านการทำงานของ:
- โรงไฟฟ้าพลังน้ำ (HPP) - สร้างขึ้นบนแม่น้ำและใช้พลังน้ำ
- โรงไฟฟ้าพลังความร้อน (TPPs) - ใช้พลังงานความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง
- โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) - ใช้พลังงานความร้อนที่ได้จากกระบวนการปฏิกิริยานิวเคลียร์
พลังงานที่แปลงแล้วจะถูกจ่ายโดยสายไฟไปยังสถานีย่อยของหม้อแปลงไฟฟ้าและสวิตช์เกียร์ จากนั้นจะไปถึงผู้บริโภคปลายทางเท่านั้น
ตอนนี้พลังงานทางเลือกที่เรียกว่ากำลังพัฒนาอย่างแข็งขัน ซึ่งรวมถึงกังหันลม แผงโซลาร์เซลล์ การใช้แหล่งความร้อนใต้พิภพ และวิธีอื่นๆ เพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าผ่านปรากฏการณ์ที่ไม่ปกติ พลังงานทางเลือกนั้นด้อยกว่ามากในแง่ของผลผลิตและการคืนทุนให้กับแหล่งพลังงานดั้งเดิม แต่ในบางสถานการณ์จะช่วยประหยัดเงินและลดภาระในโครงข่ายไฟฟ้าหลัก
นอกจากนี้ยังมีตำนานเกี่ยวกับการดำรงอยู่ BTG - เครื่องกำเนิดไฟฟ้าไร้น้ำมัน มีวิดีโอสาธิตการทำงานบนอินเทอร์เน็ตและมีการเสนอขาย แต่มีข้อโต้แย้งมากมายเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือของข้อมูลนี้
ประเภทของไฟฟ้าในธรรมชาติ
ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติคือฟ้าผ่า อนุภาคน้ำในเมฆชนกันอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดประจุบวกหรือลบ อนุภาคที่มีประจุบวกที่เบากว่าจะสิ้นสุดที่ด้านบนสุดของเมฆ ในขณะที่อนุภาคที่หนักกว่าและมีประจุลบจะเลื่อนลงมา เมื่อเมฆที่คล้ายกันสองก้อนอยู่ในระยะใกล้พอสมควร แต่ที่ระดับความสูงต่างกัน ประจุบวกของก้อนหนึ่งจะเริ่มถูกดึงดูดโดยอนุภาคลบของอีกก้อนหนึ่ง ในเวลานี้ฟ้าผ่าเกิดขึ้น นอกจากนี้ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นระหว่างเมฆกับพื้นผิวโลกด้วย
การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าในธรรมชาติอีกประการหนึ่งคืออวัยวะพิเศษในปลา ปลากระเบน และปลาไหล ด้วยความช่วยเหลือ พวกเขาสามารถสร้างประจุไฟฟ้าเพื่อป้องกันตัวเองจากผู้ล่าหรือทำให้เหยื่อของพวกมันมึนงง ศักยภาพของพวกมันมีตั้งแต่การปล่อยสารที่อ่อนแอมาก มองไม่เห็นต่อมนุษย์ ไปจนถึงอันตรายถึงตายปลาบางชนิดสร้างสนามไฟฟ้าอ่อนๆ รอบตัว ซึ่งช่วยให้พวกมันค้นหาเหยื่อและนำทางในน้ำที่เป็นโคลน วัตถุทางกายภาพใดๆ จะบิดเบือนมัน ซึ่งช่วยให้สร้างพื้นที่โดยรอบขึ้นใหม่และ "มองเห็น" โดยไม่ใช้ตา
ไฟฟ้ายังปรากฏอยู่ในระบบประสาทของสิ่งมีชีวิต แรงกระตุ้นของเส้นประสาทส่งข้อมูลจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ช่วยให้คุณตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกและภายใน คิด และควบคุมการเคลื่อนไหวของคุณ
บทความที่คล้ายกัน:
