Elekter
Elekter on elektrilaengu olemasolu ja voolamine. Elektri abil saame energiat edastada viisil, mis võimaldab meil teha lihtsaid töid. Selle tuntuim vorm on elektronide voolamine läbi juhtmete, näiteks vaskjuhtmete.
Mõnikord kasutatakse sõna "elekter" tähenduses "elektrienergia". Need ei ole üks ja sama asi: elekter on elektrienergia ülekandevahend, nagu merevesi on lainete energia ülekandevahend. Eset, mis võimaldab elektrienergial läbi selle liikuda, nimetatakse elektrijuhiks. Vaskjuhtmed ja muud metallist esemed on head juhid, mis võimaldavad elektrienergial läbi nende liikuda ja elektrienergiat edasi kanda. Plastik on halb juht (seda nimetatakse ka isolaatoriks) ja ei lase palju elektrit läbi enda kaudu liikuda, seega peatab see elektrienergia ülekande.
Elektrienergia ülekanne võib toimuda looduslikult (nagu välk) või olla toodetud (nagu generaator). See on jaoks, mida me kasutame masinate ja elektriseadmete toiteallikaks. Kui elektrilaengud ei liigu, nimetatakse elektrit staatiliseks elektriks. Kui laengud liiguvad, siis on tegemist elektrivooluga, mida mõnikord nimetatakse dünaamiliseks elektriks. Välk on looduses kõige tuntum - ja ohtlikum - elektrivoolu liik, kuid mõnikord põhjustab staatiline elekter ka asjade kokkukleepumist.
Elekter võib olla ohtlik, eriti vee läheduses, sest vesi on hea elektrijuht, kuna selles on lisandeid, näiteks soola. Alates 19. sajandist on elektrit kasutatud igas meie eluvaldkonnas. Kuni selle ajani oli see vaid uudishimu, mida nähti äikesevihma välkudes.
Elektriline energia võib tekkida, kui magnet liigub metalltraadi lähedale. Seda meetodit kasutab generaator. Suurimad generaatorid on elektrijaamades. Elektrienergiat saab tekitada ka kemikaalide ühendamisel purgis kahe erineva metallvardaga. Seda meetodit kasutatakse patareis. Staatiline elekter võib tekkida kahe materjali - näiteks villakübara ja plastmassist joonlaud - vahelise hõõrdumise teel. See võib tekitada säde. Elektrienergiat saab luua ka päikeseenergia abil, nagu fotogalvaanilistes elementides.
Elektrienergia jõuab kodudesse juhtmete kaudu kohtadest, kus seda toodetakse. Seda kasutavad elektrilambid, elektrikütteseadmed jne. Paljud seadmed, nagu pesumasinad ja elektripliidid, kasutavad elektrit. Tehastes annab elektrienergia masinatele energiat. Inimesi, kes tegelevad elektri ja elektriseadmetega meie kodudes ja tehastes, nimetatakse "elektrikeks".
Kuidas see töötab
On olemas kahte tüüpi elektrilaenguid, mis üksteist tõukavad ja tõmbavad: positiivsed laengud ja negatiivsed laengud. Elektrilaengud suruvad või tõmbavad üksteist, kui nad ei puutu kokku. See on võimalik, sest iga laeng tekitab enda ümber elektrivälja. Elektriväli on laengut ümbritsev ala. Igas laengu lähedal asuvas punktis on elektriväli suunatud teatud suunas. Kui sellesse punkti pannakse positiivne laeng, siis lükatakse see selles suunas. Kui sellesse punkti asetatakse negatiivne laeng, lükatakse seda täpselt vastupidises suunas.
See toimib nagu magnetid, ja tegelikult tekitab elekter magnetvälja, milles sarnased laengud tõmbavad üksteist tagasi ja vastupidised laengud tõmbavad ligi. See tähendab, et kui panna kaks negatiivset laengut lähestikku ja lasta neil minna, liiguvad nad üksteisest lahku. Sama kehtib ka kahe positiivse laengu puhul. Kui aga panna positiivne ja negatiivne laeng lähestikku, tõmbuvad nad teineteise poole. Lühike viis seda meelde jätta on fraas vastandused tõmbavad meeldib tõrjuda.
Kogu aine universumis koosneb pisikestest osakestest, millel on positiivne, negatiivne või neutraalne laeng. Positiivseid laenguid nimetatakse prootoniteks ja negatiivseid laenguid elektronideks. Prootonid on palju raskemad kui elektronid, kuid neil mõlemal on sama suur elektrilaeng, ainult et prootonid on positiivsed ja elektronid negatiivsed. Kuna "vastandid tõmbuvad ligi", jäävad prootonid ja elektronid kokku. Mõned prootonid ja elektronid võivad moodustada suuremaid osakesi, mida nimetatakse aatomiteks ja molekulideks. Aatomid ja molekulid on siiski väga väikesed. Nad on liiga väikesed, et neid näha. Igas suures objektis, näiteks teie sõrmes, on rohkem aatomeid ja molekule, kui keegi oskab kokku lugeda. Me saame ainult hinnata, kui palju neid on.
Kuna negatiivsed elektronid ja positiivsed prootonid kleepuvad kokku, et moodustada suuri objekte, on kõik suured objektid, mida me näeme ja tunneme, elektriliselt neutraalsed. Elektriliselt on sõna, mis tähendab "elektrit kirjeldav", ja neutraalne on sõna, mis tähendab "tasakaalus". Seepärast ei tunne me kaugelt, kuidas objektid meid tõukavad ja tõmbavad, nagu see oleks, kui kõik oleks elektriliselt laetud. Kõik suured objektid on elektriliselt neutraalsed, sest maailmas on sama palju positiivset ja negatiivset laengut. Võiksime öelda, et maailm on täpselt tasakaalus ehk neutraalne. Teadlased ei tea siiani, miks see nii on.
Elektrivool
Elektronid võivad liikuda kogu materjalis. Prootonid ei liigu kunagi ümber tahke objekti, sest nad on nii rasked, vähemalt võrreldes elektronidega. Materjali, mis laseb elektronidel ringi liikuda, nimetatakse juhiks. Materjali, mis hoiab iga elektroni kindlalt paigal, nimetatakse isolaatoriks. Juhtideks on näiteks vask, alumiinium, hõbe ja kuld. Isolaatorid on näiteks kummi, plastik ja puit. Vask on väga sageli kasutatav elektrijuht, sest see on väga hea elektrijuht ja seda on maailmas väga palju. Vask esineb elektrijuhtmetes. Kuid mõnikord kasutatakse ka teisi materjale.
Elektroonid põrkuvad juhi sees ringi, kuid nad ei liigu kaua ühes suunas. Kui juhi sees tekitatakse elektriväli, hakkavad kõik elektronid liikuma väljaga vastupidises suunas (sest elektronid on negatiivselt laetud). Patarei võib tekitada elektrivälja juhi sees. Kui traadi mõlemad otsad ühendatakse patarei kahe otsaga (mida nimetatakse elektroodideks), nimetatakse tekkinud silmust elektrivooluahelaks. Elektroonid voolavad ringi ja ümber vooluahela seni, kuni patarei tekitab juhtme sees elektrivälja. Seda elektronide voolu ümber vooluringi nimetatakse elektrivooluks.
Elektrivoolu juhtimiseks kasutatav juhtiv juhe on sageli mähitud isolaatorisse, näiteks kummi. Seda seetõttu, et voolu kandvad juhtmed on väga ohtlikud. Kui inimene või loom puutub voolu kandvat palja kaablit, võib ta vigastada või isegi surra, olenevalt sellest, kui tugev on vool ja kui palju elektrienergiat vool edastab. Elektripistikupesade ja paljaste juhtmete, mis võivad kanda voolu, läheduses peaksite olema ettevaatlik.
Elektrilist seadet on võimalik ühendada vooluahelasse nii, et elektrivool voolab läbi seadme. See vool edastab elektrienergiat, et seade teeks midagi, mida me tahame, et ta teeks. Elektrilised seadmed võivad olla väga lihtsad. Näiteks lambipirnis kannab vool energiat läbi spetsiaalse juhtme, mida nimetatakse hõõgniidiks, mis paneb selle helendama. Elektrilised seadmed võivad olla ka väga keerulised. Elektrienergiat võib kasutada elektrimootori käivitamiseks tööriistas, näiteks puuris või pliiatsiteritaja sees. Elektrienergiat kasutatakse ka moodsate elektroonikaseadmete, sealhulgas telefonide, arvutite ja televiisorite toitmiseks.
Mõned elektrienergiaga seotud mõisted
Siin on mõned terminid, millega inimene võib kokku puutuda, kui ta uurib, kuidas elekter töötab. Elektri ja selle uurimise kohta, kuidas see võimaldab elektrilisi vooluahelaid, kasutatakse nimetust elektroonika. On olemas tehnika valdkond, mida nimetatakse elektrotehnika, kus inimesed leiutavad uusi asju, kasutades elektrit. Kõiki neid mõisteid on oluline teada.
- Vool on elektrilaengu hulk, mis voolab. Kui 1 kuulib elektrienergiat liigub 1 sekundi jooksul kuskil läbi, on voolu suurus 1 amper. Selleks, et mõõta voolu ühes punktis, kasutame ampermeetrit.
- Pinge, mida nimetatakse ka "potentsiaalide erinevuseks", on voolu taga olev "tõukejõud". See on töö hulk elektrilaengu kohta, mida elektriline allikas suudab teha. Kui 1 kuulibile elektrienergiale vastab 1 džauli energia, siis on selle elektriline potentsiaal 1 volt. Kahe punkti vahelise pinge mõõtmiseks kasutame voltmeetrit.
- Takistus on aine võime "aeglustada" voolu voolu, st vähendada kiirust, millega laeng voolab läbi aine. Kui elektriline pinge 1 volt säilitab voolu 1 amper läbi juhtme, on juhtme takistus 1 ohm - seda nimetatakse Ohmi seaduseks. Kui vooluvoolule vastandub, "kulub" energia ära, mis tähendab, et see muundub teistesse vormidesse (näiteks valguseks, soojuseks, heliks või liikumiseks).
- Elektrienergia on võime teha tööd elektriseadmete abil. Elektrienergia on "säiliv" omadus, mis tähendab, et see käitub nagu aine ja seda saab liigutada ühest kohast teise (näiteks mööda ülekandevahendit või akus). Elektrienergiat mõõdetakse džaulides või kilovatt-tundides (kWh).
- Elektriline võimsus on kiirus, millega elektrienergiat kasutatakse, salvestatakse või edastatakse. Elektrienergia voolu mööda elektriliine mõõdetakse vattides. Kui elektrienergia muundatakse muuks energialiigiks, mõõdetakse seda vattides. Kui osa sellest muundatakse ja osa salvestatakse, mõõdetakse seda volt-ampertides, või kui see on salvestatud (nagu elektri- või magnetväljas), mõõdetakse seda volt-ampertides reaktiivsuses.
Elekter saadetakse juhtmete kaudu.
Joonis elektriahelast: vool (I) voolab voolu (+) ringist tagasi -ni.
Elektrienergia tootmine
Elektrienergiat toodetakse enamasti kohtades, mida nimetatakse elektrijaamadeks. Enamik elektrijaamu kasutab soojust, et keeta vesi auruks, mis paneb aurumootori tööle. Aurumootori turbiin pöörab masinat, mida nimetatakse "generaatoriks". Generaatori sees olevad spiraaljuhtmed pöörlevad magnetväljas. See põhjustab elektri voolu läbi juhtmete, mis kannab elektrienergiat. Seda protsessi nimetatakse elektromagnetiliseks induktsiooniks. Michael Faraday avastas, kuidas seda teha.
Elektrienergia tootmiseks saab kasutada paljusid soojusallikad. Soojusallikad võib jagada kahte liiki: taastuvad energiaallikad, mille puhul soojusenergia varud ei ammendu kunagi, ja taastumatud energiaallikad, mille puhul varud lõppevad lõpuks ära.
Mõnikord saab looduslikku voolu, näiteks tuule- või vee-energiat, kasutada otse generaatori käivitamiseks, nii et soojust ei ole vaja.
Elektrienergiat toodetakse elektrijaamades.
Küsimused ja vastused
K: Mis on elekter?
V: Elekter on elektrivoolu olemasolu ja voolamine. Seda kasutatakse energia ülekandmiseks viisil, mis võimaldab meil teha lihtsaid töid.
K: Mis on juhid?
V: Juhtmed on esemed, mis võimaldavad elektrienergial läbi nende liikuda, näiteks vasktraadid ja muud metallesemed. Need võimaldavad elektrienergial läbi nende liikuda ja elektrienergiat edasi kanda.
K: Kuidas saab elektrienergiat toota?
V: Elektrienergiat saab toota looduslikult (näiteks välk) või inimeste poolt (näiteks generaatoris).
K: Mis on staatiline elekter?
V: Staatiline elekter tekib siis, kui elektrilaengud ei liigu; see võib põhjustada looduses asjade kokku kleepumist.
K: Kuidas töötab generaator?
V: Generaator töötab, kasutades magnetit, mis liigub metalljuhtme lähedale, tekitades elektrivoolu.
K: Kuidas töötab aku?
V: Patarei töötab, ühendades kemikaalid purgis kahe erineva metallvardaga, vabastades elektrienergiat.
K: Mis on elektrikad?
V: Elektrikud on inimesed, kes töötavad elektri ja elektriseadmetega kodudes ja tehastes.
