Elektrisitet (fra gresk ήλεκτρον élektron , hvis betydning er ' rav ') [ 1 ] er settet av fysiske fenomener knyttet til tilstedeværelsen og flyten av elektriske ladninger . Det manifesterer seg i et bredt spekter av fenomener som lyn , statisk elektrisitet , elektromagnetisk induksjon eller strømmen av elektrisk strøm . Det er en så allsidig energiform at den har utallige bruksområder, for eksempel: transport , klimaanlegg , belysning oginformatikk _ [ 2 ]
Elektrisitet manifesterer seg gjennom ulike fysiske fenomener og egenskaper:
Elektrisitetens historie refererer til studiet av elektrisitet, oppdagelsen av dens lover som et fysisk fenomen og oppfinnelsen av enheter for praktisk bruk. Ettersom elektrisitet også kalles vitenskapsgrenen som studerer fenomenet og teknologigrenen som anvender det, er elektrisitetshistorien grenen av vitenskapshistorien og teknologihistorien som omhandler dets fremvekst og utvikling. Fenomenet elektrisitet har blitt studert siden antikken, men dens vitenskapelige studie begynte på 1600- og 1700-tallet. På slutten av 1800-tallet klarte ingeniører å utnytte den til husholdnings- og industribruk. Den raske utvidelsen av elektrisk teknologi gjorde den til ryggraden i det moderne industrisamfunnet. [ 3 ]
Lenge før det fantes noen kunnskap om elektrisitet, var menneskeheten klar over elektriske utladninger produsert av elektrisk fisk . Gamle egyptiske tekster fra 2750 f.Kr. C. omtalte disse fiskene som "tordenere fra Nilen", beskrevet som beskytterne av de andre fiskene. Elektrisk fisk ble senere også beskrevet av romerne , grekerne , arabere, naturforskere og fysikere. [ 4 ] Gamle forfattere som Plinius den eldste eller Scribonius Longus , [ 5 ] [ 6 ] beskrev den bedøvende effekten av elektriske utladninger produsert av elektrisk fisk og elektriske stråler . Videre visste de at disse utslippene kunne overføres av ledende stoffer. [ 7 ] Pasienter med tilstander som gikt og hodepine ble behandlet med elektrisk fisk, i håp om at utfloden kunne kurere dem. [ 6 ] Den første tilnærmingen til studiet av lyn og dets forhold til elektrisitet tilskrives araberne, som før det femtende århundre hadde et ord for lyn ( raad ) brukt på den elektriske linjen.
I gamle middelhavskulturer var det kjent at ved å gni visse gjenstander, for eksempel en ravstang , med ull eller hud, ble det oppnådd små ladninger ( triboelektrisk effekt ) som tiltrakk seg små gjenstander, og gniing i lang tid kunne føre til utseendet til en gnist. I nærheten av den antikke greske byen Magnesia var såkalte Magnesia-steiner , som inkluderte lodestone og de gamle grekerne observerte at biter av dette materialet ble tiltrukket av hverandre, og også til små jerngjenstander . Ordene magneto (spansk tilsvarer magnet ) og magnetisme stammer fra det toponymet . Rundt år 600 e.Kr. C. , den greske filosofen Thales av Miletos gjorde en serie observasjoner om statisk elektrisitet . Han konkluderte med at friksjon ga rav med magnetisme, i motsetning til mineraler som lodestone , som ikke trengte gnidning. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Thales hadde feil når han trodde at denne attraksjonen ble produsert av et magnetfelt, selv om senere vitenskap ville bevise forholdet mellom magnetisme og elektrisitet. I følge en kontroversiell teori kan partherne ha visst om elektroavsetning , basert på oppdagelsen av Bagdad-batteriet i 1936 , [ 11 ] som ligner på en voltaisk celle , selv om det er tvilsomt at enheten var av elektrisk natur. [ 12 ]
Slike spekulasjoner og fragmentariske opptegnelser var den nesten eksklusive behandlingen (med det bemerkelsesverdige unntaket av bruken av magnetisme for kompasset ) fra antikken til 1600 - tallets vitenskapelige revolusjon ; selv om det selv da gikk for lite mer enn en nysgjerrighet å vise i salongene. De første bidragene som kan forstås som suksessive tilnærminger til det elektriske fenomenet ble gitt av William Gilbert , som utførte en nøye studie av elektrisitet og magnetisme. Han differensierte effekten produsert av biter av magnetitt , fra den statiske elektrisiteten produsert ved å gni rav. [ 10 ] I tillegg laget han det nylatinske uttrykket electricus (som igjen kommer fra ήλεκτρον [ elektron ], det greske ordet for rav) for å referere til egenskapen til å tiltrekke seg små gjenstander etter at de har blitt gnidd. [ 13 ] Dette ga opphav til begrepene elektrisk og elektrisitet , som først dukker opp i 1646 i Thomas Brownes publikasjon Pseudodoxia Epidemica . [ 14 ]
Disse studiene ble fulgt av systematiske forskere som von Guericke , Cavendish , [ 15 ] [ 16 ] Du Fay , [ 17 ] van Musschenbroek [ 18 ] ( Leyden jar ) eller William Watson . [ 19 ] Observasjoner sendt til den vitenskapelige metoden begynner å bære frukter med Galvani , [ 20 ] Volta , [ 21 ] Coulomb [ 22 ] og Franklin , [ 23 ] og allerede på begynnelsen av 1800-tallet, med Ampère , [ 24 ] Faraday [ 25 ] og Ohm . Navnene på disse pionerene endte opp med å døpe enhetene som brukes i dag for å måle de forskjellige størrelsene på fenomenet. Den endelige forståelsen av elektrisitet ble kun oppnådd med dens forening med magnetisme i et enkelt elektromagnetisk fenomen beskrevet av Maxwells ligninger ( 1861 - 1865 ). [ 26 ]
Den teknologiske utviklingen som produserte den første industrielle revolusjonen gjorde ikke bruk av elektrisitet. Den første utbredte praktiske anvendelsen var Samuel Morses elektriske telegraf (1833) – forut for Gauss og Weber , 1822 – som revolusjonerte telekommunikasjonen . [ 27 ] Industriell elektrisitetsproduksjon begynte i siste kvartal av 1800-tallet , da elektrisk gate- og hjemmebelysning spredte seg. Den økende rekkefølgen av anvendelser av denne formen for energi gjorde elektrisitet til en av de viktigste drivkreftene i den andre industrielle revolusjonen . [ 28 ] Mer enn store teoretikere som Lord Kelvin , var det tiden for store ingeniører og oppfinnere, som Gramme , [ 29 ] Tesla , Sprague , Westinghouse , [ 30 ] von Siemens [ 31 ] Graham Bell , [ 32 ] og, fremfor alt, Alva Edison og hans revolusjonerende måte å forstå forholdet mellom vitenskapelig-teknisk forskning og det kapitalistiske markedet , som gjorde teknologisk innovasjon til en industriell aktivitet. [ 33 ] [ 34 ] De påfølgende paradigmeskiftene i første halvdel av det 20. århundre ( relativistisk og kvante ) vil studere funksjonen til elektrisitet i en ny dimensjon: atomær og subatomær .
Elektrifisering var ikke bare en teknisk prosess, men en ekte sosial endring med ekstraordinære implikasjoner, som begynte med belysning og fortsetter med alle slags industrielle prosesser ( elektrisk motor , metallurgi , kjøling ...) og kommunikasjon ( telefoni , radio ). Lenin definerte under den bolsjevikiske revolusjonen sosialisme som summen av elektrifisering og sovjetenes makt , [ 35 ] men det var fremfor alt forbrukersamfunnet som ble født i de kapitalistiske landene, som i større grad var avhengig av den innenlandske bruken. av elektrisitet i husholdningsapparater , og det var i disse landene hvor tilbakemeldingene mellom vitenskap, teknologi og samfunn utviklet de komplekse strukturene som tillot dagens FoU- og FoU&I- systemer , der offentlige og private initiativ de trer inn i hverandre, og de individuelle figurene utviskes i forskningsteam.
Elektrisk kraft er avgjørende for informasjonssamfunnet til den tredje industrielle revolusjonen som har funnet sted siden andre halvdel av det 20. århundre ( transistor , TV , databehandling , robotikk , internett ...). Bare oljeavhengig motorisering ( som også er mye brukt, som andre fossile brensler , i elektrisitetsproduksjon) kan sammenlignes i betydning . Begge prosessene krevde stadig økende mengder energi, som er opphavet til energi- og miljøkrisen og letingen etter nye energikilder , de fleste med umiddelbar elektrisk bruk ( atomenergi og alternative energier , gitt begrensningene til tradisjonell vannkraft ) . Problemene som elektrisitet har for lagring og transport over lange avstander, og for autonomien til mobile enheter, er tekniske utfordringer som ennå ikke er løst effektivt nok.
Den kulturelle virkningen av det Marshall McLuhan kalte elektrisitetens tidsalder , som ville følge mekaniseringens tidsalder (sammenlignet med hvordan metallalderen fulgte steinalderen ), ligger i den svært høye forplantningshastigheten til elektromagnetisk stråling (300 000 km/s). ) som får den til å bli oppfattet nesten umiddelbart. Dette faktum innebærer tidligere ufattelige muligheter, som samtidighet og inndeling av hver prosess i en sekvens . Et kulturelt skifte ble pålagt som stammet fra et fokus på "spesialiserte oppmerksomhetssegmenter" (vedtak av et bestemt perspektiv) og ideen om "øyeblikkelig sensorisk bevissthet om helheten", en oppmerksomhet til "hele feltet", en "følelse av hele strukturen. En følelse av 'form og funksjon som en enhet', en 'integrert idé om struktur og konfigurasjon' ble tydelig og utbredt. Disse nye mentale forestillingene hadde stor innvirkning på alle slags vitenskapelige, pedagogiske og til og med kunstneriske felt (for eksempel kubisme ). I det romlige og politiske riket "sentraliserer ikke elektrisitet, men desentraliserer heller ... mens jernbanen krever et enhetlig politisk rom, tillater flyet og radioen den største diskontinuiteten og mangfoldet i romlig organisering." [ 36 ]
Se også: Elektromagnetismens historie , belysningens historie , elektrokjemiens historie , informatikkhistorien og tidslinjen for elektrisk og elektronisk teknikk .Coulomb (1736-1806), etablerte de kvantitative lovene for elektrostatikk
Galvani (1737-1798), kjent for sin forskning på effekten av elektrisitet på musklene til dyr
Ampère (1775-1836), en av oppdagerne av elektromagnetisme
Faraday (1791-1867), oppdager av elektromagnetisk induksjon
Elektrisitet brukes til å generere:
Elektrisk ladning er en egenskap ved materie som manifesterer seg gjennom tiltreknings- og frastøtningskrefter . Ladningen stammer fra atomet , som består av ladede subatomære partikler som elektronet og protonet . [ 37 ] Ladningen kan overføres mellom kroppene ved direkte kontakt eller ved å passere gjennom et ledende materiale, vanligvis metallisk. [ 38 ] Begrepet statisk elektrisitet refererer til tilstedeværelsen av ladning på en kropp, vanligvis forårsaket av to forskjellige materialer som gnis sammen og overfører ladning til hverandre. [ 39 ]
Tilstedeværelsen av ladning gir opphav til den elektromagnetiske kraften: en ladning utøver en kraft på de andre. Denne effekten var kjent i oldtiden, men ikke forstått. [ 40 ] En lett kule, hengt opp i en tråd, kan lades ved kontakt med en glassstang som tidligere er ladet ved friksjon med et stoff. Det ble funnet at hvis en lignende ball ble ladet med samme glassstang, ville de frastøte hverandre. På slutten av 1700 - tallet undersøkte Charles-Augustin de Coulomb dette fenomenet. Han utledet at ladningen manifesterer seg på to motsatte måter. [ 41 ] Denne oppdagelsen førte til det velkjente aksiomet "objekter med samme polaritet frastøter hverandre og med ulik polaritet tiltrekker hverandre". [ 40 ] [ 42 ]
Kraften virker på de ladede partiklene mot hverandre, og i tillegg har ladningen en tendens til å spre seg på en ledende overflate. Størrelsen på den elektromagnetiske kraften, enten den er attraktiv eller frastøtende, uttrykkes av Coulombs lov , som relaterer kraften til produktet av ladningene og har et omvendt forhold til kvadratet på avstanden mellom dem. [ 43 ] [ 44 ] Den elektromagnetiske kraften er veldig sterk, sekundet etter den sterke kjernekraften , [ 45 ] med den forskjellen at denne kraften virker over alle avstander. [ 46 ] Sammenlignet med den svake gravitasjonskraften , er den elektromagnetiske kraften som skyver to elektroner fra hverandre 10 42 ganger større enn gravitasjonsattraksjonen som trekker dem sammen. [ 47 ]
En ladning kan uttrykkes som positiv eller negativ. Ladningene til elektroner og protoner har motsatte fortegn. Etter konvensjon antas ladningen som bærer elektroner å være negativ og protoner å være positiv, en skikk som begynte med arbeidet til Benjamin Franklin . [ 48 ] Mengden av ladning er representert med symbolet Q og er uttrykt i coulombs . [ 49 ] Alle elektroner har samme ladning, omtrent -1,6022×10 −19 coulombs. Protonet har en lik, men motsatt ladning +1,6022×10 −19 coulombs. Ladning er ikke bare tilstede i materie , men også i antimaterie: hver antipartikkel har en lik og motsatt ladning til dens tilsvarende partikkel. [ 50 ]
Ladning kan måles på forskjellige måter. Et veldig gammelt instrument er elektroskopet , som fortsatt brukes til demonstrasjoner i klasserom, selv om det nå er erstattet av det elektroniske elektrometeret . [ 51 ]
Elektrisk strøm er bevegelsen av elektriske ladninger gjennom en leder. Strømmen kan produseres av enhver bevegelig elektrisk ladet partikkel . Oftest er de elektroner, men enhver annen bevegelig ladning kan defineres som en strøm. [ 52 ] I følge det internasjonale systemet måles intensiteten til en elektrisk strøm i ampere , hvis symbol er A. [ 53 ]
Historisk sett ble elektrisk strøm definert som en flyt av positive ladninger, og flyten av ladninger fra den positive til den negative polen ble etablert som den konvensjonelle strømretningen. Senere ble det observert at ladningsbærerne i metaller er elektroner, med negativ ladning, og at de beveger seg i motsatt retning av den konvensjonelle. [ 54 ] Sannheten er at, avhengig av forholdene, kan en elektrisk strøm bestå av en strøm av ladede partikler i én retning, eller til og med samtidig i begge retninger. Den positiv-negative konvensjonen brukes normalt for å forenkle denne situasjonen. [ 52 ]
Prosessen der elektrisk strøm flyter gjennom et materiale kalles elektrisk ledning . Naturen deres varierer, avhengig av de ladede partiklene og materialet de sirkulerer gjennom. Eksempler på elektriske strømmer er metallisk ledning, hvor elektroner beveger seg gjennom en elektrisk leder , for eksempel et metall; og elektrolyse , hvor ioner ( ladede atomer ) strømmer gjennom væsker. Mens partiklene kan bevege seg veldig sakte, noen ganger med gjennomsnittlige avdriftshastigheter på bare brøkdeler av en millimeter per sekund, [ 55 ] forplanter det elektriske feltet som kontrollerer dem nær lysets hastighet , slik at elektriske signaler raskt overføres over ledningene. [ 56 ]
Strømmen produserer mange synlige effekter, som har gjort dens tilstedeværelse kjent gjennom historien. I 1800 oppdaget Nicholson og Carlisle at vann kunne brytes ned av strøm fra en voltaisk celle, i en prosess kjent som elektrolyse . I 1833 utvidet Michael Faraday dette arbeidet. [ 57 ] I 1840 oppdaget James Prescott Joule at strøm gjennom en elektrisk motstand øker temperaturen, et fenomen som nå kalles Joule-effekten . [ 57 ]
Konseptet med elektrisk felt ble introdusert av Michael Faraday . Et elektrisk felt skapes av et ladet legeme i rommet rundt det, og det produserer en kraft som det utøver på andre ladninger som befinner seg i feltet. Et elektrisk felt virker mellom to ladninger på omtrent samme måte som gravitasjonsfeltet virker på to masser. I likhet med ham strekker den seg til det uendelige, og verdien er omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden. [ 46 ] Det er imidlertid en viktig forskjell: mens tyngdekraften alltid fungerer som en attraksjon, kan det elektriske feltet produsere tiltrekning eller frastøting. Hvis et stort legeme som en planet ikke har noen nettoladning, er det elektriske feltet i en gitt avstand null. Derfor er tyngdekraften den dominerende kraften i universet, til tross for at den er mye svakere. [ 47 ]
Et elektrisk felt varierer i rommet, og dets intensitet på ethvert punkt er definert som kraften (per enhetsladning) som en ladning ville føle hvis den var lokalisert på det punktet. [ 58 ] Testladningen må være ubetydelig, for å hindre at eget felt påvirker hovedfeltet, og den må også være stasjonær for å unngå effekten av magnetiske felt . Siden det elektriske feltet er definert i form av kraft, og en kraft er en vektor, så er det elektriske feltet også en vektor, med størrelse og retning. Nærmere bestemt er det et vektorfelt . [ 58 ]
Begrepet elektrisk potensial er nært knyttet til det elektriske felt. En liten ladning plassert i et elektrisk felt opplever en kraft, og for å bringe ladningen til det punktet mot kraften den trenger for å utføre arbeid . Det elektriske potensialet på et hvilket som helst punkt er definert som energien som kreves for å flytte en testladning som befinner seg ved uendelig til det punktet. [ 59 ] Det måles vanligvis i volt , der én volt er potensialet som trengs for én joule arbeid for å tiltrekke seg en én coulomb- ladning fra det uendelige. Denne formelle definisjonen av potensial har få praktiske anvendelser. Et mer nyttig konsept er potensialforskjellen , som er definert som energien som kreves for å flytte en ladning mellom to spesifiserte punkter. Det elektriske feltet har den spesielle egenskapen å være konservativt , det vil si at banen som følges av testladningen spiller ingen rolle; alle veier mellom to spesifikke punkter bruker samme energi, og også med en enkelt potensiell differanseverdi. [ 59 ]
Elektromagnetisme kalles den fysiske teorien som forener elektriske og magnetiske fenomener. Dens grunnlag er arbeidet til Faraday, men ble først fullstendig formulert av Maxwell, [ 60 ] [ 61 ] ved bruk av fire vektordifferensialligninger, kjent som Maxwells ligninger . De relaterer det elektriske feltet, magnetfeltet og deres respektive materialkilder: elektrisk ladningstetthet, elektrisk strøm , elektrisk forskyvning og forskyvningsstrøm . [ 62 ]
Tidlig på 1800-tallet fant Ørsted empiriske bevis for at magnetiske og elektriske fenomener var relatert. Fra denne basen forenet Maxwell i 1861 verkene til Ampère , Sturgeon , Henry , Ohm og Faraday , i et sett med ligninger som beskrev begge fenomenene som ett, det elektromagnetiske fenomenet. [ 63 ]
Det er en feltteori . Hans forklaringer og spådommer er basert på vektorielle fysiske størrelser , som avhenger av posisjonen i rom og tid. Elektromagnetisme beskriver makroskopiske fysiske fenomener som involverer elektriske ladninger i hvile og i bevegelse, ved bruk av elektriske og magnetiske felt og deres effekter på materie.
En elektrisk krets er en sammenkobling av to eller flere elektriske komponenter slik at elektrisk ladning flyter i en lukket bane, vanligvis for å utføre en nyttig oppgave. [ 64 ]
Komponentene i en elektrisk krets kan være svært varierte, den kan ha elementer som motstander , kondensatorer , brytere , plugger , transformatorer og elektronikk . Elektroniske kretser inneholder aktive komponenter , typisk halvledere , som viser ikke-lineær oppførsel , noe som krever kompleks analyse. De enkleste elektriske komponentene er passive og lineære . [ 65 ]
Oppførselen til elektriske kretser som kun inneholder motstander og DC elektromotoriske kilder er styrt av Kirchhoffs lover . For å studere det, brytes kretsen ned i elektriske nett , og etablerer et system med lineære ligninger hvis oppløsning gir verdiene til spenningene og strømmene som kommer inn eller forlater nodene deres. [ 66 ]
Å løse vekselstrømkretser krever utvidelse av begrepet elektrisk motstand, nå utvidet med impedansen til å inkludere oppførselen til spoler og kondensatorer . Oppløsningen av disse kretsene kan gjøres med generaliseringer av Kirchoffs lover, men krever vanligvis avanserte matematiske metoder, for eksempel Laplace Transform , for å beskrive deres forbigående og stasjonære oppførsel . [ 66 ]
Muligheten for å overføre en elektrisk strøm i materialer avhenger av strukturen og samspillet mellom atomene som utgjør dem. Atomer er bygd opp av positivt (protoner), negativt (elektroner) og nøytrale (nøytroner) ladede partikler. Elektrisk ledning i ledere , halvledere og isolatorer skyldes elektroner fra den ytre bane eller ladningsbærere , siden både de indre nøytronene og protonene til atomkjernene ikke kan bevege seg lett. De ledende materialene par excellence er metaller som normalt har et enkelt elektron i det siste elektroniske skallet , for eksempel kobber . Disse elektronene kan lett passere til naboatomer, og utgjør de frie elektronene som er ansvarlige for flyten av elektrisk strøm. [ 67 ]
I alle materialer som utsettes for elektriske felt er de relative romlige fordelingene av negative og positive ladninger modifisert i større eller mindre grad. Dette fenomenet kalles elektrisk polarisering og er mer merkbart i elektriske isolatorer fordi, takket være dette fenomenet, forhindres frigjøring av ladninger, og derfor leder de ikke, som er hovedkarakteristikken til disse materialene. [ 68 ]
Elektrisk ledningsevne er egenskapen til materialer som kvantifiserer hvor lett ladninger kan bevege seg når et materiale utsettes for et elektrisk felt. [ 69 ] Resistivitet er en omvendt størrelse på konduktivitet, som henviser til vanskelighetsgraden som elektroner møter i deres bevegelser, og gir en ide om hvor god eller dårlig leder det er. [ 67 ] En høy verdi av resistivitet indikerer at materialet er en dårlig leder mens en lav verdi indikerer at det er en god leder. Generelt øker resistiviteten til metaller med temperaturen, mens den til halvledere avtar med økende temperatur. [ 67 ]
Materialer klassifiseres basert på deres elektriske ledningsevne eller resistivitet i ledere , dielektriske stoffer , halvledere og superledere .
Inntil oppfinnelsen av den voltaiske haugen på 1700 -tallet ( Alessandro Volta , 1800) var det ingen levedyktig kilde til elektrisitet. Den voltaiske haugen (og dens moderne etterkommere, den elektriske haugen og det elektriske batteriet ), lagret energi kjemisk og leverte den på forespørsel i form av elektrisk energi. [ 72 ] Batteriet er en svært allsidig vanlig kilde som brukes til mange bruksområder, men energilagringen er begrenset, og når den er utladet må den lades opp igjen (eller, når det gjelder batteriet, byttes). For et mye større elektrisk behov må kraft kontinuerlig genereres og overføres over ledende overføringslinjer. [ 73 ]
Generelt genereres elektrisk energi av elektromekaniske generatorer, som er enheter som bruker bevegelse for å opprettholde en elektrisk potensialforskjell mellom to punkter. Det vil si at de forvandler mekanisk energi til elektrisk energi . Denne transformasjonen oppnås ved virkningen av et magnetisk felt på de elektriske lederne. Hvis en relativ bevegelse mellom lederne og feltet produseres mekanisk, vil en elektromotorisk kraft (EMF) genereres. Dette systemet er basert på Faradays lov . For å oppnå bevegelse brukes luft ( vind ), vann ( hydraulisk ), damp eller andre gasser ( termisk ). Den moderne dampturbinen som ble oppfunnet av Charles Algernon Parsons i 1884 genererer omtrent 80 % av verdens elektriske kraft ved å bruke et bredt utvalg av kraftkilder.
En annen enhet som genererer elektrisitet er solcellecellen , og den gjør det direkte fra solstråling gjennom en halvlederenhet .
Elektrisitetsledere gir alltid en motstand mot passasje av elektrisitet, uansett hvor liten, slik at elektrisk ladning går tapt under transport; jo større avstand, jo større tap. En økning i spenning betyr en reduksjon i intensiteten som sirkulerer gjennom linjen, for å transportere den samme kraften, og derfor tapene på grunn av oppvarming av lederne og på grunn av elektromagnetiske effekter og, følgelig, mindre energitap. Følgelig kan mindre seksjoner av lederne som transporterer den brukes, derfor til å frakte elektrisitet over lange avstander, det må gjøres i den såkalte høyspenningen . Tvert imot, ved vanlig bruk må det brukes en lavere spenning (normalt mellom 110 V og 240 V) og dette innebærer endringer (transformasjoner) av spenning. Oppfinnelsen av transformatoren på slutten av 1800-tallet gjorde det mulig å overføre elektrisk energi mer effektivt. Effektiv elektrisk overføring gjorde det mulig å generere elektrisitet i kraftverk, og deretter transportere den over lange avstander, uansett hvor det var nødvendig. [ 74 ]
Fordi elektrisk energi ikke enkelt kan lagres for å møte etterspørselen i nasjonal målestokk, produseres det meste av tiden samme mengde som etterspørres. Dette krever en elektrisitetsbørs som gjør spådommer om elektrisitetsbehovet, og opprettholder konstant koordinering med produksjonsanleggene. En viss reserve av produksjonskapasitet holdes i reserve for å støtte eventuelle anomalier i nettverket. [ 75 ]
Elektrisitet har uendelige bruksområder for husholdnings-, industri-, medisinsk- og transportbruk. Bare for å nevne belysning og belysning , elektriske apparater , varmeproduksjon , elektronikk , robotikk , telekommunikasjon , lyssignaler , klimaanlegg , kjølemaskiner , elektrosveising , elektromagneter , elektrokjemi , elektroventiler . Elektromagnetisk induksjon brukes også for konstruksjon av motorer som beveges av elektrisk energi , som tillater drift av utallige enheter. [ 76 ]
Det vanligste elektriske fenomenet i den uorganiske verden er atmosfæriske elektriske utladninger kalt lyn og lyn . På grunn av friksjonen av vannet eller ispartiklene med luften, skjer den økende separasjonen av positive og negative elektriske ladninger i skyene, en separasjon som genererer elektriske felt. Når det resulterende elektriske feltet overstiger den dielektriske styrken til mediet, oppstår det en utladning mellom to deler av en sky, mellom to forskjellige skyer, eller mellom bunnen av en sky og bakken. Denne utladningen ioniserer luften ved oppvarming og eksiterer molekylære elektroniske overganger. Den plutselige utvidelsen av luften genererer torden , mens forfallet av elektroner til deres likevektsnivå genererer elektromagnetisk stråling , det vil si lys. [ 77 ]
Jordens magnetfeltSelv om det ikke kan verifiseres eksperimentelt, er eksistensen av jordens magnetfelt nesten helt sikkert på grunn av sirkulasjonen av ladninger i jordens flytende ytre kjerne . Hypotesen om dens opprinnelse i materialer med permanent magnetisering , for eksempel jern, ser ut til å bli tilbakevist av verifiseringen av periodiske inversjoner av retningen i løpet av geologiske tidsepoker , der den nordlige magnetiske polen erstattes av sør og omvendt. Målt i menneskelig tid er imidlertid de magnetiske polene stabile, slik at de kan brukes, ved hjelp av den gamle kinesiske oppfinnelsen av kompasset , for orientering til sjøs og på land. [ 78 ]
Jordens magnetfelt avleder ladede partikler fra solen ( solvind ). Når disse partiklene kolliderer med oksygen- og nitrogenatomene og molekylene i magnetosfæren , produseres en fotoelektrisk effekt der deler av energien til kollisjonen eksiterer atomene til et slikt energinivå at når de ikke lenger er eksitert, returnerer de den energien i form av synlig lys. Dette fenomenet kan observeres med det blotte øye i nærheten av polene, i polar nordlyset . [ 79 ]
Bioelektromagnetisme studerer fenomenet som består av produksjon av elektromagnetiske felt produsert av levende materie ( celler , vev eller organismer ). Eksempler på dette fenomenet inkluderer det elektriske potensialet til cellemembraner og de elektriske strømmene som flyter i nerver og muskler som en konsekvens av deres aksjonspotensial . [ 80 ]
Noen organismer, som haier , har evnen til å oppdage og reagere på endringer i elektriske felt, en evne kjent som elektroresepsjon . [ 81 ] Mens andre, kalt elektrogene , er i stand til å produsere store elektriske utladninger for defensive eller offensive formål. Noen fisk, som ål og elektriske stråler, kan generere spenninger på opptil to tusen volt og strømmer større enn 1 A. [ 82 ] Aksjonspotensialet er også ansvarlig for koordineringen av aktiviteter i enkelte anlegg. [ 83 ]