Qu'est-ce que l'électricité ? Informations sur le courant électrique. Transport d'électricité sur de longues distances

Expériences simples sur l'électrification différents corps illustrer les points suivants.

1. Il existe deux types de charges : positives (+) et négatives (-). Charge positive se produit lorsque le verre frotte contre le cuir ou la soie, et négatif se produit lorsque l'ambre (ou l'ébonite) frotte contre la laine.

2. Les frais (ou corps chargés) intéragir ensemble. Mêmes frais repousser, et contrairement aux frais sont attirés.

3. L'état d'électrification peut être transféré d'un corps à un autre, ce qui est associé au transfert de charge électrique. Dans ce cas, une charge plus grande ou plus petite peut être transférée au corps, c'est-à-dire que la charge a une ampleur. Lorsqu’ils sont électrisés par friction, les deux corps acquièrent une charge, l’une étant positive et l’autre négative. Il convient de souligner que valeurs absolues les charges des corps électrisés par frottement sont égales, ce qui se confirme dimensions multiples charges à l’aide d’électromètres.

Il est devenu possible d'expliquer pourquoi les corps s'électrifient (c'est-à-dire se chargent) lors du frottement après la découverte de l'électron et l'étude de la structure de l'atome. Comme vous le savez, toutes les substances sont constituées d’atomes ; les atomes, à leur tour, sont constitués de particules élémentaires - chargées négativement électrons, chargé positivement protons et particules neutres - neutrons. Les électrons et les protons sont porteurs d'éléments élémentaires (minimaux) charges électriques.

Charge électrique élémentaire ( e) est la plus petite charge électrique, positive ou négative, égale à la valeur charge électronique :

e = 1.6021892(46) 10 -19 C.

Il existe de nombreuses particules élémentaires chargées, et presque toutes ont une charge +e ou -e, cependant, ces particules ont une durée de vie très courte. Ils vivent moins d'un millionième de seconde. Seuls les électrons et les protons existent indéfiniment à l’état libre.

Les protons et les neutrons (nucléons) constituent le noyau chargé positivement d'un atome, autour duquel tournent des électrons chargés négativement, dont le nombre est égal au nombre de protons, de sorte que l'atome dans son ensemble est une centrale électrique.

Dans des conditions normales, les corps constitués d’atomes (ou de molécules) sont électriquement neutres. Cependant, au cours du processus de friction, certains des électrons qui ont quitté leurs atomes peuvent se déplacer d'un corps à un autre. Les mouvements des électrons ne dépassent pas les distances interatomiques. Mais si les corps sont séparés après friction, ils se révéleront chargés ; le corps qui a cédé certains de ses électrons sera chargé positivement et celui qui les a acquis sera chargé négativement.

Ainsi, les corps s’électrifient, c’est-à-dire qu’ils reçoivent une charge électrique lorsqu’ils perdent ou gagnent des électrons. Dans certains cas, l’électrification est provoquée par le mouvement des ions. Dans ce cas, aucune nouvelle charge électrique n’apparaît. Il n'y a qu'une répartition des charges existantes entre les corps électrisants : une partie des charges négatives passe d'un corps à l'autre.

Détermination des frais.

Il convient de souligner en particulier que la charge fait partie intégrante de la particule. Vous pouvez imaginer une particule sans charge, mais vous ne pouvez pas imaginer une charge sans particule.

Les particules chargées se manifestent par attraction (charges opposées) ou répulsion (comme des charges) avec des forces plusieurs ordres de grandeur supérieures aux forces gravitationnelles. Ainsi, la force d'attraction électrique d'un électron vers le noyau d'un atome d'hydrogène est 10 à 39 fois supérieure à la force d'attraction gravitationnelle de ces particules. L'interaction entre les particules chargées est appelée interaction électromagnétique , et la charge électrique détermine l'intensité des interactions électromagnétiques.

DANS physique moderne Voici comment les frais sont déterminés :

Charge électrique est une grandeur physique qui est la source champ électrique, à travers lequel se produit l'interaction de particules avec une charge.

La vie moderne ne peut être imaginée sans électricité ; ce type d’énergie est le plus pleinement utilisé par l’humanité. Cependant, tous les adultes ne sont pas capables de se souvenir cours scolaire En physique, définition du courant électrique (il s'agit d'un flux dirigé de particules élémentaires qui ont une charge), très peu de gens comprennent de quoi il s'agit.

Qu'est-ce que l'électricité

La présence d'électricité en tant que phénomène s'explique par l'une des principales propriétés de la matière physique : la capacité d'avoir une charge électrique. Ils peuvent être positifs et négatifs, tandis que les objets de signes polaires opposés sont attirés les uns vers les autres, et les objets « équivalents », au contraire, se repoussent. Les particules en mouvement sont également à l’origine d’un champ magnétique, ce qui prouve une fois de plus le lien entre l’électricité et le magnétisme.

Au niveau atomique, l’existence de l’électricité peut s’expliquer comme suit. Les molécules qui composent tous les corps contiennent des atomes constitués de noyaux et d'électrons qui circulent autour d'eux. Ces électrons peuvent, sous certaines conditions, se détacher des noyaux « mères » et se déplacer vers d’autres orbites. En conséquence, certains atomes deviennent « en sous-effectif » en électrons, tandis que d’autres en ont un excès.

Puisque la nature des électrons est telle qu’ils circulent là où ils manquent, le mouvement constant des électrons d’une substance à une autre constitue un courant électrique (du mot « circuler »). On sait que l’électricité circule du pôle moins vers le pôle plus. Par conséquent, une substance avec un manque d'électrons est considérée comme chargée positivement et avec un excès - négativement, et elle est appelée « ions ». Si nous parlons de concernant les contacts des fils électriques, celui chargé positivement est appelé « zéro » et celui chargé négativement est appelé « phase ».

DANS différentes substances la distance entre les atomes est différente. S'ils sont très petits, coques électroniques se touchent littéralement, de sorte que les électrons se déplacent facilement et rapidement d'un noyau à l'autre et vice-versa, ce qui crée le mouvement d'un courant électrique. Les substances telles que les métaux sont appelées conducteurs.

Dans d'autres substances, les distances interatomiques sont relativement grandes, ce sont donc des diélectriques, c'est-à-dire ne conduisent pas l’électricité. Tout d'abord, c'est du caoutchouc.

Informations Complémentaires. Lorsque les noyaux d’une substance émettent des électrons et se déplacent, de l’énergie est générée qui chauffe le conducteur. Cette propriété de l’électricité est appelée « puissance » et se mesure en watts. Cette énergie peut également être convertie en lumière ou sous une autre forme.

Pour le flux continu d'électricité à travers le réseau, les potentiels aux extrémités des conducteurs (des lignes électriques au câblage de la maison) doivent être différents.

Histoire de la découverte de l'électricité

Ce qu'est l'électricité, d'où elle vient et ses autres caractéristiques sont fondamentalement étudiées par la science de la thermodynamique et les sciences connexes : la thermodynamique quantique et l'électronique.

Dire que n’importe quel scientifique a inventé le courant électrique serait une erreur, car depuis l’Antiquité, de nombreux chercheurs et scientifiques l’étudient. Le terme « électricité » lui-même a été introduit par le mathématicien grec Thales ; ce mot signifie « ambre », puisque c'est dans des expériences avec un bâton d'ambre et de la laine que Thales a pu générer de l'électricité statique et décrire ce phénomène.

Le romain Pline a également étudié propriétés électriques les résines, et Aristote a étudié les anguilles électriques.

Plus tard, le premier à étudier en profondeur les propriétés du courant électrique fut le médecin V. Gilbert. Reine d'Angleterre. Le bourgmestre allemand de Magdebourg O.f. Gericke est considéré comme le créateur de la première ampoule fabriquée à partir d'une boule de soufre râpée. UN le grand Newton déduit la preuve de l’existence de l’électricité statique.

Au tout début du XVIIIe siècle, le physicien anglais S. Gray divisait les substances en conducteurs et non-conducteurs, et le scientifique néerlandais Pieter van Musschenbroek inventa un pot de Leyde capable d'accumuler une charge électrique, c'est-à-dire que ce fut le premier condensateur. scientifique américain et personnalité politique B. Franklin pour la première fois en termes scientifiques a développé la théorie de l’électricité.

Tout le XVIIIe siècle a été riche en découvertes dans le domaine de l'électricité : la nature électrique de la foudre a été établie, un champ magnétique artificiel a été construit, l'existence de deux types de charges (« plus » et « moins ») et, par conséquent , deux pôles ont été révélés (naturaliste américain R. Simmer) , Coulomb a découvert la loi de l'interaction entre les charges électriques ponctuelles.

Au siècle suivant, des batteries furent inventées (par le scientifique italien Volta), une lampe à arc (par l'Anglais Davey), ainsi qu'un prototype de la première dynamo. L'année 1820 est considérée comme l'année de naissance de la science électrodynamique, c'est ce que le Français Ampère a fait, pour lequel son nom a été attribué à l'unité permettant d'indiquer la force du courant électrique, et l'Écossais Maxwell a développé théorie de la lumièreélectromagnétisme. Le Russe Lodygin a inventé une lampe à incandescence avec un noyau de charbon - l'ancêtre des ampoules modernes. Il y a un peu plus de cent ans, la lampe au néon a été inventée (par le scientifique français Georges Claude).

À ce jour, les recherches et les découvertes dans le domaine de l'électricité se poursuivent, par exemple la théorie de l'électrodynamique quantique et l'interaction des ondes électriques faibles. Parmi tous les scientifiques impliqués dans l’étude de l’électricité, endroit spécial appartient à Nikola Tesla - nombre de ses inventions et théories sur le fonctionnement de l'électricité ne sont toujours pas appréciées.

Électricité naturelle

Pendant longtemps, on a cru que l’électricité « en elle-même » n’existait pas dans la nature. Cette idée fausse a été dissipé par B. Franklin, qui a prouvé la nature électrique de la foudre. Ce sont eux, selon une version des scientifiques, qui ont contribué à la synthèse des premiers acides aminés sur Terre.

L'électricité est également générée à l'intérieur des organismes vivants, ce qui génère des influx nerveux qui assurent les fonctions motrices, respiratoires et autres fonctions vitales.

Intéressant. De nombreux scientifiques considèrent le corps humain comme autonome système électrique, qui est doté de fonctions d'autorégulation.

Les représentants du monde animal disposent également de leur propre électricité. Par exemple, certaines races de poissons (anguilles, lamproies, raies pastenagues, baudroies et autres) l'utilisent pour se protéger, chasser, se nourrir et s'orienter dans l'espace sous-marin. Un organe spécial dans le corps de ces poissons génère de l'électricité et la stocke, comme dans un condensateur, sa fréquence est de plusieurs centaines de hertz et sa tension est de 4 à 5 volts.

Obtenir et utiliser l'électricité

L'électricité à notre époque est la base d'une vie confortable, l'humanité a donc besoin de sa production constante. À ces fins, différents types de centrales électriques sont en cours de construction (centrales hydroélectriques, thermiques, nucléaires, éoliennes, marémotrices et solaires), capables de produire des mégawatts d'électricité à l'aide de générateurs. Ce procédé repose sur la transformation de l'énergie mécanique (énergie des chutes d'eau dans une centrale hydroélectrique), thermique (combustion de combustible carboné - lignite et lignite, tourbe dans les centrales thermiques) ou interatomique ( désintégration atomique uranium radioactif et plutonium dans les centrales nucléaires) dans les centrales électriques.

De nombreuses recherches scientifiques ont été consacrées à forces électriques Les terres qu'ils cherchent tous à exploiter électricité atmosphérique pour le bien de l'humanité - produire de l'électricité.

Les scientifiques ont proposé de nombreux dispositifs générateurs de courant intéressants qui permettent de produire de l'électricité à partir d'un aimant. Ils utilisent des capacités aimants permanents commettre travail utile sous forme de couple. Cela résulte de la répulsion entre des champs magnétiques de charge similaire sur les dispositifs du stator et du rotor.

L’électricité est plus populaire que toutes les autres sources d’énergie car elle présente de nombreux avantages :

• déplacement facile vers le consommateur ;
• conversion rapide en thermique ou vue mécaniqueénergie;
• de nouveaux domaines d'application sont possibles (véhicules électriques) ;
• découverte de nouvelles propriétés (supraconductivité).

L'électricité est le mouvement d'ions chargés différemment à l'intérieur d'un conducteur. Ce super cadeau de la nature, que les hommes connaissent depuis l'Antiquité, et ce processus n'est pas encore terminé, bien que l'humanité ait déjà appris à l'extraire en quantités énormes. L'électricité joue un rôle énorme dans le développement la société moderne. On peut dire que sans cela, la vie de la plupart de nos contemporains s’arrêtera tout simplement, car ce n’est pas pour rien que lorsqu’il y a une panne d’électricité, les gens disent qu’ils ont « éteint les lumières ».

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Ou choc électrique appelé flux directionnel de particules chargées, telles que des électrons. L'électricité fait également référence à l'énergie obtenue à la suite d'un tel mouvement de particules chargées et à l'éclairage obtenu sur la base de cette énergie. Le terme « électricité » a été introduit par le scientifique anglais William Gilbert en 1600 dans son essai « On the Magnet, corps magnétiques et à propos du grand aimant-Terre.

Gilbert a mené des expériences avec l'ambre qui, grâce au frottement avec un tissu, était capable d'attirer d'autres corps légers, c'est-à-dire qu'il acquérait une certaine charge. Et puisque l'ambre est traduit du grec par électron, alors l'observé phénomène scientifique appelé « électricité ».

Électricité

Une petite théorie sur l'électricité

L'électricité peut créer un champ électrique autour des conducteurs de courant électrique ou des corps chargés. Grâce à un champ électrique, il est possible d'influencer d'autres corps avec une charge électrique.fv

Les charges électriques, comme chacun le sait, sont divisées en positives et négatives. Ce choix est cependant conditionnel du fait qu'il a été fait historiquement depuis longtemps, c'est uniquement pour cette raison qu'un certain signe est attribué à chaque charge.

Les corps chargés du même type de signe se repoussent, et ceux qui ont des charges différentes s'attirent au contraire.

Lors du mouvement de particules chargées, c'est-à-dire l'existence d'électricité, en plus du champ électrique, un champ magnétique apparaît également. Cela vous permet de définir relation entre l'électricité et le magnétisme.

Il est intéressant de noter qu’il existe des corps conducteurs de courant électrique ou des corps présentant une très haute résistance. Cela a été découvert par le scientifique anglais Stephen Gray en 1729.

L'étude de l'électricité est réalisée de manière plus complète et fondamentale par une science telle que la thermodynamique. Cependant propriétés quantiques les champs électromagnétiques et les particules chargées sont étudiés par une science complètement différente - la thermodynamique quantique, cependant, certains phénomènes quantiques peuvent être expliqués assez simplement par les théories quantiques ordinaires.

Bases de l'électricité

Histoire de la découverte de l'électricité

Pour commencer, il faut dire qu'aucun scientifique ne peut être considéré comme le découvreur de l'électricité, car depuis l'Antiquité jusqu'à nos jours, de nombreux scientifiques ont étudié ses propriétés et ont appris quelque chose de nouveau sur l'électricité.

• La première personne à s’intéresser à l’électricité fut le philosophe grec Thalès. Il découvre que l'ambre, frotté sur la laine, acquiert la propriété d'attirer d'autres corps légers.
• Ensuite, un autre scientifique grec, Aristote, a étudié certaines anguilles qui frappaient leurs ennemis, comme nous le savons maintenant, avec une décharge électrique.
• En 70 après JC, l’écrivain romain Pline étudia les propriétés électriques de la résine.
• Cependant alors pendant longtemps aucune connaissance n'a été acquise sur l'électricité.
• Et ce n'est qu'au XVIe siècle que William Gilbert, médecin de la cour de la reine Elizabeth I d'Angleterre, commença à étudier les propriétés électriques et fit un certain nombre de découvertes intéressantes. Après cela, la « folie électrique » a littéralement commencé.
• Ce n’est qu’en 1600 qu’apparaît le terme « électricité », introduit par le scientifique anglais William Gilbert.
• En 1650, grâce au bourgmestre de Magdebourg, Otto von Guericke, qui inventa une machine électrostatique, il devint possible d'observer l'effet de répulsion des corps sous l'influence de l'électricité.
• En 1729, le scientifique anglais Stephen Gray, alors qu'il menait des expériences sur la transmission du courant électrique à distance, découvrit accidentellement que tous les matériaux n'avaient pas la capacité de transmettre l'électricité de la même manière.
• En 1733, les Français scientifique Charles Du Fay découvre l'existence de deux types d'électricité, qu'il appelle verre et résine. Ils ont reçu ces noms du fait qu'ils ont été révélés en frottant du verre sur de la soie et de la résine sur de la laine.
• Le premier condensateur, c'est-à-dire un dispositif de stockage d'électricité, a été inventé par le Néerlandais Pieter van Musschenbroek en 1745. Ce condensateur s'appelait le pot de Leyde.
• En 1747, l'Américain B. Franklin a créé la première théorie de l'électricité au monde. Selon Franklin, l’électricité est un liquide ou un fluide immatériel. Un autre service rendu par Franklin à la science est qu'il a inventé le paratonnerre et, avec l'aide de celui-ci, a prouvé que la foudre a une origine électrique. Il a également introduit les concepts de charges positives et négatives, mais n'a pas découvert de charges. Cette découverte a été faite par le scientifique Simmer, qui a prouvé l'existence de pôles de charge : positifs et négatifs.
• L'étude des propriétés de l'électricité s'est poursuivie sciences exactes Après qu'en 1785 Coulomb ait découvert la loi sur la force d'interaction se produisant entre des charges électriques ponctuelles, appelée loi de Coulomb.
• Puis, en 1791, le scientifique italien Galvani a publié un traité affirmant qu'un courant électrique apparaît dans les muscles des animaux lorsqu'ils bougent.
• L'invention de la batterie par un autre scientifique italien, Volt, en 1800, a conduit au développement rapide de la science de l'électricité et aux séries ultérieures. découvertes importantes dans cette zone.
• Cela a été suivi par les découvertes de Faraday, Maxwell et Ampère, réalisées en seulement 20 ans.
• En 1874 ingénieur russe A.N. Lodygin a reçu un brevet pour une lampe à incandescence avec une tige de carbone, inventée en 1872. Ensuite, la lampe a commencé à utiliser une tige de tungstène. Et en 1906, il vend son brevet à la société Thomas Edison.
• En 1888, Hertz enregistrait les ondes électromagnétiques.
• En 1879, Joseph Thomson découvre l’électron, porteur matériel de l’électricité.
• En 1911, le Français Georges Claude invente la première lampe au néon au monde.
• Le XXe siècle a donné au monde la théorie de l’électrodynamique quantique.
• En 1967, une nouvelle étape fut franchie dans l'étude des propriétés de l'électricité. Cette année, la théorie des interactions électrofaibles a été créée.

Cependant, ce ne sont là que les principales découvertes faites par les scientifiques qui ont contribué à l’utilisation de l’électricité. Mais les recherches se poursuivent aujourd'hui et des découvertes dans le domaine de l'électricité se produisent chaque année.

Tout le monde est sûr que le plus grand et le plus puissant en termes de découvertes liées à l'électricité fut Nikola Tesla. Lui-même est né en Empire autrichien, est maintenant le territoire de la Croatie. Dans son bagage d'inventions et travaux scientifiques: courant alternatif, théorie des champs, éther, radio, résonance et bien plus encore. Certains admettent la possibilité que le phénomène de la « météorite Toungouska » ne soit rien d'autre que l'œuvre de Nikola Tesla lui-même, à savoir une explosion d'une énorme puissance en Sibérie.

Seigneur du monde - Nikola Tesla

On a longtemps cru que l’électricité n’existait pas dans la nature. Cependant, après que B. Franklin ait établi que la foudre avait une origine électrique, cette opinion a cessé d'exister.

L'importance de l'électricité dans la nature, ainsi que dans la vie humaine, est énorme. Après tout, c’est la foudre qui a conduit à la synthèse des acides aminés et, par conséquent, à l’émergence de la vie sur Terre..

Processus dans système nerveux Chez les humains et les animaux, par exemple, le mouvement et la respiration sont dus à une impulsion nerveuse générée par l'électricité présente dans les tissus des êtres vivants.

Certains types de poissons utilisent l'électricité, ou plutôt des décharges électriques, pour se protéger des ennemis, chercher de la nourriture sous l'eau et l'obtenir. Ces poissons sont : les anguilles, les lamproies, les raies électriques et même certains requins. Tous ces poissons possèdent un organe électrique spécial qui fonctionne sur le principe d'un condensateur, c'est-à-dire qu'il accumule une charge électrique assez importante puis la décharge sur la victime qui touche un tel poisson. De plus, un tel organe fonctionne avec une fréquence de plusieurs centaines de hertz et dispose d'une tension de plusieurs volts. L'intensité du courant de l'organe électrique du poisson change avec l'âge : plus le poisson vieillit, plus l'intensité du courant est élevée. De plus, grâce au courant électrique, les poissons vivant sur grande profondeur, naviguer dans l'eau. Le champ électrique est déformé par l’action des objets présents dans l’eau. Et ces distorsions aident les poissons à naviguer.

Expériences mortelles. Électricité

Obtenir de l'électricité

Les centrales électriques ont été spécialement créées pour produire de l'électricité. Dans les centrales électriques, à l'aide de générateurs, de l'électricité est créée, qui est ensuite transmise aux lieux de consommation via les lignes électriques. Le courant électrique est créé en raison de la transition de facteurs mécaniques ou énergie interne V énergie électrique. Les centrales électriques sont divisées en : centrales hydroélectriques ou centrales hydroélectriques, centrales nucléaires thermiques, éoliennes, marémotrices, solaires et autres.

Dans les centrales hydroélectriques, les turbines génératrices entraînées par le flux d’eau produisent du courant électrique. Dans les centrales thermiques ou, en d'autres termes, les centrales thermiques, du courant électrique est également généré, mais à la place de l'eau, on utilise de la vapeur d'eau, qui se forme lors du chauffage de l'eau lors de la combustion d'un combustible, par exemple du charbon.

Un principe de fonctionnement très similaire est utilisé dans centrale nucléaire ou une centrale nucléaire. Seules les centrales nucléaires utilisent un type de combustible différent - matériaux radioactifs, par exemple l'uranium ou le plutonium. Leurs noyaux se divisent, entraînant la libération de très un grand nombre de chaleur utilisée pour chauffer l’eau et la transformer en vapeur, qui est ensuite injectée dans une turbine qui produit du courant électrique. De telles stations nécessitent très peu de carburant pour fonctionner. Ainsi, dix grammes d’uranium génèrent la même quantité d’électricité qu’une voiture remplie de charbon.

Utilisation de l'électricité

De nos jours, vivre sans électricité devient impossible. Elle est devenue largement intégrée dans la vie des gens au XXIe siècle. L'électricité est souvent utilisée pour l'éclairage, par exemple à l'aide d'une lampe électrique ou au néon, et pour transmettre toutes sortes d'informations par le téléphone, la télévision, la radio et, dans le passé, le télégraphe. Au XXe siècle également, est apparu nouvelle zone applications de l'électricité : source d'énergie pour les moteurs électriques des tramways, métros, trolleybus et trains électriques. L'électricité est nécessaire au fonctionnement de divers appareils ménagers qui améliore considérablement la vie l'homme moderne.

Aujourd’hui, l’électricité est également utilisée pour produire des matériaux de qualité et les transformer. Les guitares électriques, alimentées par l’électricité, peuvent être utilisées pour créer de la musique. L’électricité continue également d’être utilisée comme moyen humain de tuer des criminels ( chaise électrique), dans les pays qui autorisent la peine de mort.

Considérant également que la vie d'une personne moderne devient presque impossible sans ordinateurs et téléphones portables, dont le fonctionnement nécessite de l'électricité, il sera alors assez difficile de surestimer l'importance de l'électricité.

L'électricité dans la mythologie et l'art

Dans la mythologie de presque toutes les nations, il existe des dieux capables de lancer des éclairs, c'est-à-dire d'utiliser l'électricité. Par exemple, chez les Grecs, ce dieu était Zeus, chez les Hindous c'était Agni, qui pouvait se transformer en éclair, chez les Slaves c'était Perun et chez les peuples scandinaves c'était Thor.

Les dessins animés ont aussi de l’électricité. Ainsi, dans le dessin animé Disney Black Cape, il y a un anti-héros Megavolt, capable de contrôler l'électricité. Dans l'animation japonaise, l'électricité est utilisée par le Pokémon Pikachu.

Conclusion

L'étude des propriétés de l'électricité a commencé dans l'Antiquité et se poursuit encore aujourd'hui. Après avoir appris les propriétés de base de l’électricité et appris à les utiliser correctement, les gens ont rendu leur vie beaucoup plus facile. L'électricité est également utilisée dans les usines, les usines, etc., c'est-à-dire qu'elle peut être utilisée pour obtenir d'autres avantages. L'importance de l'électricité, tant dans la nature que dans la vie de l'homme moderne, est énorme. Sans un phénomène électrique tel que la foudre, la vie ne serait pas née sur terre, et sans influx nerveux, également dus à l'électricité, il ne serait pas possible d'assurer un travail coordonné entre toutes les parties des organismes.

Les gens ont toujours été reconnaissants envers l’électricité, même s’ils n’en connaissaient pas l’existence. Ils ont doté leurs principaux dieux de la capacité de lancer des éclairs.

L'homme moderne n'oublie pas non plus l'électricité, mais est-il possible de l'oublier ? Il donne des pouvoirs électriques aux personnages de dessins animés et de films, construit des centrales électriques pour produire de l'électricité et bien plus encore.

Ainsi, l’électricité est le plus grand cadeau que nous offre la nature elle-même et que, heureusement, nous avons appris à utiliser.

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  La nature interne de ces interactions est encore inconnue, nous ne pouvons donc que reconnaître réalité objective- certains corps ont la capacité d'interagir les uns avec les autres à la manière de « morceaux d'ambre frottés avec de la laine ».
  Bien entendu, puisque La Grèce ancienne notre connaissance du monde qui nous entoure s’est incroyablement élargie. Nous savons que tous les corps sont constitués de molécules, les molécules sont constituées d'atomes, les atomes sont constitués d'électrons et de noyaux, les noyaux sont constitués de protons et de neutrons, les protons et les neutrons sont constitués de... Cependant, nous pouvons nous arrêter là pour l'instant, nous sommes déjà revenus à l’électron, mais pas à un « morceau » d’ambre, mais à la plus petite particule élémentaire capable d’interagir avec d’autres particules tout comme « des morceaux d’ambre frottés avec de la laine ».

35.1 Deux types de charges électriques.

Si certaines particules (ou corps) ont la capacité de participer à des interactions électriques, il est alors logique de leur attribuer une caractéristique qui indiquera cette propriété. Cette caractéristique est appelée charge électrique. Les corps participant à des interactions électriques sont appelés chargés. Ainsi, le terme « chargé électriquement » est synonyme de l'expression « participe aux interactions électriques ». Pourquoi certains particules élémentaires ont une charge électrique, tandis que d'autres n'en ont pas - personne ne le sait !
  Un raisonnement ultérieur, basé sur des données expérimentales, vise à préciser cette caractéristique et, si possible, à la rendre quantitative.
  Histoire de l'étude phénomènes électriques long et plein de drames...
  Nous décrivons ensuite une série expériences simples qui peut être fait à la maison « dans la cuisine » ou dans le laboratoire de l'école. Pour les expliquer, nous utiliserons les connaissances acquises par de nombreux scientifiques sur plusieurs centaines d’années, grâce à des expériences nombreuses et variées.
  Nous allons maintenant reproduire sous une forme très simplifiée certaines des étapes Recherche expérimentale, dont les conclusions ont servi de base théorie moderne interactions électriques.
  Pour mener des expériences, vous devez tout d’abord apprendre à obtenir des corps chargés. La méthode la plus simple atteindre cet objectif est l’électrification par friction. Par exemple, le verre est bien électrifié (c'est-à-dire acquiert une charge électrique) s'il est frotté avec de la soie. L'apparition d'une charge électrique se manifeste par le fait qu'un tel bâton commence à attirer des morceaux de papier, des poils, des particules de poussière, etc.
  On peut également établir que de nombreuses autres substances sont également électrifiées par friction. Connaissant le résultat à l'avance, nous choisirons un bâton d'ébonite frotté avec de la laine comme deuxième « source » d'électricité. Appelons la charge électrique qui apparaît sur le verre « verre », et la charge sur l'ébonite « résine 2 ».

Charles François Dufay (Charles François de Cisternay du Fay ; 1698 - 1739) - Scientifique, physicien français, membre de l'Académie des sciences de Paris (fig.).
  Du Fay a obtenu le plus grand succès en systématisant les informations sur les effets électriques. Il a élaboré un programme pour étudier les phénomènes électriques et a ainsi découvert deux types de charges électriques : le « verre » et la « résine » (on les appelle maintenant positives et négatives) ; exploré pour la première fois interactions électriques et il a prouvé que les corps également électrisés se repoussent, et que les corps opposés électrisés s'attirent. Dans ses expériences, Dufay n'utilisait plus un électroscope, mais un électromètre, qui permettait de mesurer la quantité de charge. Pour détecter et mesurer l'électricité de manière primitive, il a utilisé le verseur de Hilbert, le rendant beaucoup plus sensible. Le premier électrifiait le corps humain et en « recevait » étincelles électriques. Pour la première fois, il exprima l'idée de nature électriqueéclairs et tonnerre (1735). Phénomènes magnétiques étudiés, phosphorescence, biréfringence en cristaux.   Ensuite, nous avons besoin d’un « appareil » capable de réagir à la présence d’une charge électrique. Pour ce faire, suspendez un verre léger tordu à partir d'un morceau de papier d'aluminium sur un fil. Il est facile de vérifier que ce verre n'est pas chargé - peu importe combien nous y apportons un crayon, une main, un manuel de physique, etc., aucun effet n'apparaît sur le verre.
  Apportons une tige électrique en verre chargé au verre non chargé (Fig. 217). Le verre y est attiré, comme les autres petits corps. Selon l'angle de déflexion du fil (à connu des masses tasse et la longueur du fil), vous pouvez même calculer la force d'attraction. Si le verre n’entre pas en contact avec un bâton chargé, il reste non chargé, ce qui peut être facilement vérifié expérimentalement. Si le verre touche un bâton chargé, il s'en éloignera brusquement. Si vous retirez maintenant le bâton, la tasse sera chargée, ce qui peut être vérifié en apportant un autre corps non chargé. Par exemple, il sera attiré par la main levée.


riz. 217
  Des résultats similaires sont obtenus si l'on remplace une tige de verre frottée sur de la soie par une tige d'ébonite frottée sur de la laine.
  Ainsi, dans ces expériences, la différence entre l’électricité « verre » et « résine » n’apparaît pas.

Pour l’instant, nous n’aborderons pas pourquoi un verre non chargé est attiré par un bâton chargé, et un verre chargé est attiré par une main non chargée. La seule conclusion que nous pouvons tirer de l’expérience est qu’à la suite d’un contact, la coupelle a acquis une charge électrique. La charge électrique peut donc être transférée d’un corps à un autre.
Prenons deux gobelets en aluminium identiques et accrochons-les l'un à côté de l'autre sur des fils de même longueur. Si les coupelles sont chargées de manière égale (soit à l'aide d'un verre, soit d'une tige d'ébonite), alors les coupelles se repoussent (Fig. 218).


riz. 218
Si les tasses sont chargées de charges différentes, elles s'attirent.
  Ainsi, nous prouvons qu’il existe au moins deux types de charges électriques.

Pour d’autres expériences, remplaçons les « tasses à mesurer » par un appareil plus avancé appelé électromètre (Fig. 219).

riz. 219
  L'instrument se compose d'une tige métallique et d'une aiguille en métal léger qui peut tourner autour axe horizontal. Cet appareil est logé dans un boîtier métallique recouvert de couvercles en verre. L'angle de déviation de l'aiguille peut être mesuré à l'aide d'une échelle. La tige de la flèche est fixée dans le corps à l'aide d'un manchon en plexiglas. La tige avec la flèche joue le même rôle que les coupelles en aluminium dans les expériences précédentes : lorsqu'un corps chargé touche la tige, la charge circulera vers la tige et vers la flèche, ce qui entraînera sa déviation. De plus, le sens de déviation de la flèche ne dépend pas du type de charge rapportée.
  Pour d’autres expériences, nous utiliserons deux électroscopes identiques. Chargeons-en un à l'aide, par exemple, d'une tige de verre. Ensuite, commençons à connecter les tiges de l'électromètre en utilisant divers matériaux. Lors de bielles utilisant des bâtons en bois, en verre non chargé, en ébonite, en plastique ; fils textiles, aucun changement ne se produit - un électromètre reste chargé, le second non chargé. Si vous connectez les tiges à l'aide d'un fil métallique, les deux électromètres s'avèrent chargés. De plus, la déviation de l'aiguille de l'électromètre initialement chargé diminuera (Fig. 220).

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  Des résultats de cette expérience, deux conclusions peuvent être tirées : conclusions importantes: premièrement, certains matériaux (métaux) peuvent transmettre des charges électriques, d'autres (verre, plastique, bois) ne le peuvent pas ; deuxièmement, la charge peut changer, être plus ou moins. Les mêmes expériences peuvent être répétées en utilisant l’électricité du deuxième type (« résine »). Les résultats seront les mêmes : les matériaux qui conduisent l’électricité « verre » conduisent également l’électricité « résine ». Si la charge « verre » est redistribuée entre les électromètres, alors la charge « résine » se comporte également.
  Ainsi, nous pouvons diviser les matériaux en deux groupes : ceux qui transmettent une charge électrique (ces matériaux sont appelés conducteurs) et ceux qui ne transmettent pas de charge électrique (ils sont appelés isolants). À propos, la tige de l'électromètre est séparée du corps à l'aide d'une douille isolante afin que la charge électrique ne se « propage » pas sur le corps, mais reste sur la tige et l'aiguille.
  Différentes déviations de l'aiguille de l'électromètre indiquent clairement que la force d'interaction entre les corps chargés peut être différente et que, par conséquent, l'ampleur des charges peut être différente. Par conséquent, la charge peut être caractérisée par une certaine valeur numérique (et non comme nous l'avons dit plus tôt - « est-ce ou n'est-ce pas »).
  Un autre résultat intéressant- si vous touchez la tige d'un électromètre chargé avec la main, l'électromètre se décharge - la charge disparaît. Même sur la base de ces observations qualitatives, il est possible d'expliquer où la charge disparaît au contact de la main. Corps humain est un conducteur, donc la charge peut circuler dans le corps humain.
  Pour confirmer cette idée sur la nature quantitative de la charge, l’expérience suivante peut être réalisée. Chargeons un électromètre - notez l'angle de déviation de la flèche. Connectons-le à un deuxième électromètre - l'angle de déviation de l'aiguille diminuera sensiblement. Supprimons le contact entre les appareils et la main, déchargeons le deuxième électromètre, après quoi nous reconnectons les électromètres - la déviation de l'aiguille diminuera à nouveau. Ainsi, la charge électrique peut être divisée en parties. Vous pouvez également réaliser l'expérience inverse : ajouter progressivement une charge à l'électromètre.
  « Mélangeons » maintenant les deux types d’électricité disponibles. Pour ce faire, nous chargeons un électromètre avec de l'électricité « en verre » et le second avec de l'électricité « en résine », en essayant de nous assurer que les déviations initiales des aiguilles des deux électromètres sont approximativement les mêmes.

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  Après cela, nous relierons les tiges des électromètres avec du fil métallique (sur une poignée isolante pour que les charges ne s'échappent pas." Le résultat de cette expérience peut être surprenant : les deux électroscopes ont été déchargés, ou l'électricité du « verre » et de la « résine » s'est neutralisée et compensée l'une pour l'autre.
  Il s’avère donc possible d’attribuer divers types charger différents signes algébriques - une charge est dite positive, la seconde négative. Il est raisonnable de supposer que la force de l’interaction dépend de la charge nette. Si les électromètres étaient initialement chargés différents types l'électricité, mais divers degrés(les déviations des flèches sont différentes), puis connectez-les, alors seule une compensation partielle des charges se produira - les flèches seront déviées, mais dans une bien moindre mesure.
  Historiquement, la charge du « verre » était appelée positive et la charge de la « résine » est devenue négative 3.
  L'appareil que nous avons décrit, un électromètre, nous permet uniquement de juger qualitativement l'ampleur des charges et d'effectuer mesures quantitatives impossible. Essayez, par exemple, d'amener votre main vers un électromètre chargé (sans toucher la tige) - la déviation de l'aiguille augmentera ! Apportez un bâton chargé à la tige non chargée sans toucher la tige - la flèche déviera, bien que l'électromètre ne soit pas chargé. Nous reviendrons plus loin sur l'explication de ces faits.

L'électricité n'est pas une ressource de stockage. A ce jour non technologies efficaces, permettant l’accumulation de l’énergie générée par les générateurs, la transmission de l’électricité aux consommateurs est donc une tâche urgente. Le coût d'une ressource comprend les coûts de sa production, les pertes lors du transport et les coûts d'installation et d'entretien des lignes électriques. Dans le même temps, l’efficacité du système d’alimentation électrique dépend directement du schéma de transmission.

La haute tension comme moyen de réduire les pertes

Malgré le fait que les réseaux internes de la plupart des consommateurs disposent généralement de 220/380 V, l'électricité leur est transmise via un réseau à haute tension et est réduite de postes de transformation. Il y a de bonnes raisons pour un tel programme de travail ; la plus grande part les pertes sont dues à l'échauffement des fils.

La perte de puissance décrit formule suivante: Q = je 2 * R l,

où I est l'intensité du courant traversant la ligne, R L est sa résistance.

Sur la base de la formule ci-dessus, nous pouvons conclure que les coûts peuvent être réduits en réduisant la résistance des lignes électriques ou en diminuant le courant. Dans le premier cas, il faudra augmenter la section du fil ; cela est inacceptable, car cela entraînera une augmentation significative du coût des lignes de transport d'électricité. En choisissant la deuxième option, vous devrez augmenter la tension, c'est-à-dire que l'introduction de lignes électriques à haute tension entraînera une réduction des pertes de puissance.

Classification des lignes électriques

Dans le secteur de l'énergie, il est d'usage de diviser les lignes électriques en types en fonction des indicateurs suivants :

1. Caractéristiques de conception des lignes transportant de l'électricité. Selon la conception, ils peuvent être de deux types :

1. Tension. En fonction de la valeur de la tension, les lignes électriques sont généralement classées dans les types suivants :

1. Séparation par type de courant lors du transport d'électricité, il peut être variable ou constant. La première option est plus courante, puisque les centrales électriques sont généralement équipées de générateurs courant alternatif. Mais pour réduire les pertes d'énergie de charge, notamment à longue portée transmission, la deuxième option est plus efficace. La manière dont les systèmes de transport d’électricité sont organisés dans les deux cas, ainsi que les avantages de chacun d’eux, seront décrits ci-dessous.
2. Classification selon le but. À cette fin, les catégories suivantes sont adoptées :

• Lignes à partir de 500,0 kV pour de très longues distances. De telles lignes aériennes relient des systèmes énergétiques individuels.
• Lignes de transmission principales (220,0-330,0 kV). Grâce à de telles lignes, l'électricité produite dans de puissantes centrales hydroélectriques, thermiques et centrales nucléaires, ainsi que leur intégration dans un système énergétique unique.
• Les lignes électriques de 35 à 150 kV sont des lignes de distribution. Ils servent à alimenter en électricité de grands sites industriels, à relier des points de distribution régionaux, etc.
• Des lignes électriques d'une tension allant jusqu'à 20,0 kV sont utilisées pour connecter des groupes de consommateurs au réseau électrique.

Méthodes de transmission de l'électricité

Il existe deux manières de transférer l’électricité :

• Méthode de transmission directe.
• Transformer l'électricité en une autre forme d'énergie.

Dans le premier cas, l'électricité est transmise par des conducteurs, qui sont un fil ou un milieu conducteur. Cette méthode de transmission est utilisée dans les lignes électriques aériennes et par câble. La conversion de l’électricité en une autre forme d’énergie ouvre la perspective d’une fourniture sans fil aux consommateurs. Cela éliminera le besoin de lignes électriques et, par conséquent, les coûts associés à leur installation et à leur entretien. Vous trouverez ci-dessous des technologies sans fil prometteuses qui sont en cours d'amélioration.

Malheureusement, sur ce moment Les possibilités de transport d'électricité sans fil sont très limitées, il est donc trop tôt pour parler d'une alternative efficace à la méthode de transmission directe. Travaux de recherche dans cette direction, nous pouvons espérer qu’une solution sera trouvée dans un avenir proche.

Schéma de transport d'électricité de la centrale électrique au consommateur

La figure ci-dessous montre des diagrammes typiques, dont les deux premiers sont en boucle ouverte, les autres sont en boucle fermée. La différence entre elles est que les configurations en boucle ouverte ne sont pas redondantes, c'est-à-dire qu'elles ne disposent pas de lignes de secours pouvant être utilisées lorsque la charge électrique augmente de manière critique.

Désignations :

1. Schéma radial, à une extrémité de la ligne se trouve une centrale électrique produisant de l'énergie, à l'autre se trouve un appareil de consommation ou de distribution.
2. Version principale du circuit radial, la différence par rapport à la version précédente est la présence de dérivations entre les points de transmission initial et final.
3. Circuit principal avec alimentation aux deux extrémités de la ligne électrique.
4. Configuration de type anneau.
5. Ligne réseau avec ligne de secours (ligne double).
6. Option de configuration complexe. Des schémas similaires sont utilisés lors de la connexion des consommateurs critiques.

Examinons maintenant plus en détail le circuit radial permettant de transmettre l'électricité produite via des lignes électriques AC et AC. courant continu.

Désignations :

1. Générateur où l'électricité avec une caractéristique sinusoïdale est produite.
2. Sous-station avec transformateur triphasé élévateur.
3. Une sous-station avec un transformateur qui réduit la tension du courant alternatif triphasé.
4. Une prise pour transmettre l'énergie électrique à un dispositif de distribution.
5. Un redresseur, c'est-à-dire un appareil qui convertit le courant alternatif triphasé en courant continu.
6. L'unité onduleur a pour tâche de former une tension sinusoïdale à partir d'une tension constante.

Comme le montre le schéma (A), l'électricité est fournie à partir d'une source d'énergie jusqu'à un transformateur élévateur, puis, à l'aide de lignes électriques aériennes, l'électricité est transportée sur des distances considérables. DANS point final la ligne est connectée à un transformateur abaisseur et de celui-ci va au distributeur.

Le mode de transmission de l'électricité sous forme de courant continu (B sur la figure 6) diffère du schéma précédent par la présence de deux blocs convertisseurs (5 et 6).

Pour clôturer le sujet de cette section, pour plus de clarté, nous présentons une version simplifiée du schéma du réseau de la ville.

Désignations :

1. Une centrale électrique où l'électricité est produite.
2. Une sous-station qui augmente la tension pour assurer une haute efficacité dans le transport de l'électricité sur de longues distances.
3. Lignes électriques à haute tension (35,0-750,0 kV).
4. Sous-station avec fonctions abaisseurs (sortie 6,0-10,0 kV).
5. Point de distribution d'électricité.
6. Lignes de câbles électriques.
7. La sous-station centrale d'une installation industrielle sert à réduire la tension à 0,40 kV.
8. Lignes de câbles radiaux ou principaux.
9. Panel d'introduction dans la salle d'atelier.
10. Sous-station de distribution de district.
11. Câble radial ou ligne principale.
12. Sous-station qui réduit la tension à 0,40 kV.
13. Panneau d'entrée d'un immeuble résidentiel pour connecter le réseau électrique interne.

Transport d'électricité sur de longues distances

Le principal problème associé à cette tâche est l’augmentation des pertes avec l’augmentation de la longueur des lignes électriques. Comme mentionné ci-dessus, pour réduire les coûts énergétiques liés au transport de l’électricité, le courant est réduit en augmentant la tension. Malheureusement, cette solution pose de nouveaux problèmes, parmi lesquels les décharges corona.

Du point de vue de la faisabilité économique, les pertes dans les lignes aériennes ne devraient pas dépasser 10 %. Ci-dessous un tableau indiquant la longueur maximale des lignes répondant aux conditions de rentabilité.

Tableau 1. Longueur maximale des lignes électriques compte tenu de la rentabilité (pas plus de 10 % de pertes)

* – à l'heure actuelle, la ligne aérienne à très haute tension a été transférée pour fonctionner à la moitié de la tension nominale (500,0 kV).

Le courant continu comme alternative

Comme alternative à la transmission de courant alternatif, longue distance peuvent être considérées comme des lignes aériennes avec courant continu. De telles lignes électriques présentent les avantages suivants :

• La longueur de la ligne aérienne n'affecte pas la puissance, tandis que sa valeur maximum nettement supérieure à celle des lignes électriques à tension alternative. C'est-à-dire qu'avec une augmentation de la consommation d'électricité (jusqu'à certaine limite) peut être réalisé sans modernisation.
• La stabilité statique peut être ignorée.
• Il n'est pas nécessaire de synchroniser la fréquence des systèmes électriques connectés.
• Il est possible d'organiser le transport d'électricité via une ligne bifilaire ou monofilaire, ce qui simplifie considérablement la conception.
• Moins d'influence ondes électromagnétiques pour les communications.
• Il n’y a pratiquement aucune génération de puissance réactive.

Malgré les capacités répertoriées des lignes électriques à courant continu, ces lignes ne sont pas répandues. Tout d’abord, cela est dû à coût élevééquipement nécessaire pour convertir la tension sinusoïdale en tension continue. Les générateurs DC ne sont pratiquement pas utilisés, à l'exception des centrales solaires.

Avec l'inversion (un processus complètement opposé à la rectification), tout n'est pas non plus simple ; il faut obtenir des caractéristiques sinusoïdales de haute qualité, ce qui augmente considérablement le coût de l'équipement. De plus, il faut prendre en compte les problèmes d'organisation de la prise de force et la faible rentabilité lorsque la longueur des lignes aériennes est inférieure à 1 000-1 500 km.

En bref sur la supraconductivité.

La résistance des fils peut être considérablement réduite en les refroidissant à des températures ultra-basses. Cela permettrait de porter l'efficacité du transport d'électricité à un niveau qualitatif nouveau niveau et augmenter la longueur des lignes permettant d'utiliser l'électricité à grande distance du lieu de sa production. Malheureusement, les technologies actuellement disponibles ne peuvent pas permettre l’utilisation de la supraconductivité à ces fins en raison de leur infaisabilité économique.