Dintre toate formele de energie, cea mai usor de
utilizat este energia electricã. Electricitatea rãmâne înainte de orice un
fenomen natural.
La
fel ca alte energii, si energia electricã provine din efectuarea unui lucru, în
acest caz curentul electric. Dar ce este curentul electric? Este un flux de particule în miscare
printr-un conductor (corp care are proprietatea de a permite trecerea
curentului electric sau a cãldurii), cum ar fi un fir metalic. Aceste particule
poartã sarcini electrice. Astfel studiul electricitãþii începe prin cel al
sarcinilor electrice, ramurã a fizicii numitã „electrostaticã“.
Încã
din Antichitate, grecii au observat cã o bucãþicã de chihimblar galben, ce a
fost frecatã înainte putea atrage obiecte foarte putea atrage obiecte foarte
uºoare ca fulgi,aºchii de lemn... Cuvântul elektron, denumirea greceascã pentru
chihimblar, se regãseºte ºi astãzi în cuvântul care numeºte neobiºnuita
proprietate pe care o au unele corpuri, de a atrage alte corpuri dupã frecare:
electrizarea. Electrostatica se ocupã cu explicarea acestui fenomen.
Atomii,
particule foarte mici ce alcãtuiesc toate corpurile sunt consideraþi neutri din
punct de vedere elctric, deoarece au un numãr egal de sarcini negative ºi
pozitive. Atomul poate ceda sau accepta electroni. Atomii care primesc
electroni se încarcã cu elctricitate negativã. Cei care cedeazã electroni se
încarcã cu electricitate pozitivã. Acest fenomen are loc ºi la electrizarea
prin frecare.
Fenomenul
ce apare atunci când chihimblarul atrage alte corpuri mici, are loc ºi atunci
când un pieptene de plastic atrage firele de pãr sau ecranul unui televizor
atrage o bucatã de hârtie. Sarcinile electrice negative atrag sarcinile
electrice pozitive ºi resping sarcinile pozitive. De aici putem enunþa legea
fundamentalã a electrostaticii: douã corpuri încãrcate cu acelaºi tip de
sarcinã electricã se resping; douã corpuri purtãtoare de sarcini electrice de
semn opus se atrag.
Pentru
separarea sarcinilor pozitivã (+) ºi negativã(-) trebuie furnizatã o anumitã
cantitate de energie. Dar atunci când ele se unesc se produce fenomenul numit
descãrcare electricã, energia fiind eliberatã. În general aceasta se manifestã
printr-o scânteie, o scurtã apariþie de luminã, zgomot ºi cãldurã. Aceste descãrcãri
electrice au loc în mod natural dar pot fi produse ºi în laborator. Când
îmbrãcãm o hainã din material sintetic simþim o descãrcare micã iar în
întuneric putem observa uneori o scânteie. De ce se întâmplã acest lucru?
Pentru cã prin frecare materialul sintetic electrizeazã haina aceea, separând
sarcinile pozitive de cele negative. Iar când îmbrãcãm haina, sarcinile
electrice de semn opus se întâlnesc dând naºtere la descãrcãri electrice.
Trãznetul
reprezintã o descãrcare electricã de proporþii mult mai mari care are loc între
partea superioarã ºi cea inferioarã a unui nor, între doi nori situaþi la
altitudini diferite sau între un nor ºi Pãmânt, fiind însoþit de o luminã
puternicã, fulgerul. O contribuþie majorã asupra acestui fenomen natural a adus-o
Benjamin Franklin (1706-1790), scriitor ºi fizician amator. El a demonstrat cã
trãznetul ia naºtere prin întâlnirea brutalã a douã tipuri de sarcini
electrice, pe care el le-a numit „pozitive“ ºi „negative“. În timpul unei
furtuni curenþii violenþi de aer amestecã violent picãturile de ploaie.
Datoritã acestei frecãri între apã ºi aer electrizeazã norii de furtunã :
sarcinile pozitive se grupeazã în partea superioarã a norilor iar cele negative
în partea inferioarã a norului. Între acestea din urmã ºi sarcinile pozitive
ale altui nor sau cele ale nivelului
solului are loc o atracþie electricã.
Aceste
douã tipuri desarcini se întâlnesc, rezultând o serie de scântei violente în
succesiune foarte rapidã : fulgerul.
Pentru
a proteja o clãdire de trãznet pe acoperiºul acesteia se monteazã un paratrãznet, ce reprezintã o tijã metalicã, înaltã
ºi ascuþitã, legatã de pãmânt printr-un cablu metalic izolat de corpul
clãdirii. Scânteia este captatã de paratrãznet ºi condusã la pãmânt.
Toate
corpurile pot fi electrizate prin frecare dar sarcini electrice produse se
comportã diferit, depinzând de natura corpului respectiv: conductor sau
izolator (nu permite trecerea curentului electric sau cãldurii). În conductoare
(metale în special) sarcinile elctrice se repartizeazã pe toatã suprafaþa
corpului; în timp ce în izolatore ele rãmân localizate în partea supusã
frecãrii.
Curentul
electric se produce atunci când sunt puse în miºcare sarcinile electrice.
Curentul electric de mare intensitate produs de trãznet care traverseazã
paratrãznetul nu poate fi folosit deoarece este instantaneu. Pentru a putea fi
menþinut sub control, curentul electric trebuie sã fie mai întâi produs de un
generator, apoi introdus într-un circuit electric iar în final utilizate de un
receptor. Din transformarea altor forme de energie (chimicã, mecanicã, etc.) un
generator produce energie electricã. Un bun exemplu este bateria. O baterie
simplã este alcãtuitã din douã tipuri de metale dierite, de exemplu cupru ºi
zinc, ce sunt scufundate într-un mediu conductor (de exemplu apã sãratã).
Atunci când printr-un circuit exterior format dintr-un conductor unim cele douã
metale, în baterie au loc o serie de reacþii eletrochimice complexe. Ele
provoacã deplasarea sarcinilor electrice care se transmit prin circuit ; curentul începe sã curgã. Cele douã metale
reprezintã electrozii bateriei numiþi ºi „bornele“ circuitului. Toate bateriile
formate din metale ºi medii conductoare diferite, pornite de la prima baterie
din 1800 funcþioneazã pe aceleaºi principii.
Am
putea oare sã ne imaginãm cum ar fi viaþa noastrã fãrã electricitate?
Iluminarea s-ar face cu ajutorul lãmpilor cu petrol. Nu ar exista aparatele
electrocasnice ºi nici televizorul, casetofonul. Din viaþa noastrã cotidianã
face parte electricitatea uºor de utilizat, nevoia de energie electricã a
consumatorilor fiind enormã. Deci este necesarã producerea de electricitate în
cantitãþi imense ºi transportarea ei cãtre consumatori.
Þãrile
industrializate ºi-au creat o reþea foarte dezvoltatã bine organizatã ºi
fiabilã de producere ºi transport al energiei electrice numite centrale
electrice. Principiul este acelaºi la toate : transformarea unei alte forme de
energie în energie electricã. Deci centralele sunt uriaºe instalaþii de
transformare a energiei.
Hidrocentralele
transformã energia mecanicã a apei curgãtoare în energie electricã. Sub
presiune apa este adusã pânã la centralã, unde este folositã pentru a învârti
niºte turbine. Acestea vor pune în miºcare alternatoarele instalaþiei,
puternice generatoare care funcþioneazã pe principiul electromagnetismului ºi care vor produce curent electric.
Termocentralele transformã energia termicã degajatã prin arderea cãrbunelui ºi
a altor combustibili.Aceºtia sunt arºi în cuve prin care circulã apa
astfel încât cãldura dagajatã la
presiuni înalte, transformã apa în vapori. La rândul lor vaporii învârt
turbinele iar acestea vor antrena alternatoarele instalaþiei. În cazul
centralelor nucleare energia este extrasã din cãldura degajatã în urma
reacþiilor nucleare. Principala parte a acestor centrale o reprezintã reactorul
de fuziune nuclearã. Cãldura imensã care
se degajã prin fisiunea atomilor instabili cum sunt cei de uraniu, transformã
apa în vapori. La fel ca la termocentralã, vaporii vor învârti turbinele ºi
alternatoarele.
Deoarece
adesea centralele unde se produce electricitatea sunt la distanþe mari de
utilizatorii finali, aceasta trebuie transportatã pânã la aceºtia. Pentru a fi
cât mai puþine pierderi la transpoartare, curentul este ridicat la o tensiune
foarte înaltã. Cu cât este mai ridicatã tensiunea, cu atât sunt mai puþine
pierderile. La ieºirea din centrale este montat un transformator, ridicãtor de
tensiune. Apoi energia electricã este transportatã prin linii de înaltã
tensiune, montate pe niºte piloni metalici de dimensiuni mari. În apropiere de
oraºe ºi zone industriale staþiile de transformare coboarã tensiunea energiei
electrice la o tensiune medie, apoi la o tensiune micã. Tensiunea medie
alimenteazã întreprinderile mici ºi mijlocii, spitalele, ºcolile. Locuinþele
individuale folosesc energia elctricã la tensiune joasã.
