Elektřina

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Elektřina je část fyziky, která se zabývá elektrickými vlastnostmi těles a látek a elektrickými jevy. (V obecné mluvě se slovo elektřina užívá též k označení různých elektrických jevů - elektrického proudu, elektrického náboje, elektrické energie, ap.)

Obsah

[editovat] Elektrický náboj

Základní elektrickou vlastností těles je elektrický náboj. Těleso s elektrickým nábojem se nazývá elektricky nabité a je schopno působit elektrickou silou na jiné elektricky nabité těleso. V prostoru kolem nabitého tělesa se nachází elektrické pole, které popisujeme veličinou elektrická intenzita. Velikost elektrické síly vyjadřuje Coulombův zákon, v jiném tvaru pak Gaussův zákon elektrostatiky.

Tělesa lze zelektrovat různými způsoby - elektrostatickou indukcí, ionizací, chemickou disociací, třením, působením světla, tepla, aj. Ve všech případech jde uvnitř tělesa o oddělení některých elementárních částic s různým nábojem. Záporně nabité těleso má přebytek elektronů, kladně nabité těleso má nedostatek elektronů (má více protonů).

Elektrický náboj lze uchovat v kondenzátoru, příp. jiné součástce s elektrickou kapacitou.

[editovat] Elektrický proud

Pohybu elektricky nabitého tělesa se říká elektrický proud. Nejčastěji je elektrický proud tvořen usměrněným pohybem elektronů nebo jiných částic s elektrickým nábojem uvnitř vodiče, kdy se nabité částice kromě svého tepelného pohybu posouvají ve směru působení elektrické síly.

Elektrická síla způsobující elektrický proud má svůj původ ve vnějším elektrickém poli, které vytváří na koncích vodiče elektrické napětí jako rozdíl elektrických potenciálů. Vztah mezi napětím a proudem ve vodiči vyjadřuje Ohmův zákon.

Ohmův zákon vyjadřuje vztah mezi napětím, proudem a odporem (pozn. čtenáře).

[editovat] Elektrická práce, výkon, energie

Elektrické síly posouvající částice konají elektrickou práci. Elektrická práce vykonaná za jednotku času je elektrický výkon. Spotřebovaná elektrická energie za jednotku času se nazývá elektrický příkon.

Každý vodič klade průchodu elektrického proudu odpor. To má za následek ztrátu elektrické energie a její přeměnu na tepelnou energii - vodiče se zahřívají. Teplo, vzniklé průchodem elektrického proudu vodičem, se nazývá Jouleovo teplo.

[editovat] Elektrický proud v různých skupenstvích

Elektrický proud v pevných látkách je možný (vodiče), nemožný (izolanty), nebo možný za určitých podmínek (polovodiče). Elektrický proud v kapalinách je možný (vodivé kapaliny) nebo možný za určitých podmínek (např. po disociaci molekul při rozpuštění jiné látky). Elektrický proud v plynech se za normálních podmínek nevyskytuje, ale je možné jej vyvolat ionizací nebo zvláštními podmínkami (vysokou teplotou, silným elektrickým polem, nízkým tlakem). Důležitou podmínkou vedení elektrického proudu látkou je vždy přítomnost volných elektricky nabitých částic.

V oblasti velmi nízkých teplot (blížících se k absolutní nule) se látky mohou stát supravodivými.

[editovat] Elektrický obvod

Praktická realizace elektrického proudu se děje v elektrickém obvodu. Jeho nejdůležitějšími částmi jsou zdroj elektromotorického napětí, elektrický spotřebič a vodiče, které jednotlivé části propojují. V elektrickém obvodu bez spotřebiče dochází ke zkratu.

Elektrický obvod může být jednoduchý - součástky spolu s propojovacími vodiči tvoří jeden uzavřený okruh (součástky jsou zapojeny sériově), nebo rozvětvený - v uzlech se vodiče rozvětvují (jednotlivé větve jsou zapojeny paralelně). Vztahy mezi napětím a proudem v jednotlivých částech obvodu popisují Kirchhoffovy zákony.

Zvláštním druhem elektrických obvodů jsou elektronické obvody.

[editovat] Stejnosměrný a střídavý proud

Proud v elektrickém obvodu může být stejnosměrný nebo střídavý. Střídavý proud vzniká ze zdroje střídavého napětí a mění svůj směr a velikost. Při pravidelných změnách se maximální hodnota proudu (amplituda) střídá v každém směru s určitou frekvencí. V obvodech střídavého proudu (LRC obvody) může docházet k fázovým posuvům mezi proudem a napětím v závislosti na použitých součástkách. Výkon střídavého proudu se odvozuje z efektivní hodnoty střídavého proudu.

[editovat] Elektrotechnické součástky

Nejpoužívanějšími součástkami v elektrických obvodech jsou kromě zdroje a vodičů také spínač, rezistor, reostat, potenciometr, kondenzátor, cívka, elektromagnetické relé, elektronka, polovodičová dioda, tranzistor, integrovaný obvod a další polovodičové součástky.

[editovat] Elektrické spotřebiče

Mezi nejběžnější elektrické spotřebiče patří tepelné elektrické spotřebiče (žárovka, infrazářič, elektrická trouba), zářivka, elektromotor a různé elektronické spotřebiče (rádiový přijímač, televizní přijímač, různé druhy přehrávačů a rekordérů, telefon, počítač, ad.).

[editovat] Výroba elektřiny

Při výrobě elektřiny jde o přeměnu jiného druhu energie na elektrickou energii. Přímá přeměna chemické energie je základem různých galvanických článků (alkalické články, akumulátory), přeměna mechanické energie se uskutečňuje elektromagnetickou indukcí v generátoru (alternátor, dynamo), přeměna světelné energie využívá fotoelektrického jevu.

Podle druhu primárního zdroje energie se rozlišuje několik druhů elektráren (vodní, tepelná, jaderná, větrná, ad.). Z elektráren se elektřina rozvádí elektrickou sítí transformována transformátory na různě vysoká napětí. Z původního trojfázového napětí může koncový uživatel dostat podle druhu zapojení fázové nebo sdružené napětí.

[editovat] Souvislost elektřiny a magnetismu

Kolem vodiče s elektrickým proudem (obecně kolem jakékoli pohybující se elektricky nabité částice) se vytváří magnetické pole. Opačně jestliže se mění magnetické pole, pak se ve vodiči indukuje elektrický proud (obecně vzniká elektrická síla působící na elektricky nabité částice). Tyto jevy ukazují úzký vztah mezi elektřinou a magnetismem. Jednotná teorie elektromagnetismu je dána Maxwellovou teorií elektromagnetického pole.

[editovat] Stručná historie elektřiny

Mezi obory fyziky patří elektřina k těm mladším. Její rozvoj nastal po objevu prvního použitelného zdroje stálého elektrického proudu - Voltova článku - v roce 1800. Během krátké doby v první polovině 19. století byla prozkoumána většina elektrických vlastností látek za normálních podmínek, byly objeveny zákony platící v elektrických obvodech a nalezena souvislost elektřiny s magnetismem. Nejvýznamnější jména té doby jsou Alessandro Volta, André Marie Ampere, Georg Simon Ohm, Hans Christian Oersted, Michael Faraday. Průkopnické období bylo v roce 1865 završeno Dynamickou teorií elektromagnetického pole, ve které James Clerk Maxwell pouhými čtyřmi rovnicemi vyjádřil vše podstatné z dosavadních objevů a zároveň jako důsledek svých rovnic předpověděl další, dosud neznámé elektromagnetické jevy.

Období druhé poloviny 19. století bylo ve znamení technických aplikací elektřiny, vynálezů různých elektrických spotřebičů (generátor, oblouková lampa, žárovka, elektromotor, telefon) a jejich zavádění do výroby a domácností. K slavným fyzikům a vynálezcům té doby lze řadit jména jako Heinrich Hertz, William Thomson lord Kelvin, Thomas Alva Edison, Werner von Siemens, Nikola Tesla, Alexander Graham Bell, z Čechů František Křižík.

Třetí období bylo odstartováno objevem elektronu v roce 1897 J. J. Thomsonem. To vyvrátilo dosavadní představy o elektrickém fluidu uvnitř látek a umožnilo spolehlivě vysvětlit podstatu většiny elektrických jevů. Dalšími kroky vpřed byly Planckova kvantová teorie, Einsteinova teorie relativity a objevy dalších subatomárních částic - protonu v roce 1911 a neutronu v roce 1932. V elekrotechnice se novou součástkou stala vakuová elektronka, umožňující vysílání a příjem rozhlasu. Jinak po celou první polovinu 20. století bylo charakteristické masové rozšiřování elektřiny (elektrifikace obcí, stavba elektráren).

V druhé polovině 20. století se nejdůležitějším objevem stal tranzistorový jev v roce 1947, který uskutečnili John Bardeen, William Brattain a William Shockley. Po zvládnutí technologie výroby příměsových polovodičů se tranzistor stal základem elektronických obvodů používaných v elektronických přístrojích (počítač, mobilní telefon, ad.). Velký význam mělo rovněž umožnění přenosu obrazu na dálku pomocí televize, nejprve černobílé, později barevné.

V současné době je elektřina běžnou a neodmyslitelnou součástí života lidí v podobě nejrůznějších domácích spotřebičů, výrobních prostředků a prostředků komunikační a zábavní techniky.


[editovat] Podívejte se též na

Projekt Wikiknihy nabízí knihu na téma:
  • Historie elektromagnetismu