Elektricitet

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Sevanje je jedan od najupečatljivijih efekata elektriciteta

Elektricitet (od novolatinskog ēlectricus - ćilibarski, odnosno od grčkog ηλεκτρον (elektron) - ćilibar) je reč koja se odnosi na određene fizičke pojave uzrokovane naelektrisanjem. Međutim, taj pojam se često vezuje uz nekoliko različitih a povezanih pojmova:

  1. naelektrisanje – svojstvo nekih subatomskih čestica koje određuje način njegove elektromagnetne interakcije. Naelektrisan predmet je pod uticajem elektromagnetskog polja, ali ga i sam proizvodi.
  2. električna struja – kretanje ili protok naelektrisanih čestica, mereno u amperima (A).
  3. električno polje – posrednik u prenosu uticaja jednog naelektrisanja na druga naelektrisanja koja se nalaze u njegovoj blizini.
  4. električni potencijal – sposobnost električnog polja da izvrši neki rad, meri se u voltima (V).
  5. elektromagnetizam – fundamentalna interakcija između magnetskog polja i naelektrisanja koje je u pokretu

Još u antičko vreme zapažena je pojava da jantar, kada ga se trlja, dobiva svojstvo privlačenja sitnih čestica. Godine 1600. engleski lekar Vilijam Gilbert, prema grčkom nazivu za jantar (grč. ἤλεϰτρον), nazvao je natrte stvari s opisanim svojstvima električna tela (lat. corpora electrica). Elektricitet se s jednoga tela može prenositi na drugo. Količina elektriciteta naziva se električni naboj.

U atomu je pozitivni naboj atomskog jezgra jednak negativnomu naboju svih elektrona, odnosno broj protona jednak broju elektrona, pa se zato delovanja tih naboja prema spolja međusobno poništavaju ili neutraliziraju. Tek kada se u nekom telu odvoji deo elektrona od atoma, dolaze do izražaja privlačne sile između pozitivnih i negativnih čestica. Te sile nastoje da vrate elektrone na ona mjesta u atomu na kojima su se pre nalazili. Zbog delovanja tih sila dolazi do kretanja električno naelektrisanih čestica ili električne struje. Odvajanje elektrona od pripadnih atomskih jezgara čini temelj proizvodnje električne energije. U galvanskim člancima i akumulatorima razdvajanje elektriciteta izvode hemijske sile. Za dobijanje velike količine električne energije služe električni generatori.

Elektroni lako prolaze kroz dobre električne provodnike (na primer metale), a teško kroz loše provodnike ili izolatore (na primer vazduh, kaučuk, porculan). Ako se provodnik stavi u blizinu naelektrisanog tela, to će telo, već prema vrsti svog naboja, elektrone provodnika ili privući u što veću blizinu ili odbiti od sebe u najveću moguću daljinu. Taj način razdvajanja elektriciteta u provodniku naziva se influencija.

Električni naboj je jedno od temeljnih očuvanih svojstava elementarnih čestica. Pojave vezane za naboj u mirovanju opisuju se granom fizike koja se naziva elektrostatika. Naboj u mirovanju takođe se naziva statičkim ili elektrostatičkim nabojem. Naboj u kretanju se naziva električnom strujom, a povezane pojave se opisuju elektrodinamikom. Postojanje elektriciteta zapaža se u prostoru posredstvom elektromagnetskog polja koje nastaje oko naboja. Ako naboj miruje postoji samo električno polje, takozvano elektrostatičko polje. Naboj u pokretu stvara i magnetsku komponentu elektromagnetskog polja. Elektricitet je otkriven zapažanjem postojanja elektrostatskog polja (privlačenje sitnih predmeta) u blizini naelektriziranog štapića od jantara.

Električni fenomeni su izučavani od antičkih vremena, mada je progres u pogledu teoretskog razumevanja bio spor do sedamnaestog i osamnaestog veka. Čak i tad, bilo je veoma malo praktičnih primena elektriciteta, i tek su devetnaestom veku inženjeri mogli da nađu primenu struje u industiriji i svakodnevnom životu. Brza ekspanzija elektrotehnike u to vreme je transformisala industriju i društvo. Izuzetna svestranost električne energije značila je da se mogao stvoriti gotovo neograničeno veliki skup primena koje obuhvataju transport, grejanje, električno osvetljenje, komunikacije, i računanje. Električna energija je u današnje vreme u osnovi modernog industrijskog društva.[1]

Istorijat proučavanja elektriciteta[uredi]

Tales iz Mileta - prvi je proučavao svojstva elektriciteta
Bendžamin Frenklin - otkrio da grom ima električna svojstva i izmislio gromobran[2][3]

Dugo pre nego što je bilo kakvo poznavanje elektriciteta postojalo, ljudi su bili svesni šoka od električne ribe. Stari Egipatski tekstovi koji datiraju iz 2.750 p. n. e navode te ribe kao „Nilske gromovnike“, i opisuju ih kao „zaštitnike“ drugih riba. Električne ribe su opisane i nakon jednog milenijum u zapisima drevnih Grka, Rimljana i arapskih prirodnjaka i lekara.[4] Nekoliko antičkih pisaca, kao što su Plinije Stariji i Skribonije Larg, potvrdili su utrnjujuće dejstvo električnih šokova koje mogu da proizvedu električni som i električna raža, i bilo je poznato da takvi šokovi mogu da putuju duž provodećeg objekta.[5] Pacijentima obolelim od bolesti kao što su giht ili glavobolja se savetovalo da dodirnu električnu ribu u nadi da će ih možda moćni udarac izlečiti.[6] Verovatno najraniji i najbliži pristup otkrivanju identiteta munje, i elektriciteta dolazi iz jednog drugog izvora, koji se pripisuje Arapima, koji su pre 15. veka imali Arapsku reč za munju ra‘ad (رعد) koja je označavala električnu ražu.[7]

Elektricitet je proučavan još od antičkih vremena,[8][9][10][11] ali značajna naučna otkrića nisu se pojavljivala sve do 17. i 18. veka. Pojedini predmeti kao što je, recimo, šipka ćilibara, imaju osobinu da kada se protrljaju sa mačjim krznom, mogu da privlače lake predmete, perje, dlake, papiriće. To je bilo poznato starim mediteranskim narodima. Tales iz Mileta je, oko 600 god. p. n. e. izveo niz eksperimenata u kojima je dolazilo do pojave statičkog elektriciteta, i na osnovu njih je zaključio da trenje daje ćilibaru magnetska svojstva, što je bilo u suprotnosti sa mineralima, npr. magnetitom, kojima nije bilo potrebno trenje da bi privlačili predmete. Tales je pogrešio u pretpostavci da protrljan ćilibar ima magnetska svojstva, ali će kasnija nauka dokazati vezu između magnetizma i elektriciteta.

Sporne su tvrdnje da su Persijanci znali za galvanizaciju (prevlačenje materijala metalom električnim putem). Naime, 1936. godine u blizini Bagdada pronađena je tzv. Bagdadska baterija, koja liči na galvansku ćeliju. Postoji pretpostavka koja još uvek nije dokazana, ni opovrgnuta, da je ova ćelija imala električna svojstva i da je korišćena za prevlačenje srebrnih objekata zlatom.[12]

Neki antički pisci su ukazivali na zaprepašćujuće efekte koje su imali elektrošokovi nekih riba, kao recimo raža. Pacijenti koji su bolovali od nekih bolesti, kostobolje ili glavobolje, podvrgnuti su kontaktu sa električnom ribom u nadi da će ih nagli trzaj izlečiti.

Dalja istraživanja su sproveli Oto fon Gerike, Robert Bojl, Stiven Graj i C. F. du Fej.[13] Bendžamin Frenklin je dosta intenzivno izučavao elektricitet tokom 18. veka. Najpoznatiji je po svom ogledu sa letećim zmajem, kada je dokazao da munja ima električnu prirodu. On je zakačio zmaja za ovlažen kanap, na čijem je drugom kraju bio zavezan metalan ključ. Pustio je zmaja da leti visoko, baš u vreme kada je bila grmljavina. Iz ključa su počele da iskaču varnice, što je bio dokaz se zmaj naelektrisao pod uticajem oblaka. On je takođe zaslužan za otkriće gromobrana, jer je otkrio da visoke šipke sa oštrim vrhovima mogu da sprovedu struju iz groma u zemlju.[14][15][16]

Godine 1791, Luiđi Galvani je objavio svoje otkriće bioelektromagnetike, demonstrirajući da je elektricitet bio medijum kojim neuroni prenose signale do mišića.[17][18][13] Voltina baterija, ili voltni stub, iz 1800, napravljen od naizmeničnih slojeva cinka i bakra, je pružila naučnicima pouzdaniji izvor električne energije od elektrostatičkih mašina koje su ranije korištene.[17][18] Preponavanje elektromagnetizma, jedinstva električnog i magnetnog fenomena, je proizašlo i rada Hansa Kristijana Ersteda i Andre-Mari Ampera tokom 1819–1820. Majkl Faradej je izumeo električni motor 1821. godine, a Georg Om je matematički analirao električno kolo 1827. godine.[18] Elektircitet i magnetizam (i svetlost) su definitivno povezani doprinosom Džejmsa Klerka Maksvela, a posebno njegovim radom „On Physical Lines of Force“ iz 1861. i 1862.[19]

Engleski naučnik Vilijam Gilbert prvi je otkrio razliku između elektriciteta i magnetizma. Za ćilibarsku šipku protrljanu krznom on je upotrebio grčku reč ηλεκτρον (elektron) – ćilibar, i iskovao je reč electricus da označi svojstvo nekih predmeta da privlače druge, nakon trljanja krznom.[20][21]

Negde pred kraj 19. veka inženjeri su stavili elektricitet u industrijsku i kućnu upotrebu. Tokom ovog perioda se desila velika ekspanzija industrije i mnogih tehnologija koje su se zasnivale na elektricitetu. Raznovrsna svojstva elektriciteta kao oblika energije omogućavaju veoma široku upotrebu u saobraćaju, fabrikama, grejanju, osvetljavanju, komunikacijama i računarstvu. Upotreba električne energije je sada, i biće u budućnosti, kičmeni stub modernog industrijskog društva.[22]

Razvoj nauke[uredi]

Nauka o elektricitetu je stalno napredovala. Luiđi Galvani je 1791. godine otkrio pojavu bioelektriciteta, tako što je pokazao da je elektricitet način kako nervi izazivaju grčenje mišića. Alesandro Volta je 1800. godine pronašao bateriju, tzv. Voltin element, koja je tada bila najpouzdaniji izvor energije, 1820. Andre-Mari Amper je otkrio vezu između električnog i magnetskog polja, 1821. Majkl Faradej je otkrio elektromagnetnu indukciju. U 19. veku je ostvaren ogroman napredak i u elektroinženjerstvu, za šta su zaslužni, pre svih Nikola Tesla, ali i Tomas Edison, Džordž Vestinghaus, Aleksandar Grejem Bel, Ernst von Simens, Lord Kelvin. Elektricitet je prešao put od male naučne zanimljivosti do esencijalne alatke moderne industrije, i prouzrokovao je drugu industrijsku revoluciju.

Piezoelektrični učinak je pojava stvaranja električnog naboja (a time i električnog napona) na površini posebno odrezanog kristala (čvrsti dielektrik - izolator), koji je elastično deformiran vanjskom silom.[23]

Piezoelektricitet[uredi]

Piezoelektrični efekt (grč. piezo - gurati) ili piezoelektrični učinak je pojava stvaranja električnog naboja na površini posebno odrezanog kristala (čvrsti dielektrik - izolator) koji je elastično deformiran vanjskom silom. Jedna strana (površina) tog kristala nabiće se negativno, a druga pozitivno. Dakle, kristal postaje električni polarizovan. Polarizacija kristala je najveća kada je naprezanje usmereno u pravcu piezoelektrične ose kristala. Promenom smera deformacije (pritisak - istezanje) dolazi do polarizacije obrnutog smera. Piezoelektrični efekt otkrili su 1890. Žak i Pjer Kiri.[24][25] Koristi se u senzorima pritiska. Najznačajniji piezoelektrični materijali su kvarc (SiO2), Сегнетова со,[26][27] турмалин, топаз, кост, свила, дрво, те вештачки материјали попут разних врста керамике, пластике и кристала, а у новије време ПЗТ керамике. Иако је дуго након открића био само занимљив лабораторијски ефект, с временом је пронашао примену у бројним уређајима.[28] Присутан је и обрнути ефект: механичка деформација материјала када је на њега примењен електрични напон.[29]

Види још[uredi]

Референце[uredi]

  1. Jones, D.A. (1991), „Electrical engineering: the backbone of society”, Proceedings of the IEE: Science, Measurement and Technology, 138 (1): 1—10, doi:10.1049/ip-a-3.1991.0001 
  2. Jernegan, M. W. (1928). „Benjamin Franklin's "Electrical Kite" and Lightning Rod”. The New England Quarterly. The New England Quarterly. 1 (2): 180—196. JSTOR 359764. doi:10.2307/359764. 
  3. I. Bernard Cohen, The Two Hundredth Anniversary of Benjamin Franklin's Two Lightning Experiments and the Introduction of the Lightning Rod, in: Proceedings of the American Philosophical Society, Vol. 96, No. 3. (Jun. 20, 1952). стр. 331–366.
  4. Moller, Peter; Kramer, Bernd (децембар 1991), „Review: Electric Fish”, BioScience, American Institute of Biological Sciences, 41 (11): 794–6[794], JSTOR 1311732, doi:10.2307/1311732 
  5. Bullock, Theodore H. (2005), Electroreception, Springer, стр. 5—7, ISBN 978-0-387-23192-1 
  6. Morris, Simon C. (2003), Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe, Cambridge University Press, стр. 182—185, ISBN 978-0-521-82704-1 
  7. The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge (1918), New York: Encyclopedia Americana Corp
  8. Stewart, Joseph (2001), Intermediate Electromagnetic Theory, World Scientific, стр. 50, ISBN 978-981-02-4471-2 
  9. Simpson, Brian (2003), Electrical Stimulation and the Relief of Pain, Elsevier Health Sciences, стр. 6—7, ISBN 978-0-444-51258-1 
  10. Diogenes Laertius. R.D. Hicks, ур. „Lives of Eminent Philosophers, Book 1 Chapter 1 [24]”. Perseus Digital Library. Tufts University. Приступљено 5. 2. 2017. »Aristotle and Hippias affirm that, arguing from the magnet and from amber, he attributed a soul or life even to inanimate objects.« 
  11. Aristotle. Daniel C. Stevenson, ур. „De Animus (On the Soul) Book 1 Part 2 (B4 verso)”. The Internet Classics Archive. Превод: J.A. Smith. Приступљено 5. 2. 2017. »Thales, too, to judge from what is recorded about him, seems to have held soul to be a motive force, since he said that the magnet has a soul in it because it moves the iron.« 
  12. Frood, Arran (27. 2. 2003), Riddle of 'Baghdad's batteries', BBC, Приступљено 2008-02-16 
  13. 13,0 13,1 Guarnieri, M. (2014). „Electricity in the age of Enlightenment”. IEEE Industrial Electronics Magazine. 8 (3): 60—63. doi:10.1109/MIE.2014.2335431. 
  14. Srodes, James (2002), Franklin: The Essential Founding Father, Regnery Publishing, стр. 92—94, ISBN 978-0-89526-163-2 
  15. Uman, Martin (1987), All About Lightning (PDF), Dover Publications, ISBN 978-0-486-25237-7 
  16. Riskin, Jessica (1998), Poor Richard’s Leyden Jar: Electricity and economy in Franklinist France (PDF), стр. 327 
  17. 17,0 17,1 Guarnieri, M. (2014). „The Big Jump from the Legs of a Frog”. IEEE Industrial Electronics Magazine. 8 (4): 59—61,69. doi:10.1109/MIE.2014.2361237. 
  18. 18,0 18,1 18,2 Kirby, Richard S. (1990), Engineering in History, Courier Dover Publications, стр. 331—333, ISBN 978-0-486-26412-7 
  19. Berkson, William (1974) Fields of force: the development of a world view from Faraday to Einstein pp. 148. Routledge, 1974
  20. Baigrie, Brian (2006), Electricity and Magnetism: A Historical Perspective, Greenwood Press, стр. 7—8, ISBN 978-0-313-33358-3 
  21. Chalmers, Gordon (1937), „The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England”, Philosophy of Science, 4 (1): 75—95, doi:10.1086/286445 
  22. Marković, Dragana, The Second Industrial Revolution, Архивирано из оригинала на датум 2007-11-19, Приступљено 2007-12-09 
  23. Holler, F. James; Skoog, Douglas A.; Crouch, Stanley R. (2007). „Chapter 1”. Principles of Instrumental Analysis (6th изд.). Cengage Learning. стр. 9. ISBN 978-0-495-01201-6. 
  24. Manbachi, A. & Cobbold, R.S.C. (2011). „Development and Application of Piezoelectric Materials for Ultrasound Generation and Detection”. Ultrasound. 19 (4): 187—196. doi:10.1258/ult.2011.011027. 
  25. Curie, Jacques; Curie, Pierre (1880). „Développement par compression de l'électricité polaire dans les cristaux hémièdres à faces inclinées” [Development, via compression, of electric polarization in hemihedral crystals with inclined faces]. Bulletin de la Société minérologique de France. 3: 90—93.  Reprinted in: Curie, Jacques; Curie, Pierre (1880). „Développement, par pression, de l'électricité polaire dans les cristaux hémièdres à faces inclinées”. Comptes rendus (на језику: French). 91: 294—295.  See also: Curie, Jacques; Curie, Pierre (1880). „Sur l'électricité polaire dans les cristaux hémièdres à faces inclinées” [On electric polarization in hemihedral crystals with inclined faces]. Comptes rendus (на језику: French). 91: 383—386. 
  26. „A Short History of Ferroelectricity” (PDF). Talari.com. 2009-12-04. Приступљено 2016-05-04. 
  27. Brewster, David (1824). „Observations of the pyro-electricity of minerals”. The Edinburgh Journal of Science. 1: 208—215. 
  28. Gautschi, G. (2002). Piezoelectric Sensorics: Force, Strain, Pressure, Acceleration and Acoustic Emission Sensors, Materials and Amplifiers. Springer. ISBN 978-3-662-04732-3. doi:10.1007/978-3-662-04732-3. 
  29. “Ispitivanje materijala”, doc. dr. sc. Stoja Rešković, Metalurški fakultet Sveučilišta u Zagrebu, www.scribd.com/doc, 2010.

Литература[uredi]

Спољашње везе[uredi]