Elektros energija yra visur aplink mus – ji maitina tokias technologijas kaip mobilieji telefonai, kompiuteriai, šviesos, lituokliai ir oro kondicionieriai. Šiuolaikiniame pasaulyje sunku jos išvengti. Net ir tada, kai bandote išvengti elektros, ji vis tiek veikia visoje gamtoje – nuo žaibo per audrą iki sinapsių mūsų kūne. Tačiau kas tiksliai yra elektra? Tai labai sudėtingas klausimas, o kai giliniesi ir užduodi daugiau klausimų, galutinio atsakymo tikrai nėra, tik abstraktūs vaizdiniai, kaip elektra sąveikauja su mus supančia aplinka.
Elektra yra natūralus reiškinys, pasitaikantis visoje gamtoje ir įgaunantis įvairias formas. Šioje pamokoje daugiausia dėmesio skirsime dabartinei elektrai – tai, kas maitina mūsų elektroninius prietaisus. Mūsų tikslas – suprasti, kaip elektra teka iš maitinimo šaltinio laidais, apšviečia šviesos diodus, suka variklius ir maitina mūsų ryšio prietaisus. Jei reikia pagalbos su elektra – elektrikai visada tau padės.
Elektra
Elektra trumpai apibrėžiama kaip elektros krūvio srautas, tačiau už šio paprasto teiginio slypi labai daug dalykų. Iš kur atsiranda krūviai? Kaip juos pernešame? Kur jie juda? Kaip elektros krūvis sukelia mechaninį judėjimą arba priverčia daiktus šviesti? Tiek daug klausimų! Norėdami paaiškinti, kas yra elektra, turime priartėti ne tik prie materijos ir molekulių, bet ir prie atomų, iš kurių sudaryta viskas, su kuo susiduriame gyvenime.
Atominė fizika (angl. Going Atomic)
Kad suprastume elektros pagrindus, pirmiausia turime atkreipti dėmesį į atomus – vieną iš pagrindinių gyvybės ir materijos sudedamųjų dalių. Atomai egzistuoja daugiau kaip šimtu skirtingų formų kaip cheminiai elementai, pavyzdžiui, vandenilis, anglis, deguonis ir varis. Daugelio rūšių atomai gali susijungti į molekules, kurios sudaro medžiagą, kurią fiziškai matome ir liečiame.
Atomai yra maži, jų ilgis gali siekti ne daugiau kaip 300 pikometrų (tai yra 3×10-10 arba 0,0000000003 metro). Varinis centas (jei jis iš tikrųjų būtų pagamintas iš 100 % vario) turėtų 3,2×1022 vario atomų (32 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 atomų).
Netgi atomas nėra pakankamai mažas, kad paaiškintų elektros veikimą. Reikia nusileisti dar vienu lygmeniu ir pažvelgti į atomų sudedamąsias dalis: protonus, neutronus ir elektronus.
Atomų statybiniai blokai
Atomas sudarytas iš trijų skirtingų dalelių: elektronų, protonų ir neutronų. Kiekvienas atomas turi centrinį branduolį, kuriame protonai ir neutronai yra tankiai susitelkę. Aplink branduolį skrieja elektronai.
Rutherfordo atomo modelis
Labai paprastas atomo modelis. Jis neatitinka mastelio, tačiau naudingas norint suprasti, kaip sudarytas atomas. Protonų ir neutronų branduolį supa orbitiniai elektronai.
Kiekviename atome turi būti bent vienas protonas. Protonų skaičius atome yra svarbus, nes jis apibrėžia, kokiam cheminiam elementui atomas priklauso. Pavyzdžiui, atomas, turintis tik vieną protoną, yra vandenilis, atomas, turintis 29 protonus, yra varis, o atomas, turintis 94 protonus, yra plutonis. Šis protonų skaičius vadinamas atomo atominiu skaičiumi.
Protono branduolio partneriai neutronai atlieka svarbią funkciją: jie išlaiko protonus branduolyje ir lemia atomo izotopą. Jie nėra labai svarbūs mūsų supratimui apie elektrą, todėl šioje pamokoje apie juos nesijaudinkime.
Elektronai yra labai svarbūs elektros veikimui (pastebėjote bendrą temą jų pavadinimuose?) Stabiliausioje, subalansuotoje būsenoje atomas turi tiek pat elektronų, kiek ir protonų. Toliau pateiktame Boro atomo modelyje branduolį, turintį 29 protonus (tai vario atomas), supa tiek pat elektronų.