Một thời gian dài trước khi có kiến thức về điện, con người đã nhận thức được về những cú điện giật từ những con cá điện. Các văn liệu của người Ai Cập cổ đại có niên đại từ 2750 TCN đã đề cập đến các loài cá này với tên gọi “thiên lôi của sông Nin”, và miêu tả chúng như là “kẻ bảo vệ” tất cả các loài cá khác. Cá điện được nhắc lại một ngàn năm sau bởi các nhà tự nhiên học và các thầy thuốc Hy Lạp cổ đại, La Mã và Ả Rập.[2] Nhiều nhà văn cổ đại như Pliny the Elder và Scribonius Largus, đã chứng thực tác dụng làm tê liệt của điện giật phát ra từ cá da trơn phát điện và cá đuối điện, và biết rằng các cú giật này có thể truyền qua những vật dẫn điện.[3] Các bệnh nhân bị bệnh gút hoặc đau đầu được chỉ định chạm vào cá điện để mong rằng các cú giật có thể chữa trị các bệnh cho họ.[4] Có lẽ cách tiếp cận gần nhầt và sớm nhất về phát hiện ra sét và điện từ bất kỳ nguồn khác được cho là đóng góp của người Ả Rập, vì trước thế kỷ 15 họ đã có đề cập từ sét trong tiếng Ả Rập (raad) để chỉ các tia chớp.[5]
Các nền văn minh cổ đại quanh Địa Trung Hải đã biết 1 số ít vật, như miếng hổ phách, khi cọ xát với lông mèo hoàn toàn có thể hút được những vật nhẹ như da động vật hoang dã. Thales của Miletos đã triển khai những khảo cứu về hiện tượng kỳ lạ tĩnh điện vào khoảng chừng năm 600 TCN, mà ông cho rằng gây ma sát lên thanh hổ phách làm sinh ra nam châm từ, ngược lại với 1 số ít khoáng vật như magnetit mà không cần cọ xát. [ 6 ] [ 7 ] Thales đã không đúng khi cho rằng lực hút là do hiệu ứng tựa như như nam châm hút, nhưng sau này khoa học đã chứng tỏ giữa từ học và điện học có mối liên hệ với nhau. Theo một kim chỉ nan gây tranh cãi, người Parthia đã có những hiểu biết về kỹ thuật mạ điện, dựa trên một tò mò vào năm 1936 về khối pin Baghdad có đặc tính giống như pin Galvani, mặc dầu người ta không chắc liệu khối pin này có thực chất tương quan đến điện hay không. [ 8 ]
Benjamin Franklin thực hiện nhiều nghiên cứu về điện trong thế kỷ 18, như được Joseph Priestley (1767) miêu tả trong cuốn History and Present Status of Electricity, người đã có nhiều thư từ qua lại với Franklin.
Sự hiểu biết về điện vẫn chỉ là sự tò mò trí tuệ trong hàng nghìn năm cho đến tận giai đoạn 1600, khi nhà khoa học người Anh William Gilbert nghiên cứu chi tiết về điện học và từ học, với việc phân biệt hiệu ứng từ đá nam châm lodestone với hiệu ứng tĩnh điện từ hổ phách bị chà xát.[6] Ông đưa ra thuật ngữ La Tinh mới electricus (“của hổ phách” hay “giống với hổ phách”, xuất phát từ ήλεκτρον [elektron], tiếng Hy Lạp có nghĩa là “hổ phách”) cho những vật có tính chất hút những vật nhỏ sau khi bị chà xát.[9] Từ này là nguồn gốc của tiếng Anh cho từ “electric” và “electricity”, mà xuất hiện đầu tiên trong bản in Pseudodoxia Epidemica của Thomas Browne năm 1646.[10]
Các nhà khoa học Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray và C. F. du Fay liên tục có những nghiên cứu và điều tra sâu hơn về điện. Trong thế kỷ 18, Benjamin Franklin đã bán gia tài của mình để ông hoàn toàn có thể thực thi nhiều cuộc điều tra và nghiên cứu về điện. Tháng 6 năm 1752, ông triển khai một thí nghiệm nổi tiếng khi gắn một chìa khóa sắt kẽm kim loại vào cuối dây bị ướt của một cái diều và thả nó vào trong một cơn bão. [ 11 ] Mục đích của ông trong thí nghiệm này nhằm mục đích tìm ra sự liên hệ giữa hiện tượng kỳ lạ sét và điện. [ 12 ] Ông cũng lý giải một nghịch lý kỳ lạ vào thời đó của chai Leyden khi cho rằng nó là thiết bị lưu trữ lượng lớn những điện tích .
Michael Faraday thiết lập lên cơ sở của động cơ điện.
Năm 1791, Luigi Galvani công bố tò mò ra hiện tượng kỳ lạ điện từ sinh học ( bioelectromagnetics ), chứng tỏ dòng điện là môi trường tự nhiên giúp cho những tế bào thần kinh truyền tín hiệu đến những cơ. [ 13 ] Đến năm 1800, Alessandro Volta phát minh ra pin Volta, làm từ những tấm kẽm và đồng xếp xen kẽ nhau, mang lại cho những nhà khoa học một nguồn điện duy trì lâu hơn so với những nguồn tĩnh điện trước đó. [ 13 ] Sự nhận ra của thuyết điện từ học, trong đó thống nhất giữa những hiện tượng kỳ lạ điện và từ, là nhờ những góp phần của Hans Christian Ørsted và André-Marie Ampère trong tiến trình 1819 – 1820 ; Michael Faraday phát minh ra động cơ điện vào năm 1821, và Georg Ohm đã triển khai nghiên cứu và phân tích bằng toán học về mạch điện vào năm 1827. [ 13 ] Điện học và từ học ( và cả ánh sáng ) sau cuối được James Clerk Maxwell thống nhất lại với nhau bằng triết lý ông miêu tả trong tác phẩm ” On Physical Lines of Force ” năm 1861 và 1862. [ 14 ]Trong khi đầu thế kỷ 19 tận mắt chứng kiến tiến trình tăng trưởng nhanh gọn của khoa học về điện, thì cuối thế kỷ 19 đã mở ra sự thôi thúc can đảm và mạnh mẽ của kỹ thuật điện. Gắn với tên tuổi của những nhà nghiên cứu như Alexander Graham Bell, Ottó Bláthy, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Ányos Jedlik, William Thomson, Sir Charles Parsons, Ernst Werner von Siemens, Joseph Swan, Nikola Tesla và George Westinghouse, điện đã chuyển từ kim chỉ nan khoa học sang công cụ cơ bản cho nền văn minh văn minh, mang đến Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai. [ 15 ]Năm 1887, Heinrich Hertz [ 16 ] [ 17 ] phát hiện ra rằng khi chiếu tia cực tím vào tấm điện cực sẽ thuận tiện tạo ra sự phóng tia điện ( electric spark ) từ nó. Năm 1905 Albert Einstein công bố một bài báo nhằm mục đích lý giải những hiệu quả thực nghiệm từ hiệu ứng quang điện do Hertz tò mò khi cho rằng nguồn năng lượng ánh sáng bị lượng tử hóa thành những gói rời rạc, và những gói này truyền nguồn năng lượng cho electron bật ra. Bài báo này là một trong những đột phát khai sinh ra kim chỉ nan cách mạng cơ học lượng tử. Einstein được trao Giải Nobel Vật lý năm 1921 cho ” sự tò mò của ông về hiệu ứng quang điện cũng như những điều tra và nghiên cứu nền tảng cho vật lý học “. [ 18 ] Hiệu ứng quang điện là cơ sở cho sự hoạt động giải trí của pin Mặt Trời, những CCD trong máy ánh kỹ thuật số và nhiều ứng dụng khác .Thiết bị sử dụng vật tư trạng thái rắn tiên phong là thiết bị dò sợi râu mèo ( ” cat’s whisker ” detector ), dùng để thu tín hiệu vô tuyến trong thập niên 1930. Sợi râu tiếp xúc nhẹ với một tinh thể rắn ( như tinh thể germanium ) nhằm mục đích phát hiện ra tín hiệu radio trải qua hiệu ứng mối nối tiếp xúc. [ 19 ] Trong linh phụ kiện chất rắn, dòng điện bị hạn chế bởi những linh phụ kiện bán dẫn và tổng hợp linh phụ kiện nhằm mục đích bật tắt hay khuếch đại chúng. Dòng điện hoàn toàn có thể bộc lộ dưới hai dạng : những electron mang điện âm, và những ion dương bị thiếu electron gọi là những lỗ trống electron. Các điện tích và lỗ trống này được lý giải theo ngôn từ của cơ học lượng tử, và chúng là cơ sở cho sự hoạt động giải trí của những chất bán dẫn. [ 20 ] [ 21 ]Thiết bị bán dẫn đi vào ứng dụng thực tiễn khi transistorr được phát minh ra vào năm 1947. Nói chung mạch điện tử gồm những thiết bị bán dẫn như transistorr, chip vi giải quyết và xử lý, và RAM. Một loại RAM đặc biệt quan trọng là bộ nhớ flash được sử dụng trong những ổ USB flash và gần đây là ổ tàng trữ trạng thái rắn nhằm mục đích sửa chữa thay thế những đĩa từ quay trong những ổ đĩa cứng. Nghiên cứu thiết bị bán dẫn và thể rắn tăng trưởng can đảm và mạnh mẽ trong thập niên 1950 và 1960, khi công nghệ tiên tiến đèn điện tử chân không chuyển sang những điốt bán dẫn, transistorr, mạch tích hợp ( IC ) và LED .
Các khái niệm[sửa|sửa mã nguồn]
Hiện tượng vật cho hay nhận điện tử trở thành Điện tích. Khi vật nhận điện tử trở thành điện tử âm. Khi vật cho điện tử trở thành điện tử dươngĐiện tích là đặc thù của những hạt hạ nguyên tử, làm Open cũng như tương tác với lực điện từ, một trong bốn tương tác cơ bản của tự nhiên. Điện tích có nguồn gốc từ nguyên tử, trong đó những electron và proton ở hạt nhân mang điện tích. Nó là đại lượng bảo toàn, có nghĩa là tổng điện tích của một hệ cô lập luôn không đổi bất kể có sự biến hóa nào diễn ra trong hệ đó. [ 22 ] Trong hệ, điện tích hoàn toàn có thể truyền giữa những vật, hoặc bởi tiếp xúc trực tiếp, hoặc bởi truyền qua vật trung gian, như sợi dây ví dụ điển hình. [ 23 ] Thuật ngữ tĩnh điện tương quan đến sự xuất hiện ( hoặc ‘ mất cân đối ‘ ) điện tích của một vật thể, thường xảy ra khi vật tư bị cọ xát với nhau, dẫn đến truyền điện tích từ vật này sang vật kia .
Điện tích cùng dấu trên lá vàng của điện nghiệm làm cho hai lá vàng đẩy nhau.
Sự có mặt của điện tích kéo theo xuất hiện lực điện từ: các điện tích tác dụng lực lên lẫn nhau, một hiệu ứng đã được biết tới từ thời cổ đại, mặc dù lúc đó người ta chưa hiểu bản chất của nó.[24] Một quả cầu nhẹ treo trên một sợi dây có thể được tích điện bằng cách dùng một thanh thủy tinh mang điện tích – sau khi chà vào áo – chạm vào quả cầu. Nếu một quả cầu khác giống với nó cũng được tích điện bằng cùng thanh thủy tinh, kết quả là hai quả cầu sẽ đẩy nhau khi đưa lại gần nhau: các điện tích đã tác dụng lực lên mỗi quả cầu. Hai quả cầu được tích điện bởi cùng một mẫu hổ phách cũng đẩy nhau. Tuy nhiên, nếu một quả được tích điện từ một thanh thủy tinh, còn quả kia được tích điện từ mẫu hổ phách, thì khi đưa lại gần chúng sẽ hút nhau. Những hiện tượng này đã được khảo cứu từ cuối thế kỷ 18 bởi Charles-Augustin de Coulomb, người đã khám phá ra các điện tích tác dụng theo hai cách khác nhau: các vật tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau và các vật tích điện trái dấu sẽ hút nhau.[24]
Độ lớn của lực điện từ, mặc dầu là lực đẩy hay lực hút, sẽ tuân theo định luật Coulomb, lực bằng tích của độ lớn điện tích chia cho bình phương khoảng cách giữa chúng. [ 25 ] [ 26 ] Lực điện từ rất mạnh, chỉ xếp sau tương tác mạnh, [ 27 ] nhưng có khoanh vùng phạm vi công dụng tới vô hạn trên kim chỉ nan. [ 28 ] Khi so sánh với lực yếu nhất là lực mê hoặc, lực điện từ đẩy hai electron với độ lớn gấp 1042 lần so với lực mê hoặc hút giữa chúng ở cùng một khoảng cách. [ 29 ]
Các electron và proton mang điện tích trái dấu, lần lượt là điện tích âm và điện tích dương. Benjamin Franklin là người đầu tiên đã quy ước ra điện tích âm và điện tích dương cho các vật mà ông thí nghiệm.[30] Lượng điện tích trên mỗi vật hay hạt được ký hiệu là Q có đơn vị đo bằng coulomb;[31] mỗi electron mang lượng điện tích như nhau và bằng −1,6022×10−19 coulomb. Proton có cùng giá trị điện tích như vậy nhưng trái dấu, và bằng +1,6022×10−19 coulomb. Điện tích là thuộc tính không chỉ ở vật chất, mà còn ở phản vật chất, mỗi phản hạt mang cùng giá trị điện tích nhưng trái dấu so với hạt tương ứng của nó.[32]
Có 1 số ít dụng cụ để đo điện tích, như khởi đầu những nhà khoa học sử dụng điện nghiệm lá vàng, mà vẫn còn sử dụng trong những trường học thời nay, và đã được sửa chữa thay thế bằng những điện kế điện tử đúng mực hơn. [ 23 ]
Các loại điện tích[sửa|sửa mã nguồn]
Có hai loại điện tích là điện tích âm và điện tích dương. Các vật nhiễm điện cùng loại thì đẩy nhau và khác loại thì hút nhau .
Dòng điện Open khi có sự chuyển dời của những điện tích, với cường độ của dòng điện được đo bằng ampere. Dòng điện hoàn toàn có thể chứa bất kể loại điện tích chuyển dời nào, mà thường gặp đó là electron, nhưng bất kể điện tích nào hoạt động cũng tạo nên dòng điện .Vì nguyên do quy ước trong lịch sử vẻ vang, chiều dương của dòng điện được định nghĩa có cùng chiều với hướng chuyển dời của những điện tích dương chứa trong nó, hoặc là hướng truyền từ phần cực dương trong mạch sang phần cực âm. Dòng điện định nghĩa theo cách này gọi là dòng điện quy ước. Trong những mạch điện tử, chiều dương của dòng điện là chiều ngược với hướng hoạt động của những electron trong mạch. [ 33 ] Tuy vậy nhờ vào vào từng điều kiện kèm theo, dòng điện hoàn toàn có thể gồm dòng những hạt điện tích chạy theo một trong hai hướng, hay thậm chí còn cả hai hướng cùng một lúc. Quy ước chiều dương, chiều âm chỉ là cho đơn giản hóa trong những trường hợp .
Hồ quang điện là một trong những biểu hiện của dòng điện năng lượng cao.
Sự dẫn điện là quy trình dòng điện truyền qua một vật tư hay thiên nhiên và môi trường, và thực chất của nó đổi khác theo loại hạt điện tích và thiên nhiên và môi trường dòng điện truyền qua. Ví dụ của sự truyền điện gồm có sự dẫn diện trong sắt kẽm kim loại, khi những electron chạy trong chất dẫn như sắt kẽm kim loại, và quy trình điện phân, khi những ion chạy trong chất lỏng, hoặc sự Open plasma như trong tia lửa điện. Trong khi những hạt tự chúng hoàn toàn có thể vận động và di chuyển rất nhanh, nhiều lúc tốc độ trôi ( drift velocity ) trung bình chỉ bằng vài phần của 1 milimét trên giây, [ 34 ] trong khi điện trường phát sinh từ những hạt điện tích Viral với tốc độ xê dịch vận tốc ánh sáng, được cho phép tín hiệu điện truyền một cách nhanh gọn qua sợi dây. [ 35 ]Dòng điện gây ra một vài hiệu ứng quan sát được, mà về mặt lịch sử vẻ vang trải qua những hiệu ứng này mà những nhà khoa học hoàn toàn có thể biết đến sự xuất hiện của nó và nghiên cứu và điều tra nó. Năm 1800, Nicholson và Carlisle khám phá ra sự phân ly của nước khi cho dòng điện xuất phát từ pin vônta chạy qua, quy trình này đã dẫn tới sự phát hiện ra quy trình điện phân. Công trình của họ đã được Michael Faraday lan rộng ra nghiên cứu và điều tra vào năm 1833. [ 36 ] Dòng điện chạy qua điện trở sẽ làm nóng cục bộ vật đó lên, một hiệu ứng được James Prescott Joule nghiên cứu và điều tra và miêu tả bằng toán học vào năm 1840. [ 36 ] Một trong những mày mò quan trọng nhất, xảy ra trong trường hợp giật mình vào năm 1820, khi Hans Christian Ørsted đang chuẩn bị sẵn sàng bài giảng, ông đã thấy sợi dây điện làm hoạt động kim la bàn đặt gần nó. [ 37 ] Ông khám phá ra ngành điện từ học với phát hiện về mối liên hệ mật thiết giữa từ học và điện học. Ngoài ra, những sóng điện từ phát ra từ hồ quang điện là đủ lớn để gây ra sự giao thoa sóng điện từ, và hoàn toàn có thể làm tác động ảnh hưởng đến sự hoạt động giải trí của những thiết bị đặt gần đó. [ 38 ]Trong kỹ thuật công nghiệp hoặc ứng dụng đời sống hàng ngày, dòng điện thường được miêu tả bằng dòng điện một chiều ( DC ) hoặc dòng điện xoay chiều ( AC ). Những thuật ngữ này tương quan đến đặc thù biến hóa của dòng điện theo thời hạn. Dòng điện một chiều, tạo ra từ pin và phân phối nguồn năng lượng cho đa phần những thiết bị điện tử, là dòng đơn hướng, với hướng truyền từ cực dương của mạch điện sang cực âm của mạch đó. [ 39 ] Nếu, và trong hầu hết những trường hợp, dòng này chứa những electron, thì những electron sẽ chuyển dời theo hướng ngược lại. Dòng điện xoay chiều là dòng có chiều dòng điện hòn đảo liên tục tuần hoàn tương tự như như sóng sin. [ 40 ] Do vậy dòng xoay chiều chuyển dời tới lui trong dây dẫn mà những hạt điện tích không hề chuyển dời được một quãng đường nào theo thời hạn. Giá trị trung bình theo thời hạn của dòng điện xoay chiều là bằng không, nhưng nó mang nguồn năng lượng truyền đi theo một hướng, và sau đó là ngược lại. Dòng xoay chiều bị ảnh hưởng tác động bởi những đặc thù điện mà không Open hay xảy ra ở dòng điện một chiều trong trạng thái dừng, như độ tự cảm và điện dung. [ 41 ] Những đặc thù này trở lên quan trọng so với mạch điện khi nó ở trạng thái phân phối nhất thời, như lần tiên phong được nạp nguồn năng lượng hay bật công tắc nguồn .
Michael Faraday là người tiên phong nêu ra khái niệm điện trường. Vật thể mang điện sẽ tạo ra trong khoảng trống xung quanh nó một điện trường, và làm tác động lực lên những vật thể mang điện khác nằm trong trường này. Điện trường tính năng giữa hai điện tích theo cách tựa như như trường mê hoặc tính năng giữa hai khối lượng : chúng được coi là có tầm công dụng xa vô hạn và tỷ suất nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai vật. [ 28 ] Tuy nhiên có một sự độc lạ quan trọng giữa hai trường này. Trường mê hoặc luôn luôn hút mọi vật về phía nhau, trong khi điện trường hoàn toàn có thể công dụng lực đẩy hoặc lực hút lên những điện tích, tùy thuộc vào điện tích đó là dương hay âm. Do những vật thể lớn như những hành tinh nói chung về tổng thể và toàn diện trung hòa về điện, do đó điện trường của nó ở khoảng cách lớn coi như bằng 0. Do đó trường mê hoặc thống trị ở thang khoảng cách lớn trong thiên hà, mặc dầu nó là tương tác yếu nhất trong những tương tác cơ bản. [ 29 ]
Các đường sức trường đi ra khỏi điện tích dương.
Điện trường nói chung biến hóa trong khoảng trống, [ 42 ] và cường độ của nó tại một điểm bất kể được định nghĩa là lực ( trên đơn vị chức năng điện tích ) công dụng lên một vật đứng yên có điện tích không đáng kể đặt tại điểm đó. [ 43 ] Khái niệm điện tích điểm, theo đó vật mang điện tích đủ nhỏ để điện trường tạo ra bởi điện tích điểm không gây tác động ảnh hưởng đến điện trường khảo sát và nó phải đứng yên để tránh khỏi hiệu ứng sinh ra từ trường. Khi điện trường được định nghĩa theo giải pháp lực, mà lực là một đại lượng vectơ, do vậy điện trường là một trường vectơ có độ lớn và hướng. [ 43 ]Nhánh nghiên cứu và điều tra điện trường tạo ra từ điện tích đứng yên gọi là tĩnh điện học. Trường tĩnh điện hoàn toàn có thể được minh họa bằng tập hợp những đường cong liên tục tưởng tượng mà hướng tại một điểm bất kể trên đường cong chính là hướng của điện trường tại điểm đó. Khái niệm này bắt nguồn từ Faraday, [ 44 ] mà thuật ngữ ” những đường sức ” nhiều lúc vẫn còn được sử dụng. Các đường sức trường là quỹ đạo của một hạt điện tích điểm mà nó buộc phải hoạt động theo trong điện trường ; tuy nhiên những đường sức không sống sót trong thực tiễn mà chỉ là khái niệm để cho dễ tưởng tượng, và trường thấm vào mọi khoảng chừng khoảng trống giữa những đường sức này. [ 44 ] Các đường sức có 1 số ít đặc thù quan trọng : chúng mở màn từ điện tích dương và kết thúc tại điện tích âm ; thứ hai chúng phải đi vào bất kể một vật dẫn nào dưới một góc vuông, và thứ ba chúng không khi nào cắt nhau hoặc tạo thành một vòng kín. [ 45 ]Mọi điện tích sẽ sống sót ở mặt phía ngoài của một vật rỗng. Do đó điện trường sẽ bằng không tại mọi điểm bên trong vật dẫn. [ 46 ] Đây chính là nguyên tắc hoạt động giải trí của lồng Faraday, một vỏ sắt kẽm kim loại dẫn điện được cho phép cô lập mọi thứ bên trong nó tránh khỏi ảnh hưởng tác động của điện trường bên ngoài .Các nguyên tắc của tĩnh điện học là cơ sở quan trọng trong phong cách thiết kế những thiết bị điện áp cao. Có một ngưỡng số lượng giới hạn so với cường độ điện trường mà một môi trường tự nhiên hoàn toàn có thể chịu được. Vượt khỏi ngưỡng này, hiện tượng kỳ lạ đánh thủng điện Open và hồ quang điện gây ra những tia lửa giữa những phần tích điện. Ví dụ so với không khí, hồ quang điện giữa những khoảng chừng nhỏ với cường độ điện trường vượt hơn 30 kV trên centimét. Trên những khoảng cách lớn hơn, cường độ trở lên nhỏ hơn, xuống còn 1 kV trên centimét. [ 47 ] Hiện tượng này hay gặp trong tự nhiên nhất chính là tia sét, khi những hạt điện tích bị tách ra trong những đám mây do sự dâng cao của cột khí, làm tăng điện trường trong không khí lớn hớn ngưỡng số lượng giới hạn mà nó hoàn toàn có thể chịu được. Điện áp của những đám mây có tia sét hoàn toàn có thể cao tới 100 MV và nguồn năng lượng giải phóng tới 250 kWh. [ 48 ]Cường độ điện trường bị tác động ảnh hưởng lớn bởi những vật dẫn điện gần nó, và nó đặc biệt quan trọng mạnh khi nó bị buộc phải lượn theo những vật sắc nhọn. Nguyên lý này được ứng dụng trong những cột thu sét, cột nhọn nhằm mục đích lôi cuốn sét đánh về phía nó hơn là đánh xuống những khu công trình kiến thiết xây dựng mà nó bảo vệ. [ 49 ]
Cặp pin AA. Dấu + và – lần lượt là cực dương và cực âm của pin.
Khái niệm điện thế liên hệ mật thiết với điện trường. Một điện tích điểm đật trong điện trường sẽ chịu một lực tác dụng, và cần công để di chuyển hạt từ vị trí này đến vị trí khác trong điện trường. Điện thế tại một điểm bất kỳ được định nghĩa bằng năng lượng cần thiết để đưa một hạt mang điện tích đơn vị từ xa vô tận đi chậm dần đến điểm đó. Đơn vị đo của điện thế thường bằng vôn, và 1 vôn tại một điểm là điện thế mà công bằng 1 joule cần thiết để đưa điện tích điểm có giá trị 1 coulomb từ xa vô tận đến điểm đó.[50] Định nghĩa chính thức này về điện thế trong thực tế lại có ít ứng dụng, và các nhà vật lý sử dụng khái niệm hữu ích hơn là hiệu điện thế, là năng lượng cần thiết để di chuyển một điện tích đơn vị giữa hai điểm xác định trong điện trường. Điện trường có một tính chất đặc biệt đó là tính bảo toàn, có nghĩa là năng lượng để di chuyển hạt giữa hai điểm trong điện trường là đại lượng không đổi bất kể quỹ đạo của hạt giữa hai điểm đó là như thế nào chăng nữa.[50] Đơn vị vôn cũng được sử dụng cho khái niệm hiệu điện thế thường sử dụng trong thực tế.
Vì mục tiêu ứng dụng, sẽ có ích khi định nghĩa một điểm tham chiếu chung cho thống kê giám sát và so sánh điện thế. Trong khi điểm này hoàn toàn có thể là ở xa vô hạn, một điểm tham chiếu ích lợi hơn đó là mặt phẳng Trái Đất, mà được giả sử là có điện thế bằng nhau tại khắp mọi nơi. Điểm tham chiếu này do vậy mà có tên gọi tiếp địa. Các nhà vật lý giả sử bề mặt Trái Đất chứa vô hạn những điện tích âm và điện tích dương, và do đó nó không thể tích điện và xả điện thêm. [ 51 ]Điện thế là một đại lượng vô hướng, có nghĩa là nó chỉ có độ lớn và không có hướng. Điều này tựa như như định nghĩa độ cao : giống như thả một vật rơi giữa hai độ cao trong trường mê hoặc, do vậy một điện tích sẽ ‘ rơi ‘ qua điện thế trong điện trường. [ 52 ] Giống như bình đồ với những đường đồng mức nối những điểm có cùng độ cao, tập hợp những đường nối những điểm có cùng điện thế ( gọi là đường đẳng điện thế ) hoàn toàn có thể vẽ ra xung quanh một vật tĩnh điện. Các đường đẳng điện thế cắt vuông góc những đường sức điện trường. Chúng cũng phải song song với mặt phẳng của vật dẫn điện, nếu không điều này sẽ sinh ra một lực làm chuyển dời những điện tích tới những vị trí không đều về điện thế .Điện trường được định nghĩa một cách hình thức bằng lực tính năng lên một đơn vị chức năng điện tích điểm, nhưng khái niệm điện thế đem lại cách định nghĩa điện trường tương tự và có ích hơn đó là : điện trường là gradien cục bộ của điện thế. Với đơn vị chức năng điện trường là vôn trên mét, hướng vectơ điện trường là hướng theo đường có độ dốc lớn nhất của điện thế, và nơi những đường đẳng thế nằm gần nhau nhất. [ 53 ]
Nam châm điện[sửa|sửa mã nguồn]
Từ trường bao quanh dây dẫn điện.
Khám phá của Ørsted năm 1821 về từ trường sống sót xung quanh mọi phía của một dây dẫn mang dòng điện cho thấy có một mối liên hệ trực tiếp giữa điện và từ. Hơn nữa, sự tương tác có vẻ như khác so với lực mê hoặc và lực tĩnh điện, hai lực được biết đến thời đó. Lực công dụng lên kim la bàn không hướng vào hay ra xa dây dẫn điện, mà thay vào đó là công dụng vuông góc với kim la bàn. [ 37 ] Ørsted đã hiểu sai khi cho rằng điện công dụng theo chiều xoay tròn. Lực cũng nhờ vào vào hướng của dòng điện, nếu dòng điện hòn đảo chiều, thì lực công dụng cũng hòn đảo ngược chiều. [ 54 ]
Ørsted không hiểu đầy đủ khám phá của ông, nhưng ông đã quan sát thấy hiệu ứng một cách tương hỗ: dòng điện tác dụng lực lên nam châm, và từ trường cũng tác dụng lực lên dòng điện. Hiệu ứng được khảo sát kỹ hơn bởi Ampère, người khám phá ra rằng hai dây dẫn đặt song song và gần nhau cũng tác dụng lực lên lẫn nhau: nếu hai dây mang dòng điện cùng chiều nhau thì sẽ hút nhau, trong khi dòng điện chạy trong hai dây ngược chiều nhau thì hai dây sẽ đẩy nhau.[55] Tương tác được truyền bởi từ trường do mỗi dòng điện tạo ra và là cơ sở cho định nghĩa đơn vị đo Ampe.[55]
Động cơ điện hoạt động dựa trên nguyên lý quan trọng của điện từ học: dòng điện chạy qua một từ trường sẽ chịu một lực tác dụng vuông góc với từ trường và dòng điện.
Mối liên hệ giữa từ trường và dòng điện là cực kỳ quan trọng, nó dẫn Michael Faraday tới phát minh ra động cơ điện vào năm 1821. Động cơ một cực của Faraday gồm một nam châm hút vĩnh cửu đặt trong bình chứa thủy ngân. Một dòng điện chạy qua sợi dây có treo một thanh đứng nhúng vào thủy ngân. Nam châm đặt trong bình thủy ngân công dụng một lực tiếp tuyến lên thanh đứng và sợi dây, làm cho nó quay tròn quanh nam châm hút cho tới khi còn duy trì dòng điện chạy qua sợi dây đó. [ 56 ]Năm 1831 Faraday triển khai thí nghiệm khi cho sợi dây vận động và di chuyển theo hướng vuông góc với từ trường thì hai điểm đầu và cuối của sợi dây sẽ Open một hiệu điện thế. Phân tích sâu hơn thí nghiệm này, mà ngày này biết đến là hiện tượng kỳ lạ cảm ứng điện, được cho phép ông phát biểu thành định luật cảm ứng điện từ Faraday, rằng hiệu điện thế cảm ứng trong một mạch kín tỷ suất với vận tốc đổi khác của từ thông đi qua mạch kín đó. Khám phá này được cho phép ông là người tiên phong phát minh ra máy phát điện vào năm 1831, theo đó nó biến hóa cơ năng từ một đĩa đồng quay thành điện năng. [ 56 ] Mặc dù đĩa Faraday có hiệu suất thấp và không được ứng dụng thực tiễn, nhưng nó chỉ ra năng lực phát điện bằng sử dụng nam châm từ, một năng lực được hiện thực hóa nhờ khu công trình của những nhà vật lý và kỹ thuật sau này .
Mạch điện là tập hợp những linh phụ kiện điện tử liên kết với nhau được cho phép điện tích chạy quanh một vòng kín ( mạch ), để triển khai nhiều tính năng hữu dụng khác nhau .Có nhiều dạng linh phụ kiện điện tử trong mạch điện, như điện trở, tụ điện, công tắc nguồn, máy biến áp và những linh phụ kiện khác. Mạch điện tử chứa những linh phụ kiện dữ thế chủ động, thường là linh phụ kiện bán dẫn, đặc biệt quan trọng đặc thù hoạt động giải trí của chúng biểu lộ tính phi tuyến, yên cầu những chiêu thức nghiên cứu và phân tích mạch phức tạp. Các linh phụ kiện điện đơn thuần nhất được gọi là linh phụ kiện điện tử thụ động và tuyến tính : chúng hoàn toàn có thể trong thời điểm tạm thời tích trữ nguồn năng lượng nhưng không phải là nguồn điện, và bộc lộ hoạt động giải trí và đặc thù tuyến tính khi bị kích thích. [ 57 ]Điện trở là linh phụ kiện điện tử thụ động đơn thuần nhất : như tên gọi của nó, nó cản trở dòng điện chạy qua, biến nguồn năng lượng điện thành nhiệt năng. Điện trở suất là hệ quả của điện tích hoạt động bên trong vật dẫn : ví dụ trong sắt kẽm kim loại, điện trở là do sự va chạm giữa những electron và những ion. Định luật Ohm là định luật cơ bản trong kim chỉ nan mạch điện, phát biểu rằng dòng điện chạy qua một điện trở tỷ suất thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở. Điện trở suất của hầu hết những vật tư ít đổi khác trong một khoanh vùng phạm vi nhiệt độ và cường độ dòng điện ; và những vật tư tuân theo những đặc thù này được gọi là ‘ ohmic ‘. Đơn vị của điện trở là ohm, đặt tên để vinh danh nhà vật lý Georg Ohm, và ký hiệu bằng vần âm Hy Lạp Ω. 1 Ω là điện trở khi áp một hiệu điện thế bằng 1 vôn giữa hai đầu điện trở bằng dòng điện 1 ampe chạy qua. [ 57 ]
Tụ điện là linh kiện có nguồn gốc từ bình Leyden và nó có thể lưu được điện tích, do vậy tích trữ được năng lượng điện và tạo ra điện trường. Nó gồm hai bản cực với một lớp điện môi cách điện ở giữa; trong ứng dụng thực tế, các lá kim loại mỏng cuộn lại với nhau, làm tăng diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích và do đó làm tăng điện dung. Đơn vị của điện dung là farad, đặt tên theo Michael Faraday, và có ký hiệu là F: ở đây 1 farad là điện dung giữa hai bản cực kim loại tích điện 1 coulomb khi áp hiệu điện thế 1 vôn vào giữa hai bản. Tụ điện nối với nguồn hiệu điện thế ban đầu sẽ làm cho hai bản cực tích điện trái dấu; tuy vậy giá trị điện tích này theo thời gian sẽ giảm dần về 0. Vì thế tụ điện không duy trì một dòng điện 1 chiều ổn định, mày thay vào đó là ngăn chặn nó.[57]
Cuộn cảm là một vật dẫn điện, thường bằng dây dẫn điện với vài vòng quấn. Nó tàng trữ nguồn năng lượng trong từ trường khi có một dòng điện chạy qua. Khi dòng điện biến hóa, từ trường do nó sinh ra cũng đổi khác theo, sinh ra hiệu điện thế cảm ứng giữa hai đầu cuộn cảm. Hiệu điện thế này tỷ suất với sự đổi khác theo thời hạn của dòng điện. Hằng số tỷ suất này gọi là độ tự cảm. Đơn vị của độ tự cảm là henry, đặt tên theo Joseph Henry nhà vật lý cùng thời với Faraday. 1 henry là độ tự cảm sẽ cảm ứng ra một hiệu điện thế 1 vôn nếu dòng điện chạy qua cuộn cảm với vận tốc biến hóa bằng 1 ampe trên giây. [ 57 ] Sự hoạt động giải trí của cuộn cảm hoàn toàn có thể coi là ngược với sự hoạt động giải trí của tụ điện : nó sẽ cho dòng điện 1 chiều tự do chạy qua, nhưng sẽ chống lại sự đổi khác nhanh gọn của dòng điện ( dòng xoay chiều ví dụ điển hình ) .
Công suất điện[sửa|sửa mã nguồn]
Công suất điện là vận tốc mà nguồn năng lượng điện được truyền tải bởi một mạch điện. Đơn vị SI của hiệu suất là watt, bằng 1 joule trên giây .
Công suất điện, giống như công suất cơ học, hay tốc độ sinh công với đơn vị đo là watt, được ký hiệu bằng chữ P. Công suất điện trong đơn vị watt tạo ra bởi 1 dòng điện I chứa điện tích Q trong thời gian t duy trì bởi hiệu điện thế V là
- P = Q V t = I V { \ displaystyle P = { \ frac { QV } { t } } = IV \, }
với
- Q là điện tích đo bằng coulomb
- t là thời gian đo bằng giây
- I là cường độ dòng điện đo bằng ampe
- V là hiệu điện thế đo bằng vôn
Công nghiệp sản xuất điện năng sử dụng những máy phát điện nhằm mục đích biến hóa những dạng nguồn năng lượng khác thành nguồn năng lượng điện, nhưng những máy phát điện hoàn toàn có thể là những nguồn hóa học như pin hoặc những nguồn nguồn năng lượng dạng khác. Điện năng thường được bán theo số kilowatt giờ ( 3,6 MJ ) chính bằng tích của hiệu suất đo theo kilowatt nhân với thời hạn tiêu thụ tính bằng giờ. Các hãng phân phối và bán điện thường dùng công tơ điện nhằm mục đích đo lượng nguồn năng lượng điện mà người mua của họ sử dụng .
Điện tử học[sửa|sửa mã nguồn]
Các linh kiện điện tử được dán lên bo mạch.
Điện tử học nghiên cứu và điều tra và ứng dụng mạch điện chứa những linh phụ kiện điện dữ thế chủ động như đèn điện tử chân không, transistor, điốt bán dẫn và vi mạch, cũng như công nghệ tiên tiến phối hợp với những linh phụ kiện bị động. Đặc tính phi tuyến của những linh phụ kiện dữ thế chủ động và năng lực trấn áp dòng electron của chúng được cho phép những linh phụ kiện này khuếch đại được tín hiệu yếu và điện tử học được ứng dụng thoáng rộng trong công nghệ tiên tiến giải quyết và xử lý thông tin, viễn thông, và giải quyết và xử lý tín hiệu. Khả năng những thiết bị điện tử hoạt động giải trí như những công tắc nguồn switch dẫn đến sự sinh ra của ngành công nghệ tiên tiến giải quyết và xử lý thông tin số. Công nghệ link những linh phụ kiện như những mạch in, công nghệ tiên tiến đóng gói …, và những hạ tầng viễn thông khác hoàn hảo tính năng của mạch và tích hợp những linh phụ kiện với nhau thành một mạng lưới hệ thống thao tác theo công dụng của nó .Điện tử học khác với khoa học điện công nghiệp và công nghệ tiên tiến cơ điện ; mà nghiên cứu và điều tra cách sản xuất điện, truyền tải và phân phối, đổi khác dòng điện, tàng trữ, và chuyển nguồn năng lượng điện thành những dạng nguồn năng lượng khác sử dụng dây dẫn, động cơ điện, máy phát, pin, công tắc nguồn / ngắt mạch, rơ le, máy biến áp, điện trở, và những linh phụ kiện bị động khác. Sự phân biệt này mở màn hình thành vào năm 1906 khi Lee De Forest phát minh ra triode, với năng lực khuếch đại tín hiệu vô tuyến yếu và tính hiệu âm thanh yếu mà không cần thiết bị cơ học nào tương hỗ. Cho đến tận 1950 nghành này được gọi là ” công nghệ tiên tiến vô tuyến ” chính bới những ứng dụng chính của nó là trong phong cách thiết kế và triết lý những máy truyền vô tuyến, máy thu vô tuyến, và đèn điện tử chân không .Ngày nay, hầu hết những thiết bị điện tử sử dụng những linh phụ kiện bán dẫn để điều khiển và tinh chỉnh những electron. Khoa học điều tra và nghiên cứu những thiết bị bán dẫn và công nghệ tiên tiến tương quan được xem là một nhánh của vật lý trạng thái rắn, trong khi nghành nghề dịch vụ phong cách thiết kế và sản xuất những mạch điện tử nhằm mục đích xử lý những yếu tố thực tiễn được nghiên cứu và điều tra trong kĩ thuật điện tử .
Các điều tra và nghiên cứu của Faraday và Ampère chứng tỏ rằng từ trường biến hóa theo thời hạn hoạt động giải trí như là nguồn của điện trường, và điện trường đổi khác theo thời hạn trở thành nguồn của từ trường. Do vậy khi một trong hai trường này đổi khác thì trường kia sẽ Open một cách cảm ứng. [ 58 ] Hiện tượng này hình thành lên dạng sóng gọi là sóng điện từ. Sóng điện từ được James Clerk Maxwell nghiên cứu và phân tích về mặt triết lý vào năm 1864. Maxwell tăng trưởng một hệ phương trình được cho phép miêu tả mối quan hệ qua lại giữa điện trường, từ trường, điện tích và dòng điện. Ông thậm chí còn còn chứng tỏ được sóng điện từ Viral với vận tốc ánh sáng, và do đó ánh sáng cũng là một dạng sóng điện từ. Lý thuyết Maxwell, trong đó thống nhất ánh sáng, những trường, và điện tích là một trong những thành tựu lớn của vật lý triết lý. [ 58 ]Cũng với những nghiên cứu và điều tra của nhiều nhà khoa học khác dẫn đến việc sử dụng những thiết bị điện tử nhằm mục đích đổi khác tín hiệu thành dòng điện giao động với tần số cao, và trải qua những ăng ten thu và phát, điện được cho phép truyền và nhận những tín hiệu vô tuyến trên khoảng cách toàn thế giới và liên hành tinh .
Sản xuất và ứng dụng[sửa|sửa mã nguồn]
Sản xuất và truyền tải[sửa|sửa mã nguồn]
Bên trong một tổ máy thủy điện, Budapest, Hungary, đầu thế kỉ 20
Thí nghiệm của Thales với thanh hổ phách là điều tra và nghiên cứu tiên phong tương quan đến việc sản xuất ra điện. Trong khi với giải pháp này, còn gọi là hiệu ứng điện ma sát, thanh hổ phách hoàn toàn có thể hút được vật nhẹ và tạo ra tia điện, nó lại là chiêu thức rất ít hiệu suất cao. [ 59 ] Các nguồn điện đáng kể chỉ Open cho đến tận khi phát minh ra pin Volta vào thế kỷ 18. Pin Volta, và những thế hệ văn minh của nó, như pin điện, hoàn toàn có thể tích trữ được nguồn năng lượng hóa học và cung ứng được những nhu yếu tiêu thụ điện năng của những thiết bị. [ 59 ] Pin là một nguồn điện thông dụng và quan trọng tương thích cho nhiều ứng dụng, nhưng năng lực tàng trữ nguồn năng lượng của nó lại hạn chế do vậy đến khi hết sạch nó phải được sạc lại hay bị sửa chữa thay thế. Đối với những nhu yếu sử dụng điện năng lớn hơn thì nguồn điện phải được sản xuất từ những nhà máy sản xuất điện và truyền tải liên tục bằng những đường dây cao thế trải dài hàng nghìn km .Điện năng thường được sản xuất từ những máy phát cơ – điện quay bởi những tuabin hơi được đun nóng từ việc đốt nguyên vật liệu hóa thạch, hoặc từ nhiệt giải phóng ra từ những lò phản ứng hạt nhân ; hoặc từ những nguồn khác như thu cơ năng từ gió hoặc dòng chảy của nước. Tuabin hơi văn minh tiên phong được Sir Charles Parsons phát minh ra vào năm 1884. Ngày nay khoảng chừng 80 % lượng điện năng sản xuất ra trên toàn quốc tế sử dụng từ những nguồn nhiệt. Các máy phát điện thời nay không giống như máy phát của Faraday sản xuất năm 1831, nhưng cơ sở hoạt động giải trí của chúng vẫn dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ đó là khi có một từ trường biến hóa cắt qua giữa hai đầu của một vẫn dẫn thì giữa hai điểm đó sẽ Open một hiệu điện thế cảm ứng. [ 60 ] Máy biến áp phát minh ra vào cuối thế kỷ 19 được cho phép nguồn năng lượng điện được truyền tải đi xa một cách hiệu suất cao hơn ở mức dòng điện cao thế nhưng với cường độ dòng điện nhỏ. Hiệu suất truyền tải điện năng cao cũng có nghĩa là được cho phép điện năng được sản xuất một cách tập trung chuyên sâu tại những xí nghiệp sản xuất phát điện, mang lại hiệu suất cao kinh tế tài chính, cũng như hoàn toàn có thể truyền tại điện đi xa nếu thiết yếu. [ 61 ] [ 62 ]
Năng lượng gió đã tăng đáng kể ở nhiều quốc gia.
Vì nguồn năng lượng điện không hề thuận tiện tích trữ với lượng lớn để cung ứng được nhu yếu tiêu thụ cấp vương quốc, do vậy điện năng phải được sản xuất đủ lớn để cung ứng nhu yếu tiêu thụ của một vương quốc tại mọi thời gian. [ 61 ] Điều này yên cầu những công ty sản xuất điện phải đo lường và thống kê một cách cẩn trọng mức sản xuất điện năng của họ, đồng thời duy trì và phối hợp sự hoạt động giải trí của những nhà máy sản xuất sản xuất điện một cách đúng mực. Phải luôn luôn sản xuất một lượng điện năng để duy trì trong lưới điện vương quốc để tránh tổn thất và những trường hợp giật mình không tránh khỏi .Nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng một cách nhanh gọn tại những vương quốc tân tiến có nền kinh tế tài chính tăng trưởng. Tại Hoa Kỳ, nhu yếu này tăng 12 % trong mỗi năm của ba thập kỷ đầu trong thế kỷ 20, [ 63 ] vận tốc tăng trưởng này cũng bằng với mức mà ngày này những nền kinh tế tài chính mới nổi cần phải cung ứng như Ấn Độ hay Trung Quốc. [ 64 ] [ 65 ] Về mặt lịch sử dân tộc, vận tốc tăng trưởng trong nhu yếu tiêu thụ điện năng đã vượt qua mọi nhu yếu tiêu thụ những dạng nguồn năng lượng khác. [ 66 ]Vấn đề thiên nhiên và môi trường tương quan đến sản xuất điện năng đã dẫn đến sự tập trung chuyên sâu điều tra và nghiên cứu và tăng trưởng việc sản xuất điện từ những nguồn nguồn năng lượng tái sinh, đặc biệt quan trọng là nguồn năng lượng gió và nguồn năng lượng Mặt Trời. Trong khi nhiều vương quốc và tổ chức triển khai vẫn còn tranh luận về những ảnh hưởng tác động môi trường tự nhiên từ việc sản xuất điện năng từ những nguồn nguồn năng lượng hóa thạch cũng như nguồn năng lượng tái sinh, nhưng rõ ràng việc sử dụng nguồn năng lượng tái sinh là khá sạch. [ 67 ]
Bóng đèn sợi đốt, một trong những ứng dụng sớm của điện, hoạt động theo hiệu ứng giải phóng nhiệt Joule: khi có một dòng điện truyền qua điện trở hoặc vật dẫn thì vật đó sẽ bị nung nóng.
Điện là một dạng nguồn năng lượng rất thuận tiện cho truyền tải đi xa, và đã được vận dụng trong nhiều nghành nghề dịch vụ khác nhau. [ 68 ] Việc phát minh ra bóng đèn sợi đốt trong thập niên 1870 dẫn tới kỹ thuật chiếu sáng trở thành một trong những ứng dụng tiên phong của nguồn năng lượng điện. Mặc dù dòng điện cũng mang lại những nguy hại, nhưng những thiết bị điện thay thế sửa chữa cho những lò sưởi hay thiết bị thắp sáng bằng khí gas cũng đã giảm thiểu rất nhiều những nguy khốn của những thiết bị cũ trong nhà ở và xí nghiệp sản xuất. [ 69 ] Các công ty cung ứng điện đã được xây dựng ở những thành phố lớn dẫn đến sự tạo ra thị trường cung ứng điện chiếu sáng trong đầu thế kỷ 20 .Hiệu ứng giải phóng nhiệt Joule ứng dụng trong bóng đèn sợi đốt cũng được ứng dụng trực tiếp trong việc sưởi bằng điện. Trong khi việc giải phóng nhiệt là không hề tránh khỏi và hoàn toàn có thể trấn áp, dưới góc nhìn khác hoàn toàn có thể coi hiệu ứng này lại gây ra sự tiêu tốn lãng phí điện năng, do đa phần những xí nghiệp sản xuất phát điện đều yên cầu nhiệt năng để sản xuất ra điện. [ 70 ] Tại một số ít nước, như Đan Mạch, đã có những luật đạo nhằm mục đích số lượng giới hạn hoặc ngăn cấm việc sử dụng điện để sưởi ấm trong những tòa nhà xây mới. [ 71 ] Điện cũng là một nguồn nguồn năng lượng được sử dụng nhiều cho những thiết bị làm lạnh, [ 72 ] điều hòa không khí biểu lộ sự tăng nhu yếu tiêu thụ điện trong những thiết bị này, ảnh hưởng tác động đến những công ty cung ứng điện năng buộc phải tăng sự điều tiết trong phân phối. [ 73 ]Một trong những ứng dụng sớm nhất của điện đó là viễn thông, như điện tín, khi ngành này đi vào hoạt động giải trí thương mại vào năm 1837 bởi Cooke và Wheatstone. Với việc kiến thiết xây dựng mạng lưới hệ thống điện tín xuyên lục địa tiên phong, và sau đó là mạng lưới hệ thống điện tín xuyên đại dương trong thập niên 1860, điện đã được cho phép con người liên lạc được với nhau chỉ trong vòng vài phút trên khoanh vùng phạm vi toàn thế giới. Công nghệ sợi quang học và vệ tinh viễn thông đã dẫn thay thế sửa chữa mạng lưới hệ thống điện tín cũ, nhưng điện vẫn giữ vai trò quan trọng trong nghành thông tin ngày này .Các hiệu ứng điện từ học hoàn toàn có thể thuận tiện nhận thấy được ứng dụng trong động cơ điện, với hiệu suất hoạt động giải trí và thân thiện với môi trường tự nhiên hơn những động cơ truyền thống cuội nguồn. Một cái tời hoàn toàn có thể thuận tiện sử dụng để nâng kéo vật nặng, nhưng một động cơ điện có khoanh vùng phạm vi ứng dụng thoáng rộng hơn, như những xe điện, và những thiết bị này buộc phải mang theo một nguồn điện phân phối đủ lâu như pin, hoặc chúng phải thu dòng điện từ những dây cáp như mạng lưới hệ thống xe điện. Một trong những sáng tạo quan trọng nhất của thế kỷ 20 đó là transistor, nó được ứng dụng nhiều trong những thiết bị điện tử, [ 74 ] và cũng là một thành phần cơ bản trong những mạch điện tử văn minh. Ngày nay, một mạch tích hợp chứa tới vài tỷ transitor trong khoanh vùng phạm vi vài xentimét vuông. [ 75 ]Nhiều phương tiện đi lại giao thông vận tải công cộng cũng sử dụng điện, gồm có xe điện và tàu điện ngầm. [ 76 ]
Điện trong tự nhiên[sửa|sửa mã nguồn]
Hiệu ứng sinh lý học[sửa|sửa mã nguồn]
Khi áp một hiệu điện thế vào khung hình người sẽ có một dòng điện chạy qua những mô tế bào, và tuy mối quan hệ không phải là tuyến tính, với hiệu điện thế lớn hơn thì dòng điện chạy qua cũng lớn hơn. [ 77 ] Có một ngưỡng số lượng giới hạn cho con người hoàn toàn có thể cảm nhận dòng điện chạy qua khung hình, mà ngưỡng này nhờ vào vào tần số và đường đi của dòng điện. Ngưỡng này nằm trong khoảng chừng 0,1 mA đến 1 mA so với điện gia dụng, mặc dầu những dòng cỡ microamp vẫn hoàn toàn có thể phát hiện ra trải qua hiệu ứng điện rung ( electrovibration ) dưới những điều kiện kèm theo đơn cử. [ 78 ] Khi dòng điện đủ lớn nó sẽ gây ra sự co cơ, co cơ sợi ( fibrillation ) của tim, và bỏng da. [ 77 ] Do không có bất kể một tín hiệu rõ ràng nào cho thấy một vật dẫn ( dây điện ) đang có điện ( ngoại trừ những đèn báo … ) khiến cho việc điện hở là một mối nguy khốn. Sự đau đớn gây ra bởi điện giật là rất lớn, do đó mà có những nơi sử dụng điện trong những phương pháp tra tấn và hoàn toàn có thể dẫn tới cái chết. Điện cũng được sử dụng trong việc hành quyết những tử tù, mặc dầu ngày này chính quyền sở tại nhiều nước đã bỏ phương pháp này. [ 79 ]Ở một số ít người có năng lực đặc biệt quan trọng như phát ra điện, không cảm thấy gì khi có dòng điện chạy qua … [ 80 ] gây tác động ảnh hưởng đến hoạt động và sinh hoạt thông thường của họ cũng như sự tò mò của xã hội .
Hiệu ứng điện trong tự nhiên[sửa|sửa mã nguồn]
Cá chình điện, Electrophorus electricus
Điện không phải là phát minh của loài người, trong tự nhiên cũng Open điện và nổi bật là hiện tượng kỳ lạ sét. Nhiều tương tác quen biết ở tầm vĩ mô, như chạm, ma sát hay link hóa học là tương tác giữa những điện trường trên quy mô nguyên tử. Từ trường Trái Đất có nguồn gốc từ chính sách thủy từ ( dynamo theory ) bởi dòng điện chạy qua lõi hành tinh. [ 81 ] Có những tinh thể như thạch anh, hay thậm chí còn đường, khi công dụng một ngoại lực lên chúng thì sẽ Open một hiệu điện thế giữa hai mặt phẳng. [ 82 ] Hiện tượng áp điện này do hai nhà khoa học Pierre và Jacques Curie phát hiện ra vào năm 1880. Hiệu ứng này có tính tương hỗ, tức là khi vật tư áp điện chịu tính năng của một điện trường ngoài thì hình dạng của nó sẽ chịu sự đổi khác nhỏ. [ 82 ]Ở một số ít loài, như cá mập, có năng lực phát hiện và phân phối lại sự đổi khác điện trường, hiện tượng kỳ lạ tiếp điện ( electroreception ), [ 83 ] trong khi những loại khác hoàn toàn có thể tự phát ra điện ( electrogenic ) dùng để săn mồi hoặc phòng vệ. [ 3 ] Bộ Cá chình điện, mà hay gặp là cá chình điện, phát hiện hoặc phóng điện vào con mồi trải qua những tế bào cơ sửa đổi gọi là electrocytes. [ 3 ] [ 4 ] Hệ thống thần kinh của mọi động vật hoang dã truyền thông tin giữa những màng tế bào bằng xung điện gọi là thế ảnh hưởng tác động ( action potential ), với công dụng trong hệ thần kinh là tiếp xúc giữa những nơron và cơ. [ 84 ] Khi có điện giật sẽ làm kích thích mạng lưới hệ thống này làm cho cơ co lại. [ 85 ] Thế ảnh hưởng tác động cũng Open ở 1 số ít loài thực vật trong hoạt động giải trí điều phối giữa những thực vật với nhau. [ 84 ]
Trong văn hóa truyền thống[sửa|sửa mã nguồn]
Trong thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, điện chưa là phần thiết yếu và có mặt trong đời sống thường ngày của đa số mọi người, ngay cả ở những nước công nghiệp phương Tây. Trong văn hóa đại chúng thời đó thường minh họa nó như là một hiện tượng bí ẩn, có thể cướp đi mạng sống, khôi phục lại sự sống hoặc làm biến đổi các định luật trong tự nhiên.[86] Quan điểm này bắt đầu từ thí nghiệm năm 1771 của Luigi Galvani với chân của những con ếch đã chết có thể động đậy được khi có dòng điện chạy qua nó. “Sự tái sinh” hoặc phụ hồi cái chết của một người được công bố trong các tài liệu y học ngay sau thí nghiệm của Galvani. Những kiểu báo cáo này đã được Mary Shelley đưa vào tiểu thuyết Frankenstein (1819), mặc dù bà không đặt tên cho các phương pháp tái sinh các quái vật trong tiểu thuyết này. Các quái vật tái sinh đã xuất hiện trong nhiều phim kinh dị và khoa học viễn tưởng sau này.
Khi xã hội bắt đầu quen với việc điện trở thành phần cốt lõi trong Cuộc cách mạng công nghiệp lần hai, những tính chất kỳ lạ của nó dần được lý giải và trở lên quen thuộc.[87][87] Các thiết bị và xe chạy điện nhanh chóng được miêu tả trong các tiểu thuyết như của Jules Verne và trong sách của Tom Swift.[87] Các nhà khoa học và kỹ thuật nghiên cứu về điện thời đó như Thomas Edison, Charles Steinmetz hay Nikola Tesla được công chúng coi như là những pháp sư về năng lượng.[87]
Khi điện đã trở thành quá quen thuộc so với con người trong nửa cuối thế kỷ 20, công chúng chỉ thật sự quan tâm đến nó khi xảy ra những sự cố mất điện trên diện rộng, [ 87 ] một sự kiện thường gây ra những thiệt hại lớn về kinh tế tài chính. [ 87 ] [ 88 ]
Các đại lượng vật lý[sửa|sửa mã nguồn]
Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]
Phương tiện liên quan tới Electricity tại Wikimedia Commons
Tia sét là một trong những hiện tượng ấn tượng của điện.
