Электр энергиясы туралы қызықты мәліметтер

Адамзат пайдалануды үйренген табиғат күштері өркениет барысын басқа көптеген ашылыстармен салыстыруға келмейтіндей түбегейлі өзгертті. Олардың арасында бізді қоршаған тірі және өлі әлемнің бәрін буквалды түрде бойлайтын — кішігірім дозада көрінбейтін, сезілмейтін, ал үлкен дозада өлімге әкелетін күш ерекше орын алады. Электр энергиясы адам оны зерттей бастамас бұрын миллиардтаған жылдар бойы, ал оны басқаруды үйренбес бұрын мыңдаған жылдар бойы табиғатта болған. Соңғы екі ғасыр ішінде ол зертханалық қызықтылықтан бүкіл технологиялық өркениеттің негізіне айналды, онсыз медицина да, көлік те, байланыс та, өндіріс те елестетілмейді. Осы мақалада біз сіздерге электр энергиясы туралы 30 қызықты әрі танымдық фактіні ұсынамыз.

1. «Электричество» сөзі гректің «электрон» — янтарь сөзінен шыққан. Дәл осы минералды ежелгі гректер электростатикалық құбылыстарды бақылау үшін пайдаланды: жүнге үйкелген янтарь жеңіл заттарды тартатын, және бұл эффект біздің заманымызға дейінгі 600 жыл шамасында философ Фалес Милетский тарапынан сипатталған.
2. Тарихтағы алғашқы конденсатор — электр зарядын жинақтау құрылғысы — 1745 жылы нидерландиялық ғалым Питер ван Мюссенбрук тарапынан Лейден қаласында жасалды. «Лейден банкісі» деп аталған оның өнертабысы ішінен және сыртынан металл парақтармен қапталған шыны ыдысты білдірді және айтарлықтай зарядтарды жинақтауға мүмкіндік берді.
3. Бенджамин Франклин 1752 жылы найзағай кезінде ұшатын жыланмен әйгілі тәжірибе жүргізіп, найзағайдың электр табиғатын дәлелдеді. Дымқыл арқанға асылған металл кілт электр разрядын лейден банкісіне берді, бұл табиғи және зертханалық электр құбылыстарының бірдей екенін растады.
4. Найзағай — табиғаттың ең қуатты электр көздерінің бірі. Бір разряд ондаған мың ампер ток кезінде шамамен бір миллиард вольтты қамтиды, алайда ол секундтың үлесі ғана созылады, сондықтан жалпы энергия күтілгеннен аз болады — шамамен 250 киловатт-сағат, бұл орташа шамды бірнеше ай бойы қоректендіруге жетер еді.
5. Жер бетінде әр секунд сайын шамамен жүз найзағай соғады. Бұл планета атмосферасының жылына шамамен үш миллиард разряд жасайтынын білдіреді, және Франклиннің өзі ойлап тапқан найзағай өткізгіші бүгінгі күнге дейін ғимараттарды осы табиғи құбылыстан қорғаудың ең сенімді құралы болып қала береді.
6. Италиялық ғалым Луиджи Гальвани 1780 жылы бақа аяқтарының бұлшықеттерінің екі түрлі металлмен жанасқанда жиырылатынын анықтады. Бұл бақылау биоэлектриканы зерттеудің бастауын қалады және ақырында 1800 жылы оның отандасы Алессандро Вольта тарапынан алғашқы химиялық батареяның ойлап табылуына әкелді.
7. Электр кернеуінің бірлігі — вольт — Алессандро Вольтаның құрметіне аталған. Оның «Вольта бағанасы» — ылғалды матамен бөлінген кезектес мыс және мырыш дисктерінің үйіндісі — тұрақты электр тогының алғашқы көзі болды және практикалық электротехниканың дәуірін ашты.
8. Майкл Фарадей 1831 жылы электромагниттік индукция құбылысын — өткізгішті кесіп өтетін магнит өрісі өзгерген кезде онда токтың пайда болуын — ашты. Бұл ашылу барлық электрогенераторлар мен трансформаторлардың жұмыс істеу қағидатының негізіне жатты, онсыз заманауи энергетика мүмкін емес.
9. Электр сигналының өткізгіште таралу жылдамдығы жарық жылдамдығының шамамен 70–99 пайызын құрайды — яғни шамамен 200 000–300 000 шақырым секунд. Маңыздысы, электрондардың өздері бұл кезде әлдеқайда баяу қозғалады: типтік ток кезінде металл өткізгіштегі олардың дрейфтік жылдамдығы секундтың миллиметрлік үлесін ғана құрайды.
10. ХІХ ғасырдың соңындағы Томас Эдисон мен Никола Тесланың әйгілі қарсыласуы «токтар соғысы» деп аталды. Эдисон тұрақты токты насихаттады, ал Тесла мен оның серіктесі Джордж Вестингауз айнымалы токты қолдады — және нәтижесінде айнымалы ток жүйесі жеңіске жетті, ол бүгінгі күнге дейін әлем электр желілерінің көпшілігінде қолданылады, өйткені ол үлкен қашықтықтарға жақсырақ беріледі.
11. Никола Тесла электр және электромагнетизмге байланысты 300-ден астам өнертабысқа патент алды. Оның Тесла катушкасы жоғары жиілікті жоғары вольтты разряд жасайды және бүгінгі күнге дейін радиотехникада, медициналық жабдықтарда және ғылыми демонстрацияларда қолданылады, ал өнертабыстың өзі ғылым тарихындағы культтік тұлғаға айналды.
12. Әлемдегі алғашқы қоғамдық электр станциясы Эдисон тарапынан 1882 жылы Нью-Йорктегі Перл-стритте іске қосылды. Ол шамамен бір миль радиустағы бірнеше ондаған ғимаратты электр жарығымен қамтамасыз етті, және дәл осы сәттен бастап орталықтандырылған электрмен жабдықтау дәуірінің басталуы саналады.
13. Найзағай биік объектілерге төменгілерге қарағанда әлдеқайда жиі соғады, өйткені электр разрядының жолы ең аз кедергі сызығын бойлайды. Нью-Йорктегі Эмпайр-стейт-билдинг жылына орташа есеппен 25 рет найзағай соғуына ұшырайды, және дәл осы себептен ол найзағай өткізгіштердің тармақталған жүйесімен жабдықталған.
14. Электр жыланбалығы — ең танымал тірі «электрогенераторлардың» бірі — 600 вольтқа дейінгі разрядтарды өндіре алады. Оның денесіндегі мыңдаған электрлік жасушалар-электроциттерден тұратын мамандандырылған мүшелер батарея сияқты бірдей қағидат бойынша жұмыс істейді: әрбір жасуша аз үлес қосады, ал жалпы әсері өте маңызды болады.
15. Адам денесінің өзі электр көзі және өткізгіші болып табылады. Жүрек, ми, бұлшықеттер және жүйке жүйесінің жұмысы электрохимиялық процестерге — иондардың жасуша мембраналары арқылы тасымалдануына — негізделген, және дәл осы қасиет медициналық аспаптарға электрокардиограммалар мен электроэнцефалограммаларды тіркеуге мүмкіндік береді.
16. Құрғақ адам терісінің электр кедергісі 100 000-нан бірнеше миллион Омға дейін болады. Ылғалданған кезде ол бірнеше мың Омға дейін күрт төмендейді, бұл электрмен жұмыс істеудің ваннада немесе жаңбыр астында ерекше қауіптілігін түсіндіреді — ылғал дененің ток өткізгіштік қасиеттерін бірнеше есе арттырады.
17. Жүректі тоқтату үшін кеуде қуысы арқылы бірнеше секунд бойы ағатын 100 миллиампер ток жеткілікті. Парадоксалды түрде, әлдеқайда аз ток — шамамен 50 миллиампер — ауыртып бұлшықет түйілуін тудырады, ал 1 миллиамперден төмен токты адам іс жүзінде сезбейді.
18. Жүрек ырғағын қалпына келтіру үшін қолданылатын электр дефибрилляторы өлімге әкелуі мүмкін физиканың бірдей заңдарын пайдалануға негізделген. Дұрыс таңдалған разряд жүрек бұлшықетінің хаостық жиырылуларын синхрондайды, және 1940-жылдары бұл аспап пайда болған сәттен бастап ол миллиондаған өмірді құтқарды.
19. Шар тәрізді найзағай — найзағай кезінде кейде бақыланатын жұмбақ жарықтанған құрылым — әлі күнге дейін жалпыға ортақ ғылыми түсіндірме алған жоқ. Оның табиғаты туралы ондаған теориялар бар, плазмалық құрылымдардан микротолқынды құбылыстарға дейін, алайда олардың ешқайсысы бұл феноменнің барлық құжатталған бақылауларын толық түсіндіре алмайды.
20. Алғашқы электр қозғалтқышын Майкл Фарадей 1821 жылы, электромагниттік индукцияны ашпас бұрын он жыл бұрын жасады. Бұл токты өткізгіштің тұрақты магнит айналасында айналатын қарапайым демонстрациялық қондырғысы болды, алайда дәл осы электр энергиясын механикалық қозғалысқа түрлендіру қағидатын қалады.
21. Атмосферадағы «Әулие Эльм оттары» деп аталатын жарық құбылыстарын теңізшілер найзағай кезінде мачталардың ұштарында олардың табиғаты түсінілмей тұрып-ақ бақылаған. Олар коронды разрядты — күшті электр өрісінде ұшқыр өткізгіштер жанындағы ауаның жарқырауын — білдіреді және бүгінде ғылым тарапынан жақсы зерттелген.
22. Ми нейрондары сигналдарды талшық түріне байланысты секундтына 0,5-тен 120 метрге дейінгі жылдамдықпен береді. Жүйке жасушасының мембранасы арқылы иондардың қозғалысы нәтижесінде пайда болатын бұл электрохимиялық импульстер біздің барлық ойлау және қозғалыс белсенділігіміздің негізі болып табылады.
23. Жартылай өткізгіш материалдар — негізінен кремний мен германий — ХХ ғасырдың ортасында электроникада төңкеріс жасады. 1947 жылы «Белл Лабораториз» қызметкерлері тарапынан ойлап табылған транзистор көлемді вакуумдық шамдарсыз күшейткіштер мен қосқыштар жасауға мүмкіндік берді және микроэлектроника дәуірінің бастауын қалады.
24. Заманауи смартфон процессоры тырнақтан кіші аумақта миллиардтаған транзисторды қамтиды. Мур заңы — интегралды схемадағы транзисторлар саны шамамен әр екі жыл сайын екі еселенеді деген бақылау — жарты ғасыр бойы таңғажайып дәлдікпен орындалды, дегенмен бүгінде оның орындалуы техникалық тұрғыдан барған сайын қиындап келеді.
25. Статикалық электр электрондарды ұстап тұру қабілеті әртүрлі екі материалдың үйкелісуі кезінде пайда болады. Кілемде жүргеннен кейін металл тұтқаға тигенде бірнеше мың вольт кернеуі бар ұшқын пайда болады, алайда ток бұл кезде соншалықты аз және қысқа мерзімді болғандықтан, қауіп тудырмайды.
26. Заманауи компьютерлердің найзағайдай жылдам есептеу жылдамдығы процессордың тактілік жиілігімен — секунд сайынғы электрлік ауысулар санымен — қамтамасыз етіледі. Заманауи процессорлар 3-тен 5 гигагерцке дейінгі жиіліктерде жұмыс істейді, яғни секунд сайын үштен бес миллиардқа дейін ауысуды орындайды.
27. Әлемдік электр энергиясы өндірісі жылына 28 000 тераватт-сағаттан асады және өсуді жалғастыруда. Бұл көлемнің шамамен үштен екісі әлі күнге дейін көмір, газ және мұнай жағатын жылу электр станцияларында өндіріледі, дегенмен жаңартылатын көздердің үлесі әр жыл сайын үздіксіз артып келеді.
28. Асқын өткізгіштік — кейбір материалдардың токты ешқандай кедергісіз өткізу қабілеті — 1911 жылы нидерландиялық физик Хейке Камерлинг-Оннес тарапынан ашылды. Сынапты абсолюттік нөлге жақын температураға дейін суытқан кезде оның кедергісі толығымен жоғалды, және бұл феномен энергия шығыны нөлдік құрылғылар жасау перспективаларын ашты.
29. Асқын өткізгіштіктің практикалық қолданылуы қазірдің өзінде бар және медицинада пайдаланылады. Магнитті-резонанстық томография аппараттарындағы магниттер сұйық гелиймен шамамен минус 269 градусқа дейін суытылады және асқын өткізгіштік режимінде жұмыс істейді, Жер магнит өрісінен мыңдаған есе күшті магнит өрісін жасайды.
30. Тесла әлі армандаған электр энергиясын сымсыз беру бүгінде фантазиядан шындыққа айналды. Смартфондарға, электр тіс щеткаларына және автомобильдерге арналған зарядтау алаңдары электромагниттік индукция қағидаты бойынша жұмыс істейді, ал зерттеушілер энергияны сымсыз әлдеқайда үлкен қашықтықтарға беру жүйелерін әзірлеуде.

Электр энергиясы — адамзат өркениет дамуына қарай барған сайын тығыз және күрделі қарым-қатынас орнатқан табиғаттың негізгі күштерінің бірі. Әрбір онжылдық жаңа ашылыстарды әкеледі — кванттық есептеулерден жоғары температуралы асқын өткізгіштікке дейін, — және мүмкіндіктер көкжиегі үздіксіз кеңейіп отырады. Электрлік көлікке, жаңартылатын энергетикаға және зияткерлік желілерге көшу электр құбылыстарының табиғатын түсінуді тек ғалымдар үшін ғана емес, сонымен бірге әрбір білімді адам үшін барған сайын маңызды етеді. Фалестен бүгінгі күнге дейінгі екі жарым мыңжылдық ішінде жинақталған білім — бұл әлі жасалатын ашылыстар үшін тек негіз ғана.