Elektrik - Electricity

Geceleri bir şehre birden fazla yıldırım çarpması
Yıldırım , elektriğin en dramatik etkilerinden biridir.

Elektrik kümesidir fiziksel fenomenlerin varlığı ve ilişkili hareket içinde maddenin bir özelliği vardır elektrik yükü . Elektrik, Maxwell denklemlerinde açıklandığı gibi , her ikisi de elektromanyetizma olgusunun bir parçası olan manyetizma ile ilgilidir . Yıldırım , statik elektrik , elektrikli ısıtma , elektrik deşarjları ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli yaygın fenomenler elektrikle ilgilidir .

Pozitif veya negatif olabilen bir elektrik yükünün varlığı bir elektrik alanı oluşturur . Elektrik yüklerinin hareketi bir elektrik akımıdır ve bir manyetik alan oluşturur .

Sıfır olmayan bir elektrik alanına sahip bir yere bir yük yerleştirildiğinde, üzerine bir kuvvet etki eder. Bu kuvvetin büyüklüğü Coulomb yasası ile verilir . Yük hareket ederse, elektrik alanı elektrik yükü üzerinde yapıyor olacaktır . Böylece , uzayda belirli bir noktadaki elektrik potansiyelinden söz edebiliriz ; bu, herhangi bir ivme olmadan keyfi olarak seçilen bir referans noktasından bu noktaya bir pozitif yük birimi taşımak için harici bir ajan tarafından yapılan işe eşittir ve tipik olarak volt olarak ölçülür. .

Elektrik, birçok modern teknolojinin merkezinde yer alır ve şu amaçlarla kullanılır:

Teorik anlayıştaki ilerleme on yedinci ve on sekizinci yüzyıllara kadar yavaş kalmasına rağmen, elektrik fenomenleri antik çağlardan beri incelenmiştir. Elektromanyetizma teorisi 19. yüzyılda geliştirildi ve o yüzyılın sonunda elektrik, elektrik mühendisleri tarafından endüstriyel ve konut kullanımına sunuldu . Bu dönemde elektrik teknolojisindeki hızlı genişleme, endüstriyi ve toplumu dönüştürerek İkinci Sanayi Devrimi'nin itici gücü haline geldi . Elektriğin olağanüstü çok yönlülüğü, ulaşım , ısıtma , aydınlatma , iletişim ve hesaplamayı içeren neredeyse sınırsız bir dizi uygulamaya konabileceği anlamına gelir . Elektrik gücü artık modern endüstriyel toplumun bel kemiğidir.

Tarih

Dağınık saçlı sakallı bir adamın büstü
Thales , elektriğin bilinen en eski araştırmacısı

Herhangi bir elektrik bilgisi ortaya çıkmadan çok önce, insanlar elektrikli balıklardan kaynaklanan şokların farkındaydı . MÖ 2750'den kalma eski Mısır metinleri bu balıklardan " Nil'in Gök Gürültüsü " olarak söz etmiş ve onları diğer tüm balıkların "koruyucuları" olarak tanımlamıştır. Elektrikli balıklar binlerce yıl sonra antik Yunan , Roma ve Arap doğa bilimcileri ve doktorlar tarafından tekrar rapor edildi . Yaşlı Pliny ve Scribonius Largus gibi bazı eski yazarlar, elektrikli yayın balığı ve elektrik ışınları tarafından verilen elektrik şoklarının uyuşturma etkisini doğruladılar ve bu tür şokların iletken nesneler boyunca yayılabileceğini biliyorlardı. Gut veya baş ağrısı gibi rahatsızlıkları olan hastalar , güçlü sarsıntının onları iyileştirebileceği umuduyla elektrikli balıklara dokunmaya yönlendirildi.

Akdeniz çevresindeki eski kültürler , kehribar çubukları gibi belirli nesnelerin tüy gibi hafif nesneleri çekmek için kedi kürküyle ovulabileceğini biliyorlardı . Miletli Thales, MÖ 600 civarında statik elektrik üzerine bir dizi gözlem yaptı ve bu gözlemden hareketle , sürtünmenin kehribarı manyetik hale getirdiğine inandı, manyetit gibi sürtünme gerektirmeyen minerallerin aksine . Thales, çekimin manyetik bir etkiden kaynaklandığına inanmakta yanlıştı, ancak daha sonra bilim manyetizma ve elektrik arasında bir bağlantı olduğunu kanıtlayacaktı. Tartışmalı bir teoriye göre Partlar , 1936 yılında galvanik bir hücreye benzeyen Bağdat Bataryasının keşfine dayanarak elektrokaplama bilgisine sahip olmuş olabilirler , ancak eserin doğasında elektrik olup olmadığı belirsizdir.

Üç parçalı takım elbiseli, kel, biraz iri yarı bir adamın yarım boy portresi.
Benjamin Franklin , Franklin'in uzun süreli yazışmalar yaptığı Joseph Priestley (1767) Elektriğin Tarihi ve Bugünkü Durumu tarafından belgelendiği gibi, 18. yüzyılda elektrik konusunda kapsamlı araştırmalar yaptı .

İngiliz bilim adamı William Gilbert , elektrik ve manyetizma üzerinde dikkatli bir çalışma yaptığı ve mıknatıs taşı etkisini kehribara sürterek üretilen statik elektrikten ayırdığı De Magnete'yi yazdığı 1600 yılına kadar, elektrik, bin yıl boyunca entelektüel bir meraktan biraz daha fazlası olarak kalacaktı . Yeni Latince elektrik sözcüğünü ("amber" veya "kehribar gibi", ἤλεκτρον, elektron , Yunanca "kehribar" kelimesinden) ovulduktan sonra küçük nesneleri çekme özelliğine atıfta bulunmak için icat etti . Bu dernek baskı onların ilk kez çıkarıldığı İngilizce kelimelerin "elektrik" ve "elektrik" yol verdi Thomas Browne 'ın Pesudoxia Epidemica 1646 arasında.

Daha ileri çalışmalar 17. ve 18. yüzyılın başlarında Otto von Guericke , Robert Boyle , Stephen Gray ve CF du Fay tarafından yürütülmüştür . 18. yüzyılın sonlarında, Benjamin Franklin , elektrik konusunda kapsamlı araştırmalar yaptı ve çalışmalarını finanse etmek için eşyalarını sattı. Haziran 1752'de, nemli bir uçurtma ipinin dibine metal bir anahtar taktığı ve uçurtmayı fırtına tehdidi altındaki bir gökyüzünde uçurduğu söylenir. Anahtardan elinin arkasına sıçrayan bir dizi kıvılcım, yıldırımın gerçekten de elektriksel olduğunu gösterdi . Ayrıca, Leyden kavanozunun hem pozitif hem de negatif yüklerden oluşan elektrik açısından büyük miktarda elektrik yükünü depolamak için bir cihaz olarak görünüşte paradoksal davranışını açıkladı .

Koyu renk takım elbiseli bir adamın yarım boy portre yağlı boya tablosu
Michael Faraday'ın buluşları elektrik motoru teknolojisinin temelini oluşturdu

1791'de Luigi Galvani , biyoelektromanyetik keşfini yayınladı ve elektriğin nöronların sinyalleri kaslara ilettiği ortam olduğunu gösterdi . Alessandro Volta'nın alternatif çinko ve bakır katmanlarından yapılmış 1800 pili veya voltaik yığını , bilim adamlarına daha önce kullanılan elektrostatik makinelerden daha güvenilir bir elektrik enerjisi kaynağı sağladı . Elektrik ve manyetik fenomenlerin birliği olan elektromanyetizmanın tanınması, 1819-1820'de Hans Christian Ørsted ve André-Marie Ampère'den kaynaklanmaktadır. Michael Faraday 1821'de elektrik motorunu icat etti ve Georg Ohm 1827'de elektrik devresini matematiksel olarak analiz etti. Elektrik ve manyetizma (ve ışık) , özellikle 1861 ve 1862'de " On Physical Lines of Force " adlı eserinde James Clerk Maxwell tarafından kesin olarak bağlantılıydı. .

19. yüzyılın başlarında elektrik biliminde hızlı ilerleme görülürken, 19. yüzyılın sonlarında elektrik mühendisliğinde en büyük ilerleme görülecekti . Gibi insanlar sayesinde Alexander Graham Bell , Ottó Blathy , Thomas Edison , Galileo Ferraris , Oliver Heaviside , Anyós Jedlik , William Thomson, 1 Baron Kelvin , Charles Algernon Parsons , Werner von Siemens , Joseph Swan , Reginald Fessenden , Nikola Tesla ve George Westinghouse , elektrik, bilimsel bir meraktan modern yaşam için vazgeçilmez bir araca dönüştü.

1887'de Heinrich Hertz , ultraviyole ışıkla aydınlatılan elektrotların daha kolay elektrik kıvılcımları oluşturduğunu keşfetti . 1905'te Albert Einstein , fotoelektrik etkiden elde edilen deneysel verileri , ışık enerjisinin ayrık nicelenmiş paketlerde taşınmasının, elektronlara enerji vermesinin sonucu olarak açıklayan bir makale yayınladı . Bu keşif kuantum devrimine yol açtı . Einstein, 1921'de "fotoelektrik etki yasasını keşfettiği" için Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü . Fotoelektrik etki, güneş panellerinde bulunabilen fotosellerde de kullanılır ve bu, ticari olarak elektrik üretmek için sıklıkla kullanılır.

İlk katı hal cihazı , ilk olarak 1900'lerde radyo alıcılarında kullanılan " kedi bıyık dedektörü " idi. Bıyık benzeri bir tel, temas bağlantısı etkisiyle bir radyo sinyalini algılamak için katı bir kristalle (örneğin bir germanyum kristali) hafifçe temas edecek şekilde yerleştirilir . Katı hal bileşeninde akım , özellikle onu değiştirmek ve yükseltmek için tasarlanmış katı elementler ve bileşiklerle sınırlıdır. Akım akışı iki şekilde anlaşılabilir: negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü elektron eksiklikleri olarak adlandırılan delikler . Bu yükler ve delikler kuantum fiziği açısından anlaşılır. Yapı malzemesi çoğunlukla kristal bir yarı iletkendir .

Katı hal elektroniği , transistör teknolojisinin ortaya çıkmasıyla kendine geldi . İlk çalışan transistör, germanyum tabanlı bir nokta temaslı transistör , 1947'de John Bardeen ve Walter Houser Brattain tarafından Bell Laboratuarlarında icat edildi , ardından 1948'de iki kutuplu bağlantı transistörü izledi . Bu erken transistörler, üretilmesi zor olan nispeten hacimli cihazlardı. bir ilgili seri üretim olarak. Bunları, 1959'da Mohamed M. Atalla ve Dawon Kahng tarafından Bell Laboratuarlarında icat edilen silikon bazlı MOSFET (metal oksit-yarı iletken alan etkili transistör veya MOS transistör) izledi . silikon devrimine yol açan çok çeşitli kullanımlar için minyatür ve seri üretim . Katı hal cihazları 1960'lardan itibaren vakum tüplerinden yarı iletken diyotlara , transistörlere, entegre devre (IC) yongalarına, MOSFET'lere ve ışık yayan diyot (LED) teknolojisine geçişle yaygınlaşmaya başladı .

En yaygın elektronik cihaz, tarihte en çok üretilen cihaz haline gelen MOSFET'tir. Yaygın katı hal MOS cihazları, mikroişlemci yongaları ve yarı iletken belleği içerir . Özel bir yarı iletken bellek türü, USB flash sürücülerinde ve mobil cihazlarda kullanılan flash bellek ve ayrıca mekanik olarak dönen manyetik disk sabit disk sürücüsü (HDD) teknolojisinin yerini almak için katı hal sürücü (SSD ) teknolojisidir.

kavramlar

Elektrik şarjı

Şeffaf bir cam kubbe, camdan bir çift altın yaprağa bağlanan harici bir elektrota sahiptir.  Yüklü bir çubuk dış elektrota dokunur ve yaprakları iter.
Altın yapraklı bir elektroskoptaki şarj , yaprakların gözle görülür şekilde birbirini itmesine neden olur.

Yükün varlığı, elektrostatik bir kuvvete yol açar: yükler , antik çağda anlaşılmasa da bilinen bir etki olan birbirlerine bir kuvvet uygularlar . Bir ipten sarkan hafif bir top, bir bezle ovuşturularak şarj edilmiş bir cam çubukla ona dokunarak şarj edilebilir. Aynı cam çubuk tarafından benzer bir top yüklenirse, ilkini ittiği bulunur: yük, iki topu birbirinden ayırmaya zorlar. Sürtünmüş kehribar bir çubukla yüklenen iki top da birbirini iter. Bununla birlikte, bir top cam çubukla ve diğeri kehribar çubukla yüklenirse, iki topun birbirini çektiği bulunur. Bu fenomenler, 18. yüzyılın sonlarında Charles-Augustin de Coulomb tarafından araştırıldı ve suçlamanın iki karşıt biçimde ortaya çıktığı sonucuna vardı. Bu keşif, iyi bilinen aksiyoma yol açtı: benzer yüklü nesneler iter ve zıt yüklü nesneler çeker .

Kuvvet, yüklü parçacıkların kendilerine etki eder, bu nedenle yük, iletken bir yüzey üzerinde mümkün olduğunca eşit bir şekilde yayılma eğilimindedir. Çekici veya itici olsun, elektromanyetik kuvvetin büyüklüğü, kuvveti yüklerin çarpımı ile ilişkilendiren ve aralarındaki mesafeyle ters kare ilişkisi olan Coulomb yasası tarafından verilir . Elektromanyetik kuvvet çok güçlüdür, güçlü etkileşimden yalnızca ikinci sıradadır , ancak bu kuvvetin aksine tüm mesafelerde çalışır. Daha zayıf ile karşılaştırıldığında çekim kuvveti , ayrı iki elektron itme elektromanyetik kuvvet 10 42 bu katı gravitasyonel çekim birbirine çekerek.

Yük , en bilinen taşıyıcıları elektron ve proton olan belirli atom altı parçacık türlerinden kaynaklanır . Elektrik yükü , doğanın dört temel kuvvetinden biri olan elektromanyetik kuvvete yol açar ve onunla etkileşime girer . Deney, yükün korunan bir miktar olduğunu göstermiştir , yani elektriksel olarak yalıtılmış bir sistemdeki net yük, o sistem içinde meydana gelen herhangi bir değişiklikten bağımsız olarak her zaman sabit kalacaktır. Sistem içinde, yük, doğrudan temas yoluyla veya bir tel gibi iletken bir malzeme boyunca geçerek cisimler arasında aktarılabilir. Resmi olmayan statik elektrik terimi, genellikle birbirine benzemeyen materyallerin birbirine sürtüldüğü ve yükün birinden diğerine aktarıldığı zaman meydana gelen, bir cisim üzerindeki net yükün (veya 'dengesizliğinin') anlamına gelir.

Elektronlar ve protonlar üzerindeki yük zıt işaretlidir, bu nedenle bir miktar yük negatif veya pozitif olarak ifade edilebilir. Konvansiyonel olarak, elektronların taşıdığı yük negatif ve protonların pozitif olduğu kabul edilir, Benjamin Franklin'in çalışmasından kaynaklanan bir gelenek . Yük miktarına genellikle Q sembolü verilir ve coulomb cinsinden ifade edilir ; Her bir elektron, yaklaşık -1,6022 x 10 aynı yük taşıyan -19  coulomb . Proton, eşit ve zıt bir yüke sahiptir ve dolayısıyla +1.6022×10 −19 coulomb'dur   . Yük, sadece madde tarafından değil , aynı zamanda antimadde tarafından da ele geçirilir ; her bir karşıt parçacık, karşılık gelen parçacığına eşit ve zıt bir yük taşır.

Şarj bir dizi yolla ölçülebilir, erken bir alet olan altın varaklı elektroskop , hala sınıf gösterileri için kullanılmasına rağmen yerini elektronik elektrometre almıştır .

Elektrik akımı

Elektrik yükünün hareketi , yoğunluğu genellikle amper cinsinden ölçülen bir elektrik akımı olarak bilinir . Akım, hareket eden herhangi bir yüklü parçacıktan oluşabilir; en yaygın olarak bunlar elektronlardır, ancak hareket halindeki herhangi bir yük bir akım oluşturur. Elektrik akımı bazı şeylerden, elektrik iletkenlerinden akabilir, ancak bir elektrik yalıtkanından akmaz .

Tarihsel konvansiyona göre, pozitif akım, içerdiği herhangi bir pozitif yük ile aynı akış yönüne sahip olması veya bir devrenin en pozitif kısmından en negatif kısmına doğru akması olarak tanımlanır. Bu şekilde tanımlanan akıma konvansiyonel akım denir . Akımın en bilinen biçimlerinden biri olan bir elektrik devresi etrafındaki negatif yüklü elektronların hareketi , bu nedenle elektronların tersi yönde pozitif olarak kabul edilir. Bununla birlikte, koşullara bağlı olarak, bir elektrik akımı, her iki yönde veya hatta her iki yönde aynı anda yüklü parçacıkların akışından oluşabilir . Olumludan olumsuza kuralı bu durumu basitleştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

İki metal tel, ters bir V şekli oluşturur.  Uçları arasında göz kamaştırıcı derecede parlak turuncu-beyaz bir elektrik arkı akıyor.
Bir elektrik arkı , elektrik akımının enerjik bir gösterimini sağlar

Elektrik akımının bir malzemeden geçtiği sürece elektrik iletimi denir ve doğası, yüklü parçacıkların ve içinden geçtikleri malzemeye göre değişir. Elektrik akımlarının örnekleri metalik elektron akar iletimini içerir iletken metal gibi, ve elektroliz , iyon (yüklü atomlar ) veya sıvıların akmasına plazmaların , elektrik kıvılcımı gibi. Parçacıkların kendileri oldukça yavaş hareket edebilirken, bazen ortalama sürüklenme hızı saniyede yalnızca milimetrenin kesirlerindeyken, onları hareket ettiren elektrik alanı ışık hızına yakın bir hızda yayılır ve elektrik sinyallerinin teller boyunca hızla geçmesini sağlar.

Akım, tarihsel olarak varlığını tanımanın bir yolu olan birkaç gözlemlenebilir etkiye neden olur. Suyun bir volta yığınından gelen akım tarafından ayrıştırılabileceği , 1800 yılında Nicholson ve Carlisle tarafından keşfedildi , şimdi elektroliz olarak bilinen bir süreç . Çalışmaları 1833'te Michael Faraday tarafından büyük ölçüde genişletildi. Direnç yoluyla akım yerel ısınmaya neden olur, James Prescott Joule 1840'ta matematiksel olarak çalıştı. Akımla ilgili en önemli keşiflerden biri 1820'de Hans Christian Ørsted tarafından tesadüfen yapıldı. , ders hazırlarken bir teldeki akımın manyetik bir pusulanın ibresini bozduğuna tanık oldu. Elektrik ve manyetikler arasındaki temel bir etkileşim olan elektromanyetizmayı keşfetti . Elektrik arkından kaynaklanan elektromanyetik emisyon seviyesi , bitişik ekipmanın çalışmasına zarar verebilecek elektromanyetik parazit üretecek kadar yüksektir .

Mühendislik veya ev uygulamalarında akım genellikle doğru akım (DC) veya alternatif akım (AC) olarak tanımlanır. Bu terimler, akımın zaman içinde nasıl değiştiğini ifade eder. Örnek olarak bir pilden üretilen ve çoğu elektronik cihaz için gerekli olan doğru akım, bir devrenin pozitif kısmından negatifine doğru tek yönlü bir akıştır. En yaygın olduğu gibi, bu akış elektronlar tarafından taşınıyorsa, zıt yönde hareket edeceklerdir. Alternatif akım, yönü tekrar tekrar tersine çeviren herhangi bir akımdır; neredeyse her zaman bu bir sinüs dalgası şeklini alır . Böylece alternatif akım, yük zamanla herhangi bir net mesafeyi hareket ettirmeden bir iletken içinde ileri geri darbeler verir. Bir alternatif akımın zaman ortalamalı değeri sıfırdır, ancak enerjiyi önce bir yönde, sonra tersine iletir. Alternatif akım, endüktans ve kapasitans gibi kararlı durum doğru akım altında gözlemlenmeyen elektriksel özelliklerden etkilenir . Bununla birlikte, bu özellikler , ilk enerji verildiğinde olduğu gibi, devre geçici akımlara maruz kaldığında önemli hale gelebilir .

Elektrik alanı

Elektrik alan kavramı Michael Faraday tarafından tanıtıldı . Bir elektrik alanı, kendisini çevreleyen boşlukta yüklü bir cisim tarafından yaratılır ve alan içinde yer alan diğer yüklere uygulanan bir kuvvetle sonuçlanır. Elektrik alanı , iki kütle arasında yerçekimi alanının hareket etmesine benzer şekilde iki yük arasında hareket eder ve onun gibi sonsuza doğru uzanır ve mesafe ile ters kare ilişkisi gösterir. Ancak önemli bir fark var. Yerçekimi her zaman iki kütleyi birbirine çekerek çekimde hareket eder, elektrik alanı ise ya çekim ya da itme ile sonuçlanabilir. Gezegenler gibi büyük cisimler genellikle net yük taşımadığından, uzaktaki elektrik alanı genellikle sıfırdır. Böylece yerçekimi, çok daha zayıf olmasına rağmen, evrende uzaktaki baskın güçtür.

Düzlemsel bir iletkenin üzerindeki pozitif yükten çıkan alan çizgileri

Bir elektrik alanı genellikle uzayda değişir ve herhangi bir noktadaki gücü, o noktaya yerleştirildiğinde sabit, ihmal edilebilir bir yük tarafından hissedilecek olan kuvvet (birim yük başına) olarak tanımlanır. ' Test yükü ' olarak adlandırılan kavramsal yük, kendi elektrik alanının ana alanı bozmasını önlemek için yok olacak kadar küçük olmalı ve ayrıca manyetik alanların etkisini önlemek için durağan olmalıdır . Elektrik alanı açısından tanımlandığı gibi, kuvvet ve kuvvet olan vektör her ikisine birden sahip, büyüklük ve yön , yüzden, bir elektrik alanı, bir olduğu aşağıdaki vektör alanı .

Durağan yüklerin oluşturduğu elektrik alanlarının çalışmasına elektrostatik denir . Alan, herhangi bir noktada yönü alanınkiyle aynı olan bir dizi hayali çizgi ile görselleştirilebilir. Bu kavram, ' güç çizgileri ' terimi hala bazen kullanım gören Faraday tarafından tanıtıldı . Alan çizgileri, alan içinde hareket etmeye zorlanan bir nokta pozitif yükün yapmaya çalışacağı yollardır; ancak bunlar, fiziksel bir varlığı olmayan hayali bir kavramdır ve alan, çizgiler arasındaki tüm araya giren boşluğa nüfuz eder. Sabit yüklerden yayılan alan çizgilerinin birkaç temel özelliği vardır: birincisi, pozitif yüklerde ortaya çıkmaları ve negatif yüklerde sona ermeleri; ikincisi, herhangi bir iyi iletkene dik açılarla girmeleri ve üçüncüsü, kendilerini asla geçmemeleri veya kendilerine yaklaşmamaları.

İçi boş bir iletken gövde, tüm yükünü dış yüzeyinde taşır. Bu nedenle alan, vücudun her yerinde sıfırdır. Bu, içini dış elektrik etkilerinden izole eden iletken bir metal kabuk olan Faraday kafesinin çalışma prensibidir .

Elektrostatik ilkeleri, yüksek voltajlı ekipman öğelerini tasarlarken önemlidir . Herhangi bir ortamın dayanabileceği elektrik alan kuvvetinin sonlu bir sınırı vardır. Bu noktanın ötesinde elektrik arızası meydana gelir ve bir elektrik arkı şarjlı parçalar arasında parlamaya neden olur. Örneğin hava, santimetre başına 30 kV'u aşan elektrik alan kuvvetlerinde küçük boşluklar boyunca yaylanma eğilimindedir. Daha büyük boşluklar üzerinde, kırılma gücü daha zayıf, belki de santimetre başına 1 kV. Bunun en görünür doğal oluşumu , bulutlarda yükün yükselen hava sütunları tarafından ayrılması ve havadaki elektrik alanını dayanabileceğinden daha fazla yükseltmesiyle ortaya çıkan yıldırımdır . Büyük bir yıldırım bulutunun voltajı 100 MV kadar yüksek olabilir ve 250 kWh kadar büyük deşarj enerjilerine sahip olabilir.

Alan gücü yakındaki iletken nesnelerden büyük ölçüde etkilenir ve özellikle keskin uçlu nesnelerin etrafında kıvrılmaya zorlandığında yoğundur. Bu ilke yararlanılır paratoner , keskin başak orada geliştirmek, daha çok korumaya yarayan bina daha yıldırım inme teşvik etmek davranır

Elektrik potansiyeli

İki adet AA pilin her birinin bir ucunda artı işareti vardır.
Bir çift AA hücresi . + işareti, pil terminalleri arasındaki potansiyel farkın polaritesini gösterir.

Elektrik potansiyeli kavramı, elektrik alan kavramıyla yakından bağlantılıdır. Bir elektrik alanı içine yerleştirilen küçük bir yük bir kuvvete maruz kalır ve bu yükü kuvvete karşı o noktaya getirmek için gerekir . Herhangi bir noktadaki elektrik potansiyeli, bir birim test yükünü sonsuz bir mesafeden yavaşça o noktaya getirmek için gereken enerji olarak tanımlanır . Genellikle volt olarak ölçülür ve bir volt, sonsuzdan bir coulomb yükü getirmek için bir joule işin harcanması gereken potansiyeldir . Potansiyelin bu tanımı, resmi olmakla birlikte, çok az pratik uygulamaya sahiptir ve daha kullanışlı bir kavram, elektrik potansiyeli farkıdır ve bir birim yükü belirtilen iki nokta arasında hareket ettirmek için gereken enerjidir. Bir elektrik alanının muhafazakar olması gibi özel bir özelliği vardır , bu da test yükünün izlediği yolun alakasız olduğu anlamına gelir: belirtilen iki nokta arasındaki tüm yollar aynı enerjiyi harcar ve bu nedenle potansiyel fark için benzersiz bir değer belirtilebilir. Volt, elektrik potansiyeli farkının ölçülmesi ve tanımlanması için tercih edilen birim olarak o kadar güçlü bir şekilde tanımlanır ki, voltaj terimi günlük kullanımda daha fazla görülür.

Pratik amaçlar için, potansiyellerin ifade edilebileceği ve karşılaştırılabileceği ortak bir referans noktası tanımlamak faydalıdır. Bu sonsuzda olabilirken, çok daha faydalı bir referans, her yerde aynı potansiyelde olduğu varsayılan Dünya'nın kendisidir. Bu referans noktası doğal olarak toprak veya toprak adını alır . Dünyanın eşit miktarda pozitif ve negatif yükten oluşan sonsuz bir kaynak olduğu varsayılır ve bu nedenle elektriksel olarak yüksüz ve yüksüzdür.

Elektrik potansiyeli skaler bir niceliktir , yani yönü değil, yalnızca büyüklüğü vardır. Yüksekliğe benzer olarak görülebilir : tıpkı serbest bırakılan bir nesnenin yerçekimi alanının neden olduğu yükseklik farkından düşmesi gibi, bir elektrik alanın neden olduğu voltajın üzerine bir yük "düşecektir". Kabartma haritalar eşit yükseklikteki noktaları işaretleyen kontur çizgilerini gösterdiğinden , elektrostatik olarak yüklü bir nesnenin etrafına eşit potansiyele sahip noktaları işaretleyen bir dizi çizgi ( eşpotansiyeller olarak bilinir ) çizilebilir. Eşpotansiyeller tüm kuvvet çizgilerini dik açılarda keser. Ayrıca bir iletkenin yüzeyine paralel uzanmaları gerekir , aksi takdirde bu, yük taşıyıcılarını yüzeyin potansiyeline eşit bir şekilde hareket ettirecek bir kuvvet üretecektir.

Elektrik alanı resmi olarak birim yük başına uygulanan kuvvet olarak tanımlandı, ancak potansiyel kavramı daha kullanışlı ve eşdeğer bir tanımlamaya izin veriyor: elektrik alanı, elektrik potansiyelinin yerel gradyanıdır . Genellikle metre başına volt olarak ifade edilen alanın vektör yönü, potansiyelin en büyük eğimi ve eş potansiyellerin birbirine en yakın olduğu çizgidir.

Elektromıknatıslar

Bir tel okuyucuya doğru bir akım taşır.  Okuyucu tarafından görüldüğü gibi, telin etrafında saat yönünün tersine dönen manyetik alanı temsil eden eşmerkezli daireler.
Bir akımın etrafındaki manyetik alan çemberleri

Ørsted'in 1821'de elektrik akımı taşıyan bir telin her tarafında bir manyetik alan olduğunu keşfetmesi, elektrik ile manyetizma arasında doğrudan bir ilişki olduğunu gösterdi. Dahası, etkileşim, o zamanlar bilinen doğanın iki kuvveti olan yerçekimi ve elektrostatik kuvvetlerden farklı görünüyordu. Pusula iğnesine uygulanan kuvvet, onu akım taşıyan tele doğru ya da ondan uzağa yönlendirmedi, ona dik açılarda etki etti. Ørsted'in sözleri, "elektrik çatışması döner bir şekilde hareket eder" idi. Kuvvet aynı zamanda akımın yönüne de bağlıydı, çünkü akış tersine çevrilirse, kuvvet de tersine dönerdi.

Ørsted keşfini tam olarak anlamadı, ancak etkinin karşılıklı olduğunu gözlemledi: bir akım bir mıknatısa bir kuvvet uygular ve bir manyetik alan bir akıma bir kuvvet uygular. Bu fenomen, iki paralel akım taşıyan telin birbirine bir kuvvet uyguladığını keşfeden Ampère tarafından daha fazla araştırıldı : aynı yönde akım ileten iki tel birbirine çekilirken, zıt yönlerde akım içeren teller birbirinden ayrılmaya zorlandı. Etkileşime, her akımın ürettiği manyetik alan aracılık eder ve amperin uluslararası tanımının temelini oluşturur .

Küçük bir elektrik motorunun kesit diyagramı
Elektrik motoru, elektromanyetizmanın önemli bir etkisinden yararlanır: manyetik alandan geçen bir akım, hem alana hem de akıma dik açılarda bir kuvvete maruz kalır.

Manyetik alanlar ve akımlar arasındaki bu ilişki son derece önemlidir, çünkü Michael Faraday'in 1821'de elektrik motorunu icat etmesine yol açmıştır. Faraday'ın homopolar motoru , bir cıva havuzunda oturan kalıcı bir mıknatıstan oluşuyordu . Mıknatısın üzerindeki bir milden sarkan ve cıvaya daldırılan bir telden bir akım geçmesine izin verildi. Mıknatıs, tel üzerine teğetsel bir kuvvet uygulayarak, akım korunduğu sürece mıknatısın etrafında dönmesini sağladı.

1831'de Faraday tarafından yapılan deney, manyetik alana dik hareket eden bir telin uçları arasında potansiyel bir fark geliştirdiğini ortaya çıkardı. Elektromanyetik indüksiyon olarak bilinen bu sürecin daha ileri analizi, onun şimdi Faraday'ın indüksiyon yasası olarak bilinen , kapalı bir devrede indüklenen potansiyel farkın , döngü boyunca manyetik akının değişim hızı ile orantılı olduğu ilkesini belirtmesini sağladı . Bu keşfin kullanılması , 1831'de dönen bir bakır diskin mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürdüğü ilk elektrik jeneratörünü icat etmesini sağladı . Faraday'ın diski verimsizdi ve pratik bir jeneratör olarak işe yaramıyordu, ancak manyetizma kullanarak elektrik gücü üretme olasılığını gösterdi, bu olasılığı, onun çalışmalarından sonra gelenler tarafından ele alınacaktı.

elektrokimya

İtalyan fizikçi Alessandro Volta onun gösteren " Pilin " için Fransız imparatoru Napolyon Bonapart'ın 19. yüzyılın başlarında.

Kimyasal reaksiyonların elektrik üretme yeteneği ve tersine elektriğin kimyasal reaksiyonları yürütme yeteneğinin geniş bir kullanım alanı vardır.

Elektrokimya her zaman elektriğin önemli bir parçası olmuştur. Voltaik pilin ilk icadından itibaren elektrokimyasal hücreler , birçok farklı pil, elektro kaplama ve elektroliz hücresine dönüşmüştür. Alüminyum bu şekilde büyük miktarlarda üretilir ve birçok taşınabilir cihaz, şarj edilebilir hücreler kullanılarak elektrikle çalışır.

Elektrik devreleri

Temel bir elektrik devresi . Soldaki voltaj kaynağı V , devrenin etrafında bir akım I tahrik eder ve rezistör R'ye elektrik enerjisi verir . Dirençten akım kaynağa dönerek devreyi tamamlar.

Bir elektrik devresi, genellikle bazı yararlı görevleri gerçekleştirmek için elektrik yükünün kapalı bir yol (bir devre) boyunca akması için elektrik bileşenlerinin bir ara bağlantısıdır.

Bir elektrik devresindeki bileşenler, dirençler , kapasitörler , anahtarlar , transformatörler ve elektronikler gibi öğeleri içerebilen birçok biçimde olabilir . Elektronik devreler , genellikle yarı iletkenler olmak üzere aktif bileşenler içerir ve tipik olarak , karmaşık analiz gerektiren doğrusal olmayan davranış sergiler . En basit elektrik bileşenleri, pasif ve doğrusal olarak adlandırılanlardır : geçici olarak enerji depolayabilmelerine rağmen, hiçbir kaynak içermezler ve uyaranlara doğrusal tepkiler sergilerler.

Direnç , belki de pasif devre elemanlarının en basit: Adından da anlaşılacağı gibi, bu direnç ısı olarak enerjisini dağıtma, içinden akım. Direnç, bir iletken boyunca yükün hareketinin bir sonucudur: örneğin metallerde direnç, esas olarak elektronlar ve iyonlar arasındaki çarpışmalardan kaynaklanır. Ohm yasası , bir dirençten geçen akımın, üzerindeki potansiyel farkla doğru orantılı olduğunu belirten , devre teorisinin temel bir yasasıdır . Çoğu malzemenin direnci, bir dizi sıcaklık ve akımda nispeten sabittir; bu koşullar altındaki malzemeler 'ohmik' olarak bilinir. Ohm , direnç birimi, onuruna seçildi Georg Ohm , ve Yunan harfi Ω ile sembolize edilir. 1 Ω, bir amperlik bir akıma tepki olarak bir voltluk bir potansiyel farkı üretecek olan dirençtir.

Kondansatör Leyden kavanoz bir gelişmedir ve yükü depolar ve böylece elde edilen alanda elektrik enerjisini depolamak için bir cihazdır. İnce bir yalıtkan dielektrik katmanla ayrılmış iki iletken plakadan oluşur ; pratikte, ince metal folyolar birbirine sarılarak birim hacim başına yüzey alanı ve dolayısıyla kapasitans artar . Kapasitans birimi faraddır , adını Michael Faraday'den alır ve F sembolü verilir : bir farad, bir coulomb'luk bir yük depoladığında bir voltluk potansiyel fark oluşturan kapasitanstır. Bir voltaj kaynağına bağlı bir kapasitör, şarj biriktirirken başlangıçta bir akıma neden olur; Ancak bu akım, kondansatör dolduğunda zamanla azalacak ve sonunda sıfıra düşecektir. Bu nedenle bir kapasitör, sabit bir durum akımına izin vermeyecek , bunun yerine onu bloke edecektir.

İndüktör , bir iletken tel, genellikle bir bobin içinden akımına yanıt olarak bir manyetik alan içinde saklar enerjiyi. Akım değiştiğinde, manyetik alan da değişir ve iletkenin uçları arasında bir voltaj indükler . Endüklenen voltaj, akımın zaman değişim oranı ile orantılıdır . Orantılılık sabiti endüktans olarak adlandırılır . Endüktans birimidir Henry adını, Joseph Henry , Faraday çağdaş. Bir Henry, içinden geçen akım saniyede bir amper hızında değişirse, bir voltluk bir potansiyel farkı indükleyecek olan endüktanstır. İndüktörün davranışı bazı açılardan kapasitörün davranışına terstir: serbestçe değişmeyen bir akıma izin verir, ancak hızla değişen bir akıma karşı çıkar.

Elektrik gücü

Elektrik gücü, elektrik enerjisinin bir elektrik devresi tarafından aktarılma hızıdır . SI birim güç olan watt , bir Joule başına saniye .

Elektrik gücü, mekanik güç gibi , yapma hızıdır, watt olarak ölçülür ve P harfi ile gösterilir . Watt terimi , halk dilinde "watt cinsinden elektrik gücü" anlamında kullanılır. Elektrik enerjisi watt bir elektrik akımı tarafından üretilen I bir yükünden oluşan Q her pandantifler t bir geçen saniye elektrik potansiyeli ( gerilim arasında) farkı V olan

nerede

Q , coulomb cinsinden elektrik yüküdür
t saniye cinsinden zamandır
I , amper cinsinden elektrik akımıdır
V , volt cinsinden elektrik potansiyeli veya voltajdır

Elektrik üretimi genellikle mekanik enerjinin elektriğe dönüştürülmesi işlemiyle yapılır. Buhar türbinleri veya gaz türbinleri gibi cihazlar , elektriği üreten elektrik jeneratörlerine iletilen mekanik enerjinin üretiminde yer alır . Elektrik, elektrik pilleri gibi kimyasal kaynaklarla veya çok çeşitli enerji kaynaklarından başka yollarla da sağlanabilir . Elektrik enerjisi genellikle işyerlerine ve evlere elektrik enerjisi endüstrisi tarafından sağlanır . Elektrik genellikle, kilovat cinsinden gücün çalışma süresi ile saat cinsinden çarpımı olan kilovat saat (3,6 MJ) ile satılır . Elektrik hizmetleri , bir müşteriye teslim edilen elektrik enerjisinin toplamını çalışır durumda tutan elektrik sayaçlarını kullanarak gücü ölçer . Fosil yakıtlardan farklı olarak elektrik, düşük entropili bir enerji şeklidir ve harekete veya diğer birçok enerji formuna yüksek verimlilikle dönüştürülebilir.

Elektronik

Yüzeye monte elektronik bileşenler

Elektronik , vakum tüpleri , transistörler , diyotlar , optoelektronik , sensörler ve entegre devreler ve ilgili pasif ara bağlantı teknolojileri gibi aktif elektrik bileşenleri içeren elektrik devreleriyle ilgilenir . Doğrusal olmayan aktif bileşenler ve kontrol elektron kabiliyetleri davranışı yaygın olarak kullanılan zayıf mümkün sinyalleri ve elektronik markaları amplifikasyonu akar bilgi işlem , telekomünikasyon ve sinyal işleme . Elektronik cihazların anahtar görevi görme yeteneği, dijital bilgi işlemeyi mümkün kılar. Gibi Bağlantısı teknolojileri devre kartı , elektronik ambalaj teknoloji ve iletişim altyapısı tamamlanmış devre işlevselliğinin diğer çeşitli form ve düzenli bir çalışma içine karışık bileşenler dönüşümü sistemde .

Günümüzde çoğu elektronik cihaz, elektron kontrolünü gerçekleştirmek için yarı iletken bileşenler kullanır. Yarı iletken cihazlar ve ilgili teknolojinin incelenmesi, katı hal fiziğinin bir dalı olarak kabul edilirken, pratik problemleri çözmek için elektronik devrelerin tasarımı ve yapımı elektronik mühendisliği kapsamına girer .

Elektromanyetik dalga

Faraday ve Ampère'in çalışmaları, zamanla değişen bir manyetik alanın bir elektrik alanı kaynağı olarak hareket ettiğini ve zamanla değişen bir elektrik alanının bir manyetik alan kaynağı olduğunu gösterdi. Bu nedenle, herhangi bir alan zamanla değiştiğinde, diğerinin alanı zorunlu olarak uyarılır. Böyle bir fenomen bir dalganın özelliklerine sahiptir ve doğal olarak elektromanyetik dalga olarak adlandırılır . Elektromanyetik dalgalar, 1864'te James Clerk Maxwell tarafından teorik olarak analiz edildi. Maxwell, elektrik alanı, manyetik alan, elektrik yükü ve elektrik akımı arasındaki karşılıklı ilişkiyi açık bir şekilde tanımlayabilecek bir dizi denklem geliştirdi. Ayrıca böyle bir dalganın zorunlu olarak ışık hızında hareket edeceğini ve bu nedenle ışığın kendisinin bir elektromanyetik radyasyon biçimi olduğunu kanıtlayabilirdi . Işığı, alanları ve yükü birleştiren Maxwell Kanunları , teorik fiziğin en büyük kilometre taşlarından biridir.

Bu nedenle, birçok araştırmacının çalışması, sinyalleri yüksek frekanslı salınımlı akımlara dönüştürmek için elektroniklerin kullanılmasını sağladı ve uygun şekilde şekillendirilmiş iletkenler aracılığıyla elektrik, bu sinyallerin çok uzun mesafelerde radyo dalgaları yoluyla iletilmesine ve alınmasına izin verdi.

Üretim ve kullanımlar

Üretim ve iletim

20. yüzyılın başlarından kalma alternatör , Budapeşte , Macaristan'da bir hidroelektrik istasyonunun elektrik üretim salonunda yapılmıştır (fotoğraf Prokudin-Gorsky , 1905–1915).

MÖ 6. yüzyılda, Yunan filozof Milet'li Thales kehribar çubuklarla deneyler yaptı ve bu deneyler elektrik enerjisi üretimine yönelik ilk çalışmalardı. Şimdi triboelektrik etki olarak bilinen bu yöntem, hafif nesneleri kaldırıp kıvılcım üretebilse de, son derece verimsizdir. On sekizinci yüzyılda volta pilinin icadına kadar geçerli bir elektrik kaynağı mevcut değildi. Volta pili ve onun modern torunu olan elektrik pili , enerjiyi kimyasal olarak depolar ve talep üzerine elektrik enerjisi şeklinde kullanılabilir hale getirir. Pil, birçok uygulama için ideal olan çok yönlü ve çok yaygın bir güç kaynağıdır, ancak enerji depolaması sınırlıdır ve bir kez boşaldığında atılmalı veya yeniden şarj edilmelidir. Büyük elektrik talepleri için elektrik enerjisi üretilmeli ve iletken iletim hatları üzerinden sürekli olarak iletilmelidir.

Elektrik gücü genellikle fosil yakıt yanmasından üretilen buhar veya nükleer reaksiyonlardan salınan ısı tarafından çalıştırılan elektro-mekanik jeneratörler tarafından üretilir ; veya rüzgardan veya akan sudan elde edilen kinetik enerji gibi diğer kaynaklardan . 1884 yılında Sir Charles Parsons tarafından icat edilen modern buhar türbini , bugün çeşitli ısı kaynakları kullanarak dünyadaki elektrik gücünün yaklaşık yüzde 80'ini üretiyor . Bu tür jeneratörler, Faraday'ın 1831 tarihli homopolar disk jeneratörüne hiçbir benzerlik göstermezler, ancak yine de, değişen bir manyetik alanı birbirine bağlayan bir iletkenin uçları arasında potansiyel bir fark yarattığı şeklindeki elektromanyetik ilkesine güvenirler. On dokuzuncu yüzyılın sonlarında transformatörün icadı , elektrik gücünün daha yüksek voltajda ancak daha düşük akımda daha verimli bir şekilde iletilebileceği anlamına geliyordu. Verimli elektrik iletimi , elektriğin ölçek ekonomilerinden yararlandığı merkezi elektrik santrallerinde üretilebileceği ve daha sonra ihtiyaç duyulan yerlere nispeten uzun mesafelere gönderilebileceği anlamına geliyordu .

Yaklaşık bir düzine üç kanatlı beyaz rüzgar türbininden oluşan bir rüzgar çiftliği.
Rüzgar enerjisi birçok ülkede artan bir öneme sahip

Elektrik enerjisi, ulusal ölçekteki talepleri karşılayacak kadar büyük miktarlarda kolayca depolanamadığından, her zaman tam olarak gerektiği kadar üretilmelidir. Bu, elektrik kuruluşlarının elektrik yükleri hakkında dikkatli tahminler yapmasını ve elektrik santralleriyle sürekli koordinasyonu sağlamasını gerektirir . Bir elektrik şebekesini kaçınılmaz bozulmalara ve kayıplara karşı korumak için belirli bir miktarda üretim her zaman yedekte tutulmalıdır .

Bir ulus modernleştikçe ve ekonomisi geliştikçe elektriğe olan talep büyük bir hızla artıyor. Amerika Birleşik Devletleri, yirminci yüzyılın ilk otuz yılının her yılında talepte %12'lik bir artış gösterdi; bu, şu anda Hindistan veya Çin gibi yükselen ekonomiler tarafından deneyimlenen bir büyüme oranı. Tarihsel olarak, elektrik talebindeki büyüme oranı, diğer enerji türlerini geride bırakmıştır.

Elektrik üretimiyle ilgili çevresel kaygılar , yenilenebilir kaynaklardan , özellikle rüzgar ve güneşten üretime artan bir odaklanmaya yol açmıştır . Farklı elektrik üretim araçlarının çevresel etkileri üzerine tartışmaların devam etmesi beklenebilirken, nihai şekli nispeten temizdir.

Uygulamalar

Ampul , elektrik erken uygulama, çalışır Joule ısıtma : geçişini akımı yoluyla direnç üreten ısı

Elektrik, enerjiyi aktarmanın çok uygun bir yoludur ve çok büyük ve giderek artan sayıda kullanıma uyarlanmıştır. 1870'lerde pratik bir akkor ampulün icadı, aydınlatmanın elektrik gücünün halka açık ilk uygulamalarından biri haline gelmesine yol açtı . Elektrifikasyon kendi tehlikelerini beraberinde getirse de, gaz aydınlatmasının çıplak alevlerini değiştirmek, evlerde ve fabrikalarda yangın tehlikelerini büyük ölçüde azalttı. Elektrik aydınlatması için gelişen pazarı hedefleyen birçok şehirde kamu hizmetleri kuruldu. 20. yüzyılın sonlarında ve modern zamanlarda trend, elektrik enerjisi sektöründe deregülasyon yönünde akmaya başladı.

Filament ampullerde kullanılan dirençli Joule ısıtma etkisi ayrıca elektrikli ısıtmada daha doğrudan kullanım sağlar . Bu çok yönlü ve kontrol edilebilir olsa da, çoğu elektrik üretimi bir elektrik santralinde ısı üretimini zaten gerektirdiğinden, israf olarak görülebilir. Danimarka gibi bazı ülkeler, yeni binalarda dirençli elektrikli ısıtmanın kullanımını kısıtlayan veya yasaklayan yasalar çıkarmıştır. Elektrik hala ancak ısıtma ve bir son derece pratik bir enerji kaynağıdır , soğutma ile, havalandırma / ısı pompaları , elektrik araçları giderek sağlamak zorunda olan etkilerini ısıtılması ve soğutulması için enerji talebi giderek büyüyen bir sektörünü temsil eder.

Elektrik telekomünikasyonda kullanılır ve gerçekten de 1837'de Cooke ve Wheatstone tarafından ticari olarak gösterilen elektrikli telgraf , en eski uygulamalarından biriydi. 1860'larda önce kıtalararası , sonra da transatlantik telgraf sistemlerinin inşasıyla elektrik, dünya çapında dakikalar içinde iletişimi mümkün kılmıştı. Optik fiber ve uydu iletişimi , iletişim sistemleri pazarından pay aldı, ancak elektriğin sürecin önemli bir parçası olarak kalması beklenebilir.

Elektromanyetizmanın etkileri en belirgin şekilde , temiz ve verimli bir hareket gücü sağlayan elektrik motorunda kullanılmaktadır . Vinç gibi sabit bir motora kolayca güç kaynağı sağlanır, ancak elektrikli araç gibi uygulamasıyla hareket eden bir motor , ya pil gibi bir güç kaynağını taşımak ya da akım toplamak zorundadır. pantograf gibi kayan bir kontak . Elektrikli otobüsler ve trenler gibi toplu taşımada elektrikle çalışan araçlar ve özel mülkiyette giderek artan sayıda pille çalışan elektrikli arabalar kullanılmaktadır.

Elektronik cihazlar , belki de yirminci yüzyılın en önemli icatlarından biri olan ve tüm modern devrelerin temel yapı taşı olan transistörü kullanır . Modern bir entegre devre , yalnızca birkaç santimetre karelik bir bölgede birkaç milyar minyatür transistör içerebilir.

Elektrik ve doğal dünya

Fizyolojik etkiler

Bir insan vücuduna uygulanan voltaj, dokularda bir elektrik akımına neden olur ve ilişki doğrusal olmasa da voltaj ne kadar büyükse akım da o kadar büyük olur. Algı eşiği kaynağı frekansı ve akım yolu göre değişir, ancak mikroamper kadar düşük bir akım bir şekilde tespit edilebilir olsa da, ana frekans elektrik 0,1 mA 1 mA yaklaşık electrovibration belirli koşullar altında etkisi. Akım yeterince yüksekse, kas kasılmasına, kalbin fibrilasyonuna ve doku yanıklarına neden olur . Bir iletkene elektrik verildiğine dair herhangi bir görünür işaretin olmaması elektriği özel bir tehlike haline getirir. Elektrik çarpmasının neden olduğu ağrı yoğun olabilir ve bazen elektriğin bir işkence yöntemi olarak kullanılmasına neden olur . Bir elektrik şoku neden olduğu ölüm olarak adlandırılır elektrikle . Elektrik çarpması, kullanımı son zamanlarda daha nadir hale gelmesine rağmen, bazı yargı bölgelerinde hala adli infaz yöntemidir.

Doğadaki elektriksel olaylar

Elektrikli yılan balığı, Electrophorus electricus

Elektrik bir insan icadı değildir ve doğada en belirgin tezahürü yıldırım olan çeşitli şekillerde gözlemlenebilir . Dokunma , sürtünme veya kimyasal bağlanma gibi makroskopik düzeyde bilinen birçok etkileşim , atomik ölçekte elektrik alanları arasındaki etkileşimlerden kaynaklanmaktadır. Dünya'nın manyetik alanı bir kaynaklandığı düşünülmektedir doğal dinamo gezegenin çekirdeğinde dolaşan akımlar arasında. Kuvars ve hatta şeker gibi belirli kristaller, dış basınca maruz kaldıklarında yüzleri arasında potansiyel bir fark oluşturur. Bu fenomen, Yunanca baskı anlamına gelen piezein'den (πιέζειν) gelen piezoelektrik olarak bilinir ve 1880'de Pierre ve Jacques Curie tarafından keşfedilmiştir . Etki karşılıklıdır ve bir piezoelektrik malzeme bir elektrik alanına maruz kaldığında, fiziksel boyutlarda küçük bir değişiklik meydana gelir.

§ Mikrobiyal yaşamda biyoelektrojenez , anaerobik solunumdan kaynaklanan toprak ve tortu ekolojisinde öne çıkan bir olgudur . Mikrobiyal yakıt hücresi taklit bu yerde doğal olgu.

Gibi bazı organizmalar, köpekbalığı , algılamak ve tepki olarak bilinen bir yetenek, elektrik alanları değişiklikler için edebiliyoruz electroreception , diğerleri, olarak adlandırılan ederken electrogenic , kendilerini yırtıcı veya savunma silahı olarak hizmet etmek voltaj oluşturmak edebiliyoruz. En iyi bilinen örneği elektrikli yılan balığı olan Gymnotiformes takımı , avlarını elektrositler olarak adlandırılan modifiye edilmiş kas hücrelerinden üretilen yüksek voltajlar aracılığıyla tespit eder veya sersemletir . Tüm hayvanlar hücre zarları boyunca , işlevleri sinir sistemi tarafından nöronlar ve kaslar arasındaki iletişimi içeren aksiyon potansiyelleri adı verilen voltaj darbeleriyle bilgi iletir . Bir elektrik çarpması bu sistemi uyarır ve kasların kasılmasına neden olur. Aksiyon potansiyelleri, belirli tesislerdeki faaliyetlerin koordinasyonundan da sorumludur.

kültürel algı

1850'de William Gladstone , bilim adamı Michael Faraday'a elektriğin neden değerli olduğunu sordu . Faraday, "Bir gün efendim, vergilendirebilirsiniz" diye yanıtladı.

19. yüzyılda ve 20. yüzyılın başlarında elektrik, sanayileşmiş Batı dünyasında bile birçok insanın günlük yaşamının bir parçası değildi . Zamanın popüler kültürü buna göre onu canlıları öldürebilen, ölüleri diriltebilen veya başka bir şekilde doğa yasalarını bükebilen gizemli, yarı-büyülü bir güç olarak tasvir etti. Bu tutum, Luigi Galvani'nin , hayvan elektriği uygulamasıyla ölü kurbağaların bacaklarının seğirdiğinin gösterildiği 1771 deneyleriyle başladı . Galvani'nin çalışmasından kısa bir süre sonra tıp literatüründe görünüşte ölü veya boğulmuş kişilerin "canlandırılması" veya diriltilmesi bildirildi. Bu sonuçlar Mary Shelley tarafından Frankenstein'ı (1819) yazdığında biliniyordu , ancak canavarı yeniden canlandırma yöntemini belirtmedi. Canavarların elektrikle canlandırılması daha sonra korku filmlerinde bir stok teması haline geldi.

İkinci Sanayi Devrimi'nin can damarı olarak elektriğe halkın aşinalığı arttıkça, elektrik kullananlar, "canlı telleri parçalarken ve yeniden kurarken eldivenlerinin ucunda ölüme parmak basan" işçiler gibi, daha çok olumlu bir ışık altında tutuldu. Rudyard Kipling'in 1907 tarihli Oğulları Martha şiiri . Her türden elektrikle çalışan araçlar, Jules Verne ve Tom Swift kitapları gibi macera hikayelerinde büyük yer aldı . Thomas Edison , Charles Steinmetz veya Nikola Tesla gibi bilim adamları da dahil olmak üzere, kurgusal veya gerçek elektrik ustaları, popüler olarak sihirbaz benzeri güçlere sahip olarak tasarlandı.

20. yüzyılın ikinci yarısında bir yenilik olmaktan çıkıp günlük hayatın bir gerekliliği haline gelen elektriğin, yalnızca akışı durduğunda , genellikle felaketi işaret eden bir olay olan popüler kültürün özel bir ilgi göstermesi gerekiyordu . Jimmy Webb'in " Wichita Lineman " (1968) şarkısının isimsiz kahramanı gibi, onu akıtmaya devam eden insanlar , hala genellikle kahraman, sihirbaz benzeri figürler olarak gösteriliyor.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar