Fenomenet i samband med närvaron och laddningsflödet kallas elektricitet. Det är en energikälla som används för att driva våra elektriska maskiner och utrustning.
I denna era av modern teknik har nästan allt automatiserats med någon form av teknik inuti det som drivs av elektricitet som barnleksaker, olika larm, produkttillverkningsmaskiner i industrier och utrustning som används på sjukhus etc.
Vad är el och avgift?
Atomen som är den grundläggande byggstenen i något material innehåller subatomära partiklar. De tre grundläggande subatomära partiklarna är neutron, proton och elektron. Neutronen och protonen finns i atomens centrala kärna medan elektronen kretsar runt den i fasta banor. Neutronen som namnet antyder är neutral, dvs den innehåller ingen laddning. Medan protonen och elektronen innehåller lika mycket laddning men med motsatta polariteter.
Protonen innehåller positiv laddning medan elektronen innehåller negativ laddning. Naturligtvis är dessa polariteter konventionellt tilldelade dem endast för att skilja mellan dem.
I ett normalt tillstånd är den totala laddningen på en atom noll eftersom antalet elektroner och protoner är lika och deras lika stora mängd laddningar upphäver varandra. Protonerna är hårt bundna till kärnan så att de inte kan röra sig medan elektronerna som finns i den yttre omloppsbanan som kallas valenselektroner är något löst bundna. De kan lämnas med tillräckligt med energi för att lämna omloppsbanan och strömma ut ur atomen.
När valenselektronerna exciteras frigörs de från omloppsbanan och lämnar därmed positiv laddning på atomen bakom (eftersom den negativt laddade elektronen tas bort). Vissa grundämnen som metaller innehåller löst anslutna elektroner som kallas fria elektroner som kräver mycket låg energi för att röra sig fritt och rörelsen av sådana laddningar kallas elektricitet.
Laddningsflöde
Som vi har konstaterat tidigare kallas laddningsflödet för elektricitet. Men laddningen kan vara positiv eller negativ. Vi har diskuterat att de positiva laddningsprotonerna är tätt bundna till kärnan så att den aldrig rör sig medan elektronerna kan röra sig fritt när tillräckligt med energi tillhandahålls. Därför kan vi säga att elektricitet är flödet av elektroner (likheten mellan deras namn gav också bort det).
Men när elektroner lämnar en atom lämnar den positiv laddning efter sig. Så vi kan säga att om de negativa laddningarna rör sig i en riktning, rör sig den resulterande positiva laddningen i motsatt riktning.
Antag att flera atomer placeras i en linje, om tillräckligt med energi tillhandahålls lämnar elektronen den sista atomen och lämnar positiv laddning bakom sig. Elektronen från de intilliggande atomerna hoppar och neutraliserar den positiva laddningen och lämnar positiv laddning bakom sig. Så vidare till den sista atomen. Det visar att under elektricitet flyter båda laddningarna (dvs positiva och negativa). Dessa två typer av laddningsflöde introducerar två typer av elektricitet.
Konventionell ström: Tidigare när elektricitet upptäcktes. Forskaren trodde att elektriciteten flödar från hög potential (positiv) till låg potential (negativ), dvs det är produkten av positiva laddningsbärare. Men de kände inte till de två typerna av anklagelser för tillfället. De bara gissade det och föreslog de grundläggande elektriska lagarna, reglerna och andra ekvationer baserade på det. Det fanns en 50/50 chans, och de trasslade till.
Elektronström: Ett sekel senare efter upptäckten av elektricitet upptäcktes elektriska laddningar. De upptäckte att det finns två typer av laddningsbärare, dvs positiv (proton) och negativ laddningsbärare (elektron). & laddningsbäraren som var ansvarig för elektriciteten var elektron (på grund av dess lösa bindning & låga massa).
Därför, enligt elektronström, är elektricitet flödet av elektroner som är tekniskt korrekt. Men det fanns olika lagar, regler publicerade med riktningen för konventionell ström för enheter som diod etc. Faktum är att det inte spelar någon roll i vilken riktning strömmen flyter, så länge den är konsekvent gör det ingen skillnad. Därför bibehålls den konventionella strömmen som standardriktningen för strömflödet.
Elektrostatisk kraft
Enligt Coulombs lag finns det en elektrostatisk kraft mellan två laddningar där de motsatta laddningarna attraherar och samma laddningar stöter bort varandra. Kraften är omvänt proportionell mot avståndet mellan dem. För att utveckla det mer exakt, skjuter positiv laddning bort positiv laddning och negativ laddning skjuter bort negativ laddning. Medan positiv & negativ laddning attraherar/drar in varandra.
Om vi använder en test positiv laddning och placerar den mellan två laddade plattor, dvs positivt laddad & negativt laddad. Det finns ett elektriskt fält mellan dessa två plattor. Riktningen för detta e-fält är konventionellt från positiv laddning till negativ laddning. Testladdningen kommer att uppleva en repulsionskraft från positivt laddad platta & en attraktionskraft från negativt laddad platta på grund av Coulombs lag.
Därför kan vi säga att en positiv laddning rör sig från högre potential (positiv laddad platta) till lägre potential (negativ laddningsplatta) i ett elektriskt fält. Denna idé används i elektricitet där en elektrisk potential appliceras mellan två ändar av en ledare och strömmen (som är laddning) flyter från den högre potentialen mot den lägre potentialen. Typer av elektricitet Det finns två typer av el, dvs statisk elektricitet och ström.
Den statiska elektriciteten är ackumuleringen av laddning på grund av att två föremål gnuggas ihop medan den nuvarande elektriciteten är flödet av elektriska laddningar.
Statisk elektricitet
Den statiska elektriciteten är laddningsobalansen i ett föremål eller laddningsuppbyggnaden på föremålets yta.
Laddningen byggs upp på ytan av föremålet som sedan urladdas genom vilken elektrisk ledare som helst eller ibland joniserar isolatorn och urladdningen orsakar gnistor. Du kanske har upplevt det i ett åskväder.
Alla föremål i sitt normala tillstånd har lika många positiva och negativa laddningar som tar bort varandras laddningar. Därför har den neutral eller ingen resulterande laddning. Obalansen i denna laddning orsakas på grund av friktionen och gnidning av två föremål med varandra. Ett av de två objekten släpper ut elektroner medan det andra får det och får det att producera motsatta laddningar på dem. Det händer när ett av föremålen har högt elektriskt motstånd.
När det laddade föremålet kommer nära något annat neutralt föremål, arrangerar det sina positiva och negativa laddningar på ett sådant sätt att det genererar en attraktionskraft mellan dem. Till exempel kommer ett negativt laddat föremål att trycka bort den positiva laddningen och dra in den negativa laddningen på ytan av det neutrala föremålet. Du kanske har gjort eller hört talas om ett sådant experiment, gnugga ballongen mot dina hårstrån.
De laddade objekten vill neutralisera denna obalans av laddning genom att antingen ta bort eller få elektronerna till eller från någon närliggande elektrisk ledare. Men isolatorn mellan dem förhindrar det. Obalansen genererar en attraktionskraft mellan den och en elektrisk ledare så att den kan komma nära och släppa ut elektronerna.
Ibland joniserar den enorma mängden laddning det isolerande gapet mellan dem och urladdning genom det. Urladdningen av elektroner är synlig för blotta ögat i form av en gnista mellan dem. Den statiska elektriciteten bildas inuti molnen. När dess partiklar gnuggar mot varandra blir de motsatt laddade och det separerar.
Laddningen joniserar luften mellan den och laddar omedelbart ut elektronerna i form av synliga gnistor, allmänt känd som blixt och åska. Ett annat exempel är ballong som gnuggar mot vårt hår. Håret släpper ut elektroner och ballongen får elektroner som producerar motsatta laddningar. Ballongen börjar lyfta ditt hår på grund av attraktionskraften mellan laddningarna när den kommer nära den.
Aktuell el
Den nuvarande elektriciteten är laddningsflödet. Vi brukar syfta på denna typ av el när vi pratar om el. Till skillnad från statisk elektricitet som beror på stationära laddningar, beror den nuvarande elektriciteten på laddningarnas rörelse inuti en ledare.
När en elektrisk potential (från ett batteri) appliceras på en ledare, exciteras elektronerna i ledaren och rör sig genom den. Vi använder vanligtvis koppartråd som en ledare som innehåller fria elektroner.
Den nuvarande elektriciteten mäts med hjälp av hastigheten för flödet av laddningar som kallas ampere. Vi förbrukar normalt denna typ av el i våra hem, industrier och artikeln nedan förklarar allt om det.
Elektrisk krets
En elektrisk krets är en komplett slinga av en ledare som ger en väg för flödet av laddning eller ström. Det är mycket viktigt att kretsen bara ska innehålla ledare och det ska inte finnas några isolatorer i den annars skulle elektriciteten inte flöda.
Den elektriska kretsen kan vara en enkel ledareslinga eller ha en kombination av ledare och andra komponenter för att göra något användbart arbete. Därför kan vi klassificera kretsar i två kategorier.
Kortslutning
När en enkel ledningsslinga används som en elektrisk krets och är ström genom att ansluta en strömkälla till den, kallas det kortslutning. Ledaren ansluter direkt båda terminalerna på strömkällan och eftersom ledare har försumbart motstånd, flyter det en enorm mängd ström genom strömkällan.
Det kraftiga laddningsflödet kommer att värma upp ledaren och strömkällan och det kommer att skada den permanent. Kortslutningen undviks till varje pris i el eftersom det kommer att skada strömkällan. Det är därför vi använder strömbrytare i våra hem för att skydda våra ledningar såväl som strömkällan. Kortslutning har ingen användbar tillämpning och det är en elektrisk fara.
Däremot kan vi använda en kortslutning på kontrollerat sätt för att utföra punktsvetsning & lödningar etc. Med hjälp av en mycket låg spänningssignal (med multimeter) kan vi testa kontinuiteten hos en ledare. Den avgör eventuella brott i ledaren medan den är inuti dess plastisolering.
Användbar krets
Den är gjord av flera elektriska och elektroniska komponenter som är sammankopplade med hjälp av ledare för att bilda en slinga och utföra alla användbara funktioner.
En enkel elektrisk krets skulle vara att tända en glödlampa. En glödlampa ansluten av en ledare med en strömkälla bildar en elektrisk krets. Om du slår på källan kommer strömmen att strömma och tända lampan att lysa upp dess omgivning. Samma process inträffar är att driva fläktar, värmare.
Varje elektrisk pryl eller enhet har en elektrisk krets i sig. Våra hushållsapparater ansluts med dessa enkla elektriska kretsar. Det finns dock andra kretsar som används för ljudförstärkning (i högtalare), ladda telefoner, styra maskiner och andra mer komplexa och logiska kretsar som den inuti din smarta telefon och dator som till och med kan beräkna komplexa matematiska ekvationer. De arbetar alla med el.
Ampere (aktuell)
Strömmen är flödet av elektroner i en elektrisk krets. Elektronerna strömmar under påverkan av spänningen mellan dem. Ampere är mängden elektroner som strömmar under en tidsenhet.
En ampere är mängden ström som flyter i en krets med resistans på en ohm när en volt spänning appliceras på den.
Ohm (motstånd)
Motståndet i en elektrisk krets är egenskapen hos vilket material som helst att motverka strömflödet. Ohm är enheten för motstånd och den betecknas med Ω.
En elektrisk krets sägs ha ett motstånd på en ohm när en spänning på en volt flyttar en ampere ström genom den.
Elkraft & Mätning av El
Elektrisk effekt är den elektriska energi som överförs per tidsenhet. I en elektrisk krets är det lika med produkten av spänning och ström.
Det är SI-enheten är Watt uppkallad efter den berömda skotske uppfinnaren James Watt som uppfann ångmaskinen. Den elektriska effekten mäts också i hästkrafter vilket är lika med 746 Watt.
Vi betalar våra räkningar baserat på den elektriska energi vi förbrukar. Enheten för energi är joule men SI-enheten som används för mätning av elektrisk energi är kWh (Kilo-Watt-Hour). En kWh är lika med 3600 kilo joule energi. Detta är standardenheten som används för fakturering av elektrisk energi runt om i världen.
Generering av elektricitet
Elektriciteten kan genereras med flera olika metoder;
Generator
De elektriska generatorerna är enheter som omvandlar kinetisk energi till elektrisk energi. Det är den mest använda metoden för att generera elektricitet runt om i världen.
Generatorerna innehåller turbiner som roterar med hjälp av kinetisk energi från någon annan källa som vatten i damm, ånga, vind etc. Vid rotation av turbinen interagerar magnetfältet och ledarna med varandra och genererar elektricitet.
Generatorerna kan designas för att generera växelström (AC) eller likström (DC) beroende på dess design och krav. Vi använder mestadels AC-generatorer i våra kraftverk på grund av dess enklare spänningsomvandling och överföringsfördelar.
Denna metod används i enorma kraftverk som levererar elektricitet till hela städerna i ett intervall på megawatt.
Elektrokemi
Elektrokemi handlar om förhållandet mellan kemikalier och elektricitet. I en sådan metod omvandlas den kemiska energin inuti kemikalier till elektrisk energi. Den kemiska reaktionen frigör elektroner som kan strömma ut genom en metallelektrod.
Metallelektroder är placerade inuti en kemikalie som kallas elektrolyt. Kemikalierna reagerar med elektroderna och utbyter elektroner som strömmar ut genom elektroderna in i den elektriska kretsen och genererar därmed elektricitet. Denna process kan vändas för att lagra samma elektriska laddning inuti kemikalien.
En sådan metod för elproduktion används i batterier. Batterier kan vara av två typer, dvs primärbatteri och sekundärbatteri. De primära batterierna är inte uppladdningsbara och de kan inte användas när de är helt urladdade. Det är också känt som engångsbatterier. Medan de sekundära batterierna är laddningsbara och erbjuder hundratals till tusentals laddningscykler. De används mest för reservströmförsörjning och i bärbara enheter som smartphone och bärbar dator etc.
Batterierna är en bärbar källa för DC-elektricitet som driver alla bärbara enheter. De uppladdningsbara batterierna som Li-ion används mest i mobiltelefoner och bärbara datorer medan blybatterier används i fordon och som en sekundär strömkälla vid strömavbrott.
Fotovoltaisk effekt
Omvandlingen av ljusenergi till elektrisk energi kallas fotovoltaisk effekt. I denna process genererar materialet elektricitet när det utsätts för ljus. En solpanel arbetar på samma fenomen och använder solen som källa till ljusenergi och omvandlar den till elektricitet.
Solpanelerna innehåller små solceller. Varje solcellscell är gjord av halvledarmaterial. Fotonen (ljuspartikeln) träffar och slår av elektroner från den som strömmar ut genom kretsen. Dessa elektroner strömmar i en enda riktning vilket är anledningen till att solpaneler genererar DC-elektricitet.
Likströmsförsörjningen kan enkelt omvandlas till växelström med hjälp av Power inverter. Vi använder flera solpaneler i avlägsna områden för att generera elektricitet. Den används också som sekundär strömkälla i dagsljus för hus och företag.
Elektricitetskällor
Energi kan varken skapas eller förstöras; det kan ändras från en form till en annan. Enligt lagen om bevarande av energi kan vi omvandla alla former av energi till elektrisk energi och energi finns i olika former. Vi använder olika energikällor för att generera el baserat på de tre elproduktionsmetoder som diskuterats ovan.
