από Ο ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΣΤΗ ΖΩΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ
Ηλεκτρισµός
Ηλεκτρισµός είναι ο γενικός όρος µε τον οποίο δηλώνονται όλα τα φαινόµενα που αφορούν ηλεκτρικά φορτία. Ο ηλεκτρισµός προέρχεται από τη δοµή του ατόµου, που αποτελείται από ένα πυρήνα, γύρω από τον οποίο περιστρέφονται ηλεκτρόνια µε αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο (-). Ο πυρήνας περιλαµβάνει σωµατίδια µε θετικό ηλεκτρικό φορτίο (+), τα πρωτόνια και τα σωµατίδια που δεν έχουν καθόλου ηλεκτρικό φορτίο, τα νετρόνια. Σε φυσιολογικές συνθήκες ο αριθµός των ηλεκτρονίων είναι ίδιος µε εκείνο των πρωτονίων: για παράδειγµα το άτοµο του οξυγόνου έχει 8 ηλεκτρόνια και 8 πρωτόνια. Σ’ αυτή την περίπτωση τα αρνητικά και τα θετικά φορτία βρίσκονται σε ισορροπία µεταξύ τους και το άτοµο είναι‘ουδέτερο’. Παρ’ όλα αυτά, σε ορισµένες συνθήκες, τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται πιο µακριά από τον πυρήνα, µπορούν να περάσουν σε ένα άλλο κοντινό άτοµο και τα ηλεκτρόνια του δεύτερου ατόµου µπορούν να µετακινηθούν σε ένα τρίτο άτοµο και πάει λέγοντας: αυτό συµβαίνει σε ορισµένα µέταλλα, για παράδειγµα σε ένα νήµα χαλκού συνδεδεµένο µε µια µπαταρία). Αυτό το πέρασµα ονοµάζεται ηλεκτρικό ρεύµα. Οι πρώτες παρατηρήσεις των ηλεκτρικών φαινοµένων ανέρχονται στις αρχές του 6ου αιώνα π.Χ., όταν ο Θαλής ο Μιλήσιος παρατήρησε ότι το ήλεκτρο, αφού πρώτα είχε καθαριστεί µε ένα κοµµάτι ύφασµα, ήταν σε θέση να τραβήξει µικρά σώµατα. Σ’ αυτή την περίπτωση το ήλεκτρο ηλεκτρίστηκε. Ο Θαλής ονόµασε αυτό το φαινόµενο ‘ηλεκτρισµό’ από τη λέξη ήλεκτρο. Από το 1600 πολλοί επιστήµονες
αφιερώθηκαν στη µελέτη του ηλεκτρισµού. Το 1799 ένας ιταλός επιστήµονας ο Αλεσσάντρο Βόλτα(Volt), κατασκεύασε το πρώτο µοντέλο ηλεκτρικής µπαταρίας. Στη φύση η πιο εµφανής εκδήλωση του ηλεκτρισµού είναι ο κεραυνός, που είναι µια δυνατή ηλεκτρική εκκένωση ανάµεσα σε ένα σύννεφο και το έδαφος ή ανάµεσα σε δύο σύννεφα. Μερικά ψάρια, µπορούν να παράγουν ηλεκτρική εκκένωση για να ζαλίσουν τη λεία τους ή για να αµυνθούν. Ο ηλεκτρισµός είναι µια µορφή ενέργειας πολύ χρήσιµη αλλά και πολύ επικίνδυνη. Γι’ αυτό υπάρχουν κανόνες για σωστή και κυρίως ασφαλή χρήση των ηλεκτρικών συσκευών και εγκαταστάσεων.
Ηλεκτροπληξία και οι επιπτώσεις της στον άνθρωπο
Ηλεκτροπληξία λέγεται η διέλευση ρεύµατος διαµέσου του ανθρωπίνου σώµατος µε συνέπεια να επιφέρει πολλές φορές τον θάνατο. Η επίδραση του ρεύµατος στον άνθρωπο εξαρτάται από τους πιο κάτω παράγοντες:
1) Ένταση του ρεύµατος
2) Χρονική διάρκεια του ρεύµατος
3) ∆ιαδροµή του ρεύµατος διαµέσου του σώµατος
4) Συχνότητα ή τύπος του ρεύµατος δηλαδή συνεχές, εναλλασσόµενο, κρουστικό.
5) Φυσική και ψυχική κατάσταση του ατόµου
Η πιο επικίνδυνη βλάβη που µπορεί να υποστεί το ανθρώπινο σώµα είναι η µαρµαρυγή. Προκύπτουν ισχυρές αρρυθµίες της καρδιάς µε συνέπεια την µειωµένη οξυγόνωση του εγκεφάλου µε συνέπεια ή να επέλθει ο θάνατος ή µια µόνιµη παράλυση λόγω βλάβης του εγκεφάλου. Η επίδραση του ρεύµατος στο σώµα εξαρτάται από το ρεύµα που διαρρέει την καρδιά. Μια ιδιαίτερη επικίνδυνη περίπτωση είναι όταν το ρεύµα περνάει από το αριστερό χέρι προς τα πόδια. Η χειρότερη περίπτωση είναι όταν το ρεύµα περνάει από το αριστερό χέρι προς το στήθος. Σε αντίθετη περίπτωση όταν περνάει από το δεξί χέρι προς την πλάτη είναι ακίνδυνο. Όταν αυξάνει η συχνότητα του ρεύµατος η επίδραση του γίνεται και πιο ακίνδυνη. Η περιοχή συχνοτήτων γύρω από τα 50 Hz είναι η πλέον επικίνδυνη.
Thomas Alva Edison (1847 - 1931)
Αµερικανός εφευρέτης, ο δηµιουργός του φωνογράφου, του λαµπτήρα, της
κινηµατογραφικής µηχανής, του φθοροσκοπίου, των σιδηροαλκαλικών µπαταριών,
διάφορων τεχνικών κατασκευής τσιµέντου κ.λ.π. Συνολικά ο Έντισον είχε 1093
διπλώµατα ευρεσιτεχνίας που καλύπτουν ένα ευρύτατο φάσµα. Όλα ξεκίνησαν όταν
τον έδιωξαν από το σχολείο ως καθυστερηµένο και αναγκάστηκε να δουλέψει στον
σιδηρόδροµο κι αργότερα ως τηλεγραφητής. Ο Έντισον όµως έγινε γνωστός από την εφεύρεση του τηλέγραφου, του µικρόφωνου από κάρβουνο, του φωνογράφου και
κυρίως του ηλεκτρικού φωτισµού µε την εφεύρεση της λάµπας, το 1879. Σύµφωνα µε τους αµερικανούς σ’ αυτόν οφείλεται και η εφεύρεση του κινηµατογράφου.
Πράγµατι, το 1891, ο Έντισον παρουσίασε το κινηµατοσκόπιο, ένα ξύλινο κουτί µε
κινηµατογραφικό φιλµ όπου, µε τη βοήθεια ενός προσοφθάλµιου φακού, µπορείς να δεις µια κινούµενη σκηνή, γραµµένη σε φιλµ.
Ο ηλεκτρισµός στη φύση
Κεραυνοί
Οι κεραυνοί, φαινόµενο εξαιρετικής βιαιότητας και οµορφιάς, έδωσαν στον άνθρωπο τα πρώτα ερεθίσµατα για τη µελέτη του ηλεκτρισµού. Ηλεκτρικά φαινόµενα εµφανίστηκαν στο σύµπαν από τις πρώτες κιόλας στιγµές του. Πάνω από τέσσερα δισεκατοµµύρια χρόνια πριν, όταν δεν υπήρχε ίχνος ζωής στον πλανήτη µας, εµφανίστηκαν οι πρώτες αστραπές στον ουρανό. Τα ηλεκτρικά φαινόµενα παίζουν σηµαντικό ρόλο και στη λειτουργία των οργανισµών. Τα µάτια δέχονται φωτεινές ακτίνες και τις µετατρέπουν σε στοιχειώδη ηλεκτρικά σήµατα, που µεταδίδονται στον εγκέφαλο από τα νεύρα. Η αντίληψη και η σκέψη, αλλά ακόµα και η ικανότητα της κίνησης, εξαρτώνται ολοκληρωτικά από τα στοιχειώδη ηλεκτρικά σήµατα, που διαδίδονται αστραπιαία µέσα από το νευρικό δίκτυο του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αλλά και στο ζωικό βασίλειο έχουµε
παραδείγµατα ζώων που "χρησιµοποιούν" τον ηλεκτρισµό. Χαρακτηριστικό παράδειγµα είναι το σαλάχι ή "µουδιάστρα". Αυτή η ζωντανή μπαταρία στέλνει ηλεκτρικά κύµατα που προκαλούν ηλεκτροσόκ σε όσους εχθρούς την πλησιάζουν. Ο ηλεκτρισµός κάνει την εµφάνιση του στη φύση και µε ένα εξαιρετικής βιαιότητας αλλά και οµορφιάς φαινόµενο, τους κεραυνούς. Παρατηρώντας τις αστραπές, ορισµένοι επιστήµονες (µε πρωτοπόρο τον Βενιαµίν Φραγκλίνο) άρχισαν να µελετούν τον ηλεκτρισµό.
Σταθµοί παραγωγής ηλεκτρικού ρεύµατος
Ηλεκτρική ενέργεια µπορούµε να πάρουµε πρακτικά από κάθε άλλη µορφή ενέργειας. Παρ' όλα αυτά όµως δόθηκε ιδιαίτερο βάρος (όπως ήταν φυσικό) στους τρόπους παραγωγής ηλεκτρισµού που συνέφεραν περισσότερο οικονοµικά. Έτσι σήµερα έχουµε οργανωµένους θερµοηλεκτρικούς, υδροηλεκτρικούς και πυρηνικούς σταθµούς, ενώ γίνεται µια προσπάθεια για ανάπτυξη αιολικών, ηλιακών αλλά και άλλων σταθµών για εκµετάλλευση των ήρεµων πηγών ενέργειας. Όλοι οι ηλεκτροπαραγωγικοί σταθµοί µετατρέπουν κάποιο είδος ενέργειας (θερµική, πυρηνική, δυναµική κ.λ.π.) σε κινητική ενέργεια κάποιας τουρµπίνας (ή αλλιώς στροβίλου), η οποία θέτει σε κίνηση µια γεννήτρια και µας δίνει τελικά ηλεκτρικό ρεύµα. Αυτό που διαφέρει λοιπόν στους διάφορους ηλεκτροπαραγωγικούς σταθµούς, είναι το "καύσιµο" που χρησιµοποιούν.
Θερµοηλεκτρικός σταθµός
Οι θερµοηλεκτρικοί σταθµοί λέγονται και ατµοηλεκτρικοί, γιατί εκµεταλλεύονται τη δύναµη του ατµού. Τέτοιοι σταθµοί έχουν έναν ή περισσότερους κεντρικούς λέβητες, στους οποίους καίνε λιγνίτη, πετρέλαιο ή φυσικό αέριο. Η θερµότητα που παράγεται από την καύση βράζει ποσότητες νερού, οι οποίες βρίσκονται σε ένα δίκτυο σωληνώσεων. Έτσι το νερό µετατρέπεται σε ατµό υψηλής πίεσης, ο οποίος θέτει σε κίνηση µια τουρµπίνα (ατµοστρόβιλο). Η τουρµπίνα µεταδίδει την κίνηση σε µια γεννήτρια και έχουµε έτσι παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος. Έπειτα ο ατµός συµπυκνώνεται και γίνεται έτσι πάλι νερό που οδηγείται ξανά στο λέβητα. Στην Ελλάδα υπάρχουν µόνο λιγνιτικοί και πετρελαϊκοί σταθµοί, οι οποίοι όµως δίνουν το 92% της ετήσιας παραγωγής της χώρας σε ηλεκτρικό ρεύµα.. Το υπόλοιπο 8% παράγεται από υδροηλεκτρικούς σταθµούς.
Υδροηλεκτρικός σταθµός
Η δύναµη της βαρύτητας κινεί το νερό των ποταµών προς τη θάλασσα. Ο υδροηλεκτρικός σταθµός παρεµβάλλεται σ' αυτήν τη ροή και τη χρησιµοποιεί για την περιστροφή στροβίλων. Οι στρόβιλοι συνδέονται µε γεννήτριες, οι οποίες µας δίνουν το ηλεκτρικό ρεύµα. Η υδροηλεκτρική παραγωγή δεν µπορεί να βασιστεί σ' έναν ποταµό, ο οποίος την περίοδο των βροχών είναι γεµάτος, αλλά συρρικνώνεται την
περίοδο της ξηρασίας. Γι'αυτό συνήθως χτίζεται ένα φράγµα, το οποίο συγκρατεί το νερό την περίοδο της αφθονίας και το χρησιµοποιεί στην ξηρασία. Το φράγµα σχηµατίζει λίµνη, η οποία µπορεί να διαθέσει νερό για άρδευση. Υπάρχει όµως και µια άλλη κατηγορία υδροηλεκτρικών σταθµών, οι οποίοι δεν εκµεταλλεύονται την ενέργεια των υδατοπτώσεων αλλά την ώθηση της παλίρροιας. Η παραγωγή
ηλεκτρισµού µε εκµετάλλευση της δύναµης του νερού δεν µολύνει την ατµόσφαιρα, όπως οι θερµοηλεκτρικοί σταθµοί και δεν δηµιουργεί επικίνδυνα και µακρόβια πυρηνικά απόβλητα, όπως οι πυρηνικοί.
Πυρηνικός σταθµός
Οι διάφοροι τύποι πυρηνικών σταθµών λειτουργούν µε βάση την αρχή ό,τι ελάχιστες ποσότητες ραδιενεργού ύλης µπορούν να µετατραπούν σε τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Αυτό γίνεται ως εξής : Όταν ένα νετρόνιο προσκρούσει στον πυρήνα ενός ατόµου, τον διασπά, µε αποτέλεσµα να απελευθερωθούν περισσότερα νετρόνια. Αυτά προσκρούουν σε άλλους πυρήνες, τους διασπούν κ.λ.π. και έτσι προκύπτει µια αλυσιδωτή αντίδραση. Αν η πυρηνική αντίδραση είναι ανεξέλεγκτη, τότε προκαλείται τροµερή έκρηξη. Στο φαινόµενο αυτό άλλωστε βασίζεται η λειτουργία των πυρηνικών όπλων. Ο έλεγχος της αντίδρασης, για την παραγωγή ωφέλιµης ενέργειας, γίνεται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Ειδικές ράβδοι βορίου στο εσωτερικό του αντιδραστήρα, περιορίζουν τη διάσπαση νέων πυρήνων. Το στοιχείο που χρησιµοποιείται ως καύσιµο στους πυρηνικούς αντιδραστήρες είναι το ουράνιο 235. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, το ουράνιο υπερθερµαίνεται. Το ψυκτικό µέσο
(υγρό ή αέριο) που κυκλοφορεί στον αντιδραστήρα, απορροφά την παραγόµενη θερµότητα και θερµαίνει το νερό ενός λέβητα. Ο ατµός που παράγεται κινεί τους στροβίλους και µέσω αυτών και τις γεννήτριες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύµατος. Στη χώρα µας πυρηνικός αντιδραστήρας λειτουργεί στο ερευνητικό κέντρο ∆ηµόκριτος.
Αιολικός σταθµός
Η µετατροπή της αιολικής ενέργειας σε µηχανική είναι µια πολύ παλιά ιστορία. Οι ανεµόµυλοι εκµεταλλεύονταν τον άνεµο για άντληση νερού και για άλεσµα καρπών εδώ και πολλούς αιώνες. Πρόσφατα όµως σχεδιάστηκαν νέοι "ανεµόµυλοι", στους οποίους τα φτερά αντικαταστάθηκαν µε αεροδυναµικά πτερύγια. Τα πτερύγια αυτά περιστρέφονται µε τη βοήθεια του ανέµου γύρω από έναν άξονα, δίνοντας κίνηση σε µια γεννήτρια. Όλο το σύστηµα τοποθετείται στην κορυφή ενός πύργου στήριξης και µε τον έλεγχο ενός υπολογιστή στρέφεται έτσι ώστε πάντα να είναι στη διεύθυνση του ανέµου. Οι σύγχρονοι αυτοί ανεµόµυλοι ονοµάστηκαν "ανεµογεννήτριες".
Οι ανεµογεννήτριες, λειτουργούν αποτελεσµατικά µόνο για ταχύτητες ανέµων πάνω από ένα συγκεκριµένο όριο. Αν η ταχύτητα του ανέµου πέσει κάτω από το όριο αυτό, τα πτερύγια ακινητοποιούνται, όπως και σε περίπτωση θύελλας. Σήµερα στις ΗΠΑ έχουν δηµιουργηθεί ολόκληρες φάρµες µε ανεµογεννήτριες, οι οποίες παράγουν ηλεκτρικό ρεύµα χωρίς να καταργούν τις γεωργικές καλλιέργειες και το βασικότερο, χωρίς να µολύνουν το περιβάλλον.
Ηλιακός σταθµός
Η ηλιακή ενέργεια έχει δύο βασικά πλεονεκτήµατα: Είναι ανεξάντλητη και δε µολύνει το περιβάλλον. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες εκµετάλλευσης της. Κατ' αρχήν υπάρχει το φωτοβολταικό στοιχείο. Αυτό είναι µια συσκευή, η οποία µετατρέπει την ηλιακή ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρικό ρεύµα. Όµως το ηλεκτρικό ρεύµα που µας δίνει, έχει χαµηλή τάση και δεν είναι εύκολο να χρησιµοποιηθεί. Έτσι η σύγχρονη τεχνολογία προσπάθησε να εκµεταλλευθεί τη θερµότητα που µας δίνει ο ήλιος για να παράγουµε ηλεκτρισµό.
Σήµερα υπάρχουν ορισµένοι σταθµοί, όπως αυτός της φωτογραφίας, στους οποίους έχουµε κάτοπτρα που στρέφονται συνεχώς προς τον ήλιο, ανακλούν τις ακτίνες του και τις εστιάζουν σε σωλήνες µε λάδι ειδικού τύπου. Το λάδι υπερθερµαίνεται και βράζει ποσότητες νερού. Ο ατµός που παράγεται κινεί τις τουρµπίνες, οι οποίες µε τη σειρά τους µεταδίδουν την κίνηση σε γεννήτριες, παράγοντας έτσι ηλεκτρικό ρεύµα.
Ηλεκτρικό δίκτυο
Μια τυπική γεννήτρια ηλεκτροπαραγωγικού σταθµού, δίνει εναλλασσόµενη τάση της τάξης των 25.000 Volt. Έξω από τους ηλεκτροπαραγωγικούς σταθµούς, υπάρχουν µετασχηµατιστές, οι οποίοι ανεβάζουν την τάση στα εκατοντάδες χιλιάδες Volt, µια και κατά την µεταφορά υψηλής τάσης χάνουµε λιγότερο σε ενέργεια. Το ρεύµα φτάνει στους υποσταθµούς, οι οποίοι και πάλι µε τη βοήθεια µετασχηµατιστών κατεβάζουν την τάση, πριν τη διοχετεύσουν στα σπίτια µας, για να µην καταστραφούν οι διάφορες οικιακές συσκευές.
Μετασχηµατιστές
Το ηλεκτρικό ρεύµα που διαρρέει το πρωτεύον πηνίο δηµιουργεί ηλεκτρικό ρεύµα στο δευτερεύον πηνίο, παρότι τα δύο πηνία δεν ακουµπάνε µεταξύ τους. Ο µετασχηµατιστής είναι ένα όργανο µε το οποίο µπορούµε να µεταβάλλουµε την τάση του ηλεκτρικού ρεύµατος. ∆ιαθέτει δύο πηνία, δηλαδή συρµάτινες περιελίξεις τυλιγµένες γύρω από σιδερένιους πυρήνες. Όταν ένα εναλλασσόµενο ρεύµα ορισµένης τάσης, περνάει από το πρώτο πηνίο (πρωτεύον), δηµιουργεί ένα επίσης εναλλασσόµενο µαγνητικό πεδίο µέσα στον σιδερένιο πυρήνα. Καθώς το µαγνητικό
πεδίο αλλάζει διαρκώς κατεύθυνση, δηµιουργείται ένα εναλλασσόµενο επαγωγικό ρεύµα στο δεύτερο πηνίο (δευτερεύον). Αυτό το ρεύµα του δευτερεύοντος πηνίου έχει µια άλλη τάση από το αρχικό, η οποία µάλιστα εξαρτάται από τον αριθµό των σπειρών των δύο πηνίων. Συγκεκριµένα, αν το δευτερεύον πηνίο έχει περισσότερες σπείρες από το πρωτεύον η τάση µεγαλώνει, ενώ στην αντίθετη περίπτωση µειώνεται. Αυτός βέβαια δεν είναι κάποιος µαγικός τρόπος για να κερδίσουµε ενέργεια, µια και µπορεί να µεγαλώνει η τάση, πέφτει όµως η ένταση του ρεύµατος έτσι ώστε η ενέργεια να παραµένει σταθερή. Επειδή όλες οι οικιακές συσκευές χρησιµοποιούν ηλεκτρικό ρεύµα τάσης πολύ χαµηλότερης από αυτή που δίνουν οι ηλεκτροπαραγωγοί σταθµοί, οι µετασχηµατιστές χρησιµοποιούνται ευρύτατα.
Μπαταρία
Υγρή µπαταρία µε ζεύγη πλακών µολύβδου και οξειδίου του µολύβδου. Ο ηλεκτρολύτης είναι διάλυµα θειικού οξέως. Σε ηλεκτρικό ρεύµα µπορεί να µετατραπεί κάθε άλλη µορφή ενέργειας (θερµική, πυρηνική, αιολική κ.λ.π.). Για τη µετατροπή της χηµικής ενέργειας σε ηλεκτρική, χρησιµοποιούνται τα "ηλεκτρικά στοιχεία" και οι "συσσωρευτές" ή "µπαταρίες". Το ηλεκτρικό στοιχείο είναι η θεµελιώδης συσκευή αποθήκευσης και διάθεσης ηλεκτρισµού. Αποτελείται από δύο πλάκες, φτιαγµένες από διαφορετικά µέταλλα και βυθισµένες σε ένα δοχείο µε υγρό. Οι πλάκες (που πρέπει να είναι αγώγιµες) λέγονται ηλεκτρόδια, ενώ το υγρό είναι και αυτό αγώγιµο και λέγεται ηλεκτρολύτης. Τα δύο µέταλλα αντιδρούν χηµικά µε τον ηλεκτρολύτη και αν τα συνδέσουµε µε κάποιον αγωγό θα έχουµε κυκλοφορία ηλεκτρικού ρεύµατος. Ένα ή πολλά ηλεκτρικά στοιχεία στη σειρά, σχηµατίζουν µία µπαταρία. Έτσι έχουµε τις υγρές µπαταρίες οι οποίες
αποτελούνται από επαναφορτιζόµενα ηλεκτρικά στοιχεία και τις ξηρές µπαταρίες, οι οποίες έχουν µη επαναφορτιζόµενα. Οι υγρές µπαταρίες χρησιµοποιούνται κυρίως στα αυτοκίνητα και λέγονται έτσι επειδή ο ηλεκτρολύτης τους είναι υγρός. Σηµαντική πρόοδος σηµειώθηκε µε το ξηρό στοιχείο, το οποίο αντί για υγρό ηλεκτρολύτη χρησιµοποιεί έναν κολλώδη πολτό. Οι µπαταρίες ξηρών στοιχείων χρησιµοποιούνται
σήµερα στα ραδιόφωνα, στους φακούς κ.λ.π. Οι πιο πρόσφατες εξελίξεις έδωσαν τις αλκαλικές µπαταρίες και άλλες πηγές µακράς διάρκειας ζωής.
Μεταβλητός πυκνωτής
Οι πυκνωτές είναι οι µόνες ηλεκτρικές διατάξεις (µε εξαίρεση τις µπαταρίες), που αποθηκεύουν ηλεκτρικό φορτίο. Παρότι υπάρχουν πολλοί τύποι πυκνωτών, όλοι έχουν δύο αγώγιµες µεταλλικές πλάκες (οπλισµοί). Αυτές χωρίζονται µε κάποιο µονωτικό υλικό (π.χ. χαρτί ή αέρα), το οποίο λέγεται διηλεκτρικό. Η χαρακτηριστική ιδιότητα του πυκνωτή είναι η χωρητικότητα, πόσο δηλαδή φορτίο µπορεί να αποθηκευθεί κάτω από µια συγκεκριµένη ηλεκτρική τάση. Η χωρητικότητα µετριέται σε Farad προς τιµή του Φαραντέι (Michael Faraday). Υπάρχουν πυκνωτές στους οποίους οι οπλισµοί είναι σταθεροί, άρα και η χωρητικότητα τους. Σε άλλους όµως, οι οπλισµοί είναι δυνατόν να µετακινηθούν, αλλάζοντας έτσι και την τιµή της χωρητικότητας. Οι τελευταίοι πυκνωτές λέγονται µεταβλητοί. Οι πυκνωτές είναι ζωτικής σηµασίας εξαρτήµατα πολλών ηλεκτρικών συσκευών, από τα πλυντήρια µέχρι τα στερεοφωνικά. Χρησιµοποιούνται τέλος και για τον διαχωρισµό του συνεχούς (d.c.) από το εναλλασσόµενο ρεύµα (a.c.).
Λαµπτήρες
Η πιο σηµαντική ίσως εφαρµογή του ηλεκτρισµού είναι ο ηλεκτρικός λαµπτήρας. Ο φωτισµός στις µέρες µας είναι τόσο απλός, όσο το πάτηµα ενός διακόπτη. Σήµερα κυκλοφορούν πλέον διάφορα είδη λαµπτήρων: οι λαµπτήρες φθορισµού, πυράκτωσης, αλογόνου, ατµών νατρίου κ.α. Οι πλέον συνηθισµένοι είναι οι λαµπτήρες πυράκτωσης. Αυτοί έχουν ένα λεπτό νήµα από βολφράµιο, το οποίο θερµαίνεται από ηλεκτρικό ρεύµα µέχρι να αρχίσει να ακτινοβολεί λευκό φως (λευκοπύρωση). Το νήµα βρίσκεται µέσα σε ένα γυάλινο δοχείο απ' το οποίο έχει αφαιρεθεί ο αέρας και στη θέση του έχουµε κάποιο αδρανές αέριο (αργό, άζωτο κ.λ.π). Το αέριο αυτό βοηθά στο να µην καίγεται εύκολα το νήµα. Υπάρχουν ακόµη κάποιοι λαµπτήρες οι οποίοι στο εσωτερικό τους δεν έχουν αντίσταση (σύρµα), αλλά κάποιο αέριο το οποίο ακτινοβολεί όταν το διαπερνά ηλεκτρικό ρεύµα. Ανάλογα µε το είδος του αερίου έχουµε ακτινοβολία µε διαφορετικό χρώµα και ο λαµπτήρας λέγεται αντίστοιχα : λαµπτήρας νέου (κόκκινο φως), λαµπτήρας ατµών νατρίου (έντονο κίτρινο φως) κ.λ.π.
Λαµπτήρας φθορισµού
Μια ειδική κατηγορία λαµπτήρων που εµφανίστηκε σε πλατιά κλίµακα είναι οι λαµπτήρες φθορισµού. Αυτοί αποτελούνται από ένα γυάλινο σωλήνα, ο οποίος περιέχει ατµούς υδραργύρου. Όταν ο σωλήνας διαρρέετε από ηλεκτρικό ρεύµα, οι ατµοί εκπέµπουν υπεριώδεις ακτίνες, οι οποίες χτυπούν σε µια επίστρωση που υπάρχει στο εσωτερικό του σωλήνα και µας δίνουν φως χάρη στο φαινόµενο του φθορισµού. Οι λαµπτήρες φθορισµού καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια από τις συνηθισµένες λάµπες.
Εναλλασσόµενο ρεύµα
Το ηλεκτρικό ρεύµα µπορεί να έχει σταθερή διεύθυνση, οπότε λέγεται συνεχές (DC),ή η διεύθυνση του να αντιστρέφεται συνεχώς, οπότε λέγεται εναλλασσόµενο (AC).Ένας Σέρβος φυσικός που µετανάστευσε στις ΗΠΑ, ο Τέσλα (Nikola Tesla) ήταν αυτός που απέδειξε την αξία του εναλλασσόµενου ρεύµατος (σε πείσµα µάλιστα του δασκάλου του Thomas Edison, που ήταν υπέρµαχος του συνεχούς ρεύµατος).Ο Τέσλα σχεδίασε το µεγάλο σύστηµα παραγωγής εναλλασσόµενου ρεύµατος στους καταρράκτες του Νιαγάρα, το οποίο όταν το 1895 άρχισε να λειτουργεί, παρήγαγε τόση ισχύ, όση όλοι οι άλλοι σταθµοί συνεχούς ρεύµατος στις ΗΠΑ µαζί. Επίσης ο Τέσλα κατασκεύασε µια άλλη µορφή ηλεκτροκινητήρα, που λειτουργούσε µε εναλλασσόµενο ρεύµα και ονοµάστηκε επαγωγικός κινητήρας.
Ηλεκτρικές συσκευές
Μερικές από τις πιο διαδεδοµένες ηλεκτρικές οικιακές συσκευές, που κάνουν καθηµερινά ευκολότερη τη ζωή µας. Από τη στιγµή που ο ηλεκτρισµός έγινε προσιτός στη µέση οικογένεια, οι κατασκευαστές άρχισαν να ανακαλύπτουν συνέχεια καινούργιες χρήσεις του. Στην αρχή του εικοστού αιώνα σχεδιάστηκαν διάφορες συσκευές "εξοικονόµησης εργασίας", αλλά µόνο τα ηλεκτρικά φώτα και το ηλεκτρικό σίδερο έγιναν συστατικά στοιχεία του µέσου νοικοκυριού. Οι περισσότερες από τις πρώτες ηλεκτρικές συσκευές µετέτρεπαν απλώς την ηλεκτρική
ενέργεια σε θερµότητα (αξεσουάρ κοµµωτηρίου κ.λ.π.). Έπρεπε να διαδοθούν σε πλατιά κλίµακα οι ηλεκτροκινητήρες για να αξιοποιηθεί η ικανότητα του ηλεκτρισµού να µετασχηµατίζεται σε µηχανική ενέργεια. Από εκείνη τη στιγµή, η γκάµα των ηλεκτρικών συσκευών άρχισε να διευρύνεται γρήγορα, συµπεριλαµβάνοντας µικρές θερµάστρες, πιστολάκια για τα µαλλιά και απλά µίξερ. Σήµερα, οι διάφορες ηλεκτρικές συσκευές (από την ηλεκτρική οδοντόβουρτσα µέχρι τον ψυγειοκαταψύκτη), κυριαρχούνε στη ζωή µας, κάνοντάς την σηµαντικά ευκολότερη.
Μεγάλη τρίοδος λυχνία εκποµπής
Τρίοδος λυχνία υψηλής ισχύος. Το ηλεκτρόδιο που έλκει τα ηλεκτρόνια θερµαίνεται πάρα πολύ, γι' αυτό φτιάχνεται από άνθρακα, ο οποίος έχει καλή αντοχή σε υψηλές θερµοκρασίες. Η επιστηµονική κατανόηση της φύσης και της συµπεριφοράς των ηλεκτρονίων µέσω των διάφορων φαινοµένων του ηλεκτρισµού οδήγησε στην κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτηµάτων, όπως η λυχνία. Αν και η λυχνία χρησιµοποιήθηκε ευρύτατα σε όλων των ειδών τις ηλεκτρονικές συσκευές, σύντοµα αντικαταστάθηκε γιατί ξόδευε πολλή ενέργεια. ∆ιάδοχος της λυχνίας σε µια σειρά
εφαρµογών ήταν το τρανζίστορ. Στη δεκαετία του 1960 αναπτύχθηκαν νέες τεχνικές, χάρη στις οποίες οι κατασκευαστές µπορούσαν να στριµώξουν ολόκληρα ηλεκτρονικά κυκλώµατα σε ένα µικροσκοπικό "τσιπ", δηλαδή ένα λεπτό στρώµα πυριτίου. Είχε αρχίσει η εποχή των ολοκληρωµένων κυκλωµάτων η οποία, στηριζόµενη σε βασικές ηλεκτρικές ιδιότητες, έχει αλλάξει τη ζωή µας.
Ηλεκτρόλυση
Ηλεκτρόλυση είναι η διάσπαση µιας ουσίας µε τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύµατος. Η αρχή έγινε το 1800, όταν πρώτοι οι Νίκολσον και Κάρλαιλ παρατήρησαν πως όταν βύθιζαν δύο µεταλλικές ράβδους (ηλεκτρόδια) σε ορισµένα διαλύµατα (ηλεκτρολύτες) και συνέδεαν έπειτα τις ράβδους µε µια µπαταρία, το ηλεκτρικό ρεύµα κυκλοφορούσε µέσω του ηλεκτρολύτη. Μάλιστα στο ένα ή και στα δύο ηλεκτρόδια είχαµε εναπόθεση κάποιας ουσίας. Αυτό εξηγείται ως εξής : Υπάρχουν ενώσεις, οι οποίες όταν βρεθούν σε διάλυµα, διασπώνται σε θετικά και αρνητικά
φορτισµένα σωµατίδια. Έτσι όταν συνδέσουµε µε µια πηγή ηλεκτρικού ρεύµατος τα ηλεκτρόδια, τα θετικά φορτισµένα σωµατίδια θα τα έλξη το αρνητικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος), ενώ τα αρνητικά φορτισµένα το θετικό ηλεκτρόδιο (άνοδος). Αυτά τα σωµατίδια ο Φαραντέι τα ονόµασε "ιόντα" (από την µετοχή του Αρχαίου Ελληνικού "ειµί" = "Εκείνο που πηγαίνει"). Έτσι µε το φαινόµενο της ηλεκτρόλυσης είναι δυνατόν να διασπαστεί µια ένωση στα στοιχεία που περιέχει, µια και τα ιόντα χάνουν το φορτίο τους στα ηλεκτρόδια και µετατρέπονται συνήθως σε ουδέτερα άτοµα. Η ηλεκτρόλυση χρησιµοποιείται για την εξαγωγή καθαρών µετάλλων από τα µεταλλεύµατα τους, για τον "γαλβανισµό" υλικών (δηλαδή την επίστρωση µετάλλων µε ασήµι, χρυσό ή άλλες ουσίες) κ.α.
Ο ηλεκτρισµός στην επικοινωνία
Ο τηλέγραφος που κατασκευάστηκε το 1858 από τον Βρετανό Σερ Τσαρλς Ουίτστοουν. Κύριο χαρακτηριστικό του ήταν η ευκολία στη χρήση του. Για να στείλει ένα µήνυµα ο χειριστής έπρεπε απλώς να γυρίσει τη λαβή και να πατήσει τα κουµπιά. Η συµβολή του ηλεκτρισµού στην τηλεπικοινωνία, τόσο την ενσύρµατη όσο και την ασύρµατη ήταν καθοριστική. Μια πρώτη σηµαντική εφαρµογή ήταν ο τηλέγραφος, ο οποίος ήταν ένα σύστηµα αποστολής κωδικοποιηµένων ηλεκτρικών παλµών από ένα µέρος σε κάποιο άλλο µέσω ενός απλού κυκλώµατος µε διακόπτη. Ο πατέρας του τηλέγραφου ήταν ο Σαµουήλ Μορς (Samuel Mors), ο οποίος και έδωσε το όνοµα του στο αλφάβητο του γνωστού κώδικα µε τις τελείες και τις παύλες, που χρησιµοποιούσε ο τηλέγραφος (Κώδικας Μορς). Αργότερα έγινε δυνατή η µετατροπή της φωνής σε ηλεκτρικά σήµατα και η αποστολή της σε µακρινές αποστάσεις, µέσω του τηλεφώνου. Τέλος γύρω στο 1880 ο Χερτζ (Heinrich Hertz) αξιοποιώντας τις εξισώσεις του Μάξγουελ καθιέρωσε την ασύρµατη επικοινωνία µέσω των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων, ανοίγοντας έτσι το δρόµο για την εποχή του ραδιοφώνου, της τηλεόρασης και των δορυφόρων.
Ηλεκτροσκόπιο
Η πλαστική χτένα φορτίζεται όταν τρίβεται πάνω σε µαλλί. Μπορούµε να µετρήσουµε το φορτίο της, αν τη φέρουµε σε επαφή µε ένα ηλεκτροσκόπιο φύλλων χρυσού και παρατηρήσουµε την απόκλιση των φύλλων από τη ράβδο. Το ηλεκτροσκόπιο είναι µια απλή συσκευή µε την οποία ανιχνεύουµε αν ένα σώµα είναι ηλεκτρισµένο. Αποτελείται από µια φιάλη, η οποία στο εσωτερικό της έχει δύο λεπτά φύλλα χρυσού τα οποία µέσω µιας µεταλλικής ράβδου συνδέονται µε έναν µεταλλικό δίσκο, ο οποίος βρίσκεται έξω από την φιάλη. Αν ακουµπήσουµε ένα ηλεκτρισµένο σώµα στο δίσκο, το ηλεκτρικό φορτίο θα περάσει, µέσω της ράβδου, από το σώµα στα δύο µεταλλικά φύλλα, τα οποία θα φορτιστούν οµώνυµα. Όµως τα οµώνυµα φορτία απωθούνται και έτσι τα δύο φύλλα απωθούνται και τελικά αποκλίνουν, δείχνοντας µας ποια σώµατα είναι φορτισµένα και ποια όχι.
Ηλεκτροκαρδιογράφηµα
Η ανθρώπινη ζωή εξαρτάται από διάφορα ηλεκτρικά φαινόµενα. Κάθε ένα περίπου δευτερόλεπτο, ο καρδιακός µυς µεταφέρει στοιχειώδη ηλεκτρικά σήµατα που προκαλούν και συντονίζουν ένα χτύπο της καρδιάς. Αυτά τα σήµατα στέλνουν µέσα από τους ιστούς του οργανισµού, την "ηχώ" τους µέχρι το δέρµα. Εκεί µπορούν να εντοπιστούν από µεταλλικούς ανιχνευτές και να εµφανιστούν σε οθόνες σαν κυµατοειδείς καµπύλες. Έτσι παίρνουµε το ηλεκτροκαρδιογράφηµα (ECG). Εκτός όµως από τη λειτουργία της καρδιάς, ηλεκτρικά ερεθίσµατα ρυθµίζουν
τη λειτουργία των αισθητήριων οργάνων, του µυϊκού συστήµατος αλλά και του εγκεφάλου. Μάλιστα µε µια µέθοδο ανάλογη του ηλεκτροκαρδιογραφήµατος µπορούµε να πάρουµε το ηλεκτροεγκεφαλογράφηµα, το οποίο µας δίνει µια εικόνα της λειτουργίας του εγκεφάλου. Υπάρχουν πολλές άλλες εφαρµογές του ηλεκτρισµού στην Ιατρική, όπως ο τεχνητός βηµατοδότης, ο οποίος καθορίζει το ρυθµό λειτουργίας της καρδιάς όταν ο φυσικός υποστεί βλάβη, τα νυστέρια µε ακτίνες λέιζερ, ο αξονικός τοµογράφος και πολλές άλλες, που αυξάνουν και βελτιώνονται καθηµερινά
Το µέλλον της ηλεκτρικής ενέργειας
Ο ηλεκτρισµός προορίζεται να γίνει πηγή της ενέργειας του µέλλοντος, κυρίως, γιατί έχει ένα βασικό πλεονέκτηµα: δεν ρυπαίνει τον πλανήτη µας. Η ηλεκτρική ενέργεια έχει τη δυνατότητα να µετατρέπεται σε άλλες µορφές ενέργειας ή σε εργασία πολύ µεγάλης απόδοσης. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στους πυρηνικούς σταθµούς, θα αντικατασταθεί σ’ένα όχι πολύ µακρινό µέλλον τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας, όπως είναι ο άνθρακας και το πετρέλαιο
Ηλεκτρισµός
Ηλεκτρισµός είναι ο γενικός όρος µε τον οποίο δηλώνονται όλα τα φαινόµενα που αφορούν ηλεκτρικά φορτία. Ο ηλεκτρισµός προέρχεται από τη δοµή του ατόµου, που αποτελείται από ένα πυρήνα, γύρω από τον οποίο περιστρέφονται ηλεκτρόνια µε αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο (-). Ο πυρήνας περιλαµβάνει σωµατίδια µε θετικό ηλεκτρικό φορτίο (+), τα πρωτόνια και τα σωµατίδια που δεν έχουν καθόλου ηλεκτρικό φορτίο, τα νετρόνια. Σε φυσιολογικές συνθήκες ο αριθµός των ηλεκτρονίων είναι ίδιος µε εκείνο των πρωτονίων: για παράδειγµα το άτοµο του οξυγόνου έχει 8 ηλεκτρόνια και 8 πρωτόνια. Σ’ αυτή την περίπτωση τα αρνητικά και τα θετικά φορτία βρίσκονται σε ισορροπία µεταξύ τους και το άτοµο είναι‘ουδέτερο’. Παρ’ όλα αυτά, σε ορισµένες συνθήκες, τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται πιο µακριά από τον πυρήνα, µπορούν να περάσουν σε ένα άλλο κοντινό άτοµο και τα ηλεκτρόνια του δεύτερου ατόµου µπορούν να µετακινηθούν σε ένα τρίτο άτοµο και πάει λέγοντας: αυτό συµβαίνει σε ορισµένα µέταλλα, για παράδειγµα σε ένα νήµα χαλκού συνδεδεµένο µε µια µπαταρία). Αυτό το πέρασµα ονοµάζεται ηλεκτρικό ρεύµα. Οι πρώτες παρατηρήσεις των ηλεκτρικών φαινοµένων ανέρχονται στις αρχές του 6ου αιώνα π.Χ., όταν ο Θαλής ο Μιλήσιος παρατήρησε ότι το ήλεκτρο, αφού πρώτα είχε καθαριστεί µε ένα κοµµάτι ύφασµα, ήταν σε θέση να τραβήξει µικρά σώµατα. Σ’ αυτή την περίπτωση το ήλεκτρο ηλεκτρίστηκε. Ο Θαλής ονόµασε αυτό το φαινόµενο ‘ηλεκτρισµό’ από τη λέξη ήλεκτρο. Από το 1600 πολλοί επιστήµονες
αφιερώθηκαν στη µελέτη του ηλεκτρισµού. Το 1799 ένας ιταλός επιστήµονας ο Αλεσσάντρο Βόλτα(Volt), κατασκεύασε το πρώτο µοντέλο ηλεκτρικής µπαταρίας. Στη φύση η πιο εµφανής εκδήλωση του ηλεκτρισµού είναι ο κεραυνός, που είναι µια δυνατή ηλεκτρική εκκένωση ανάµεσα σε ένα σύννεφο και το έδαφος ή ανάµεσα σε δύο σύννεφα. Μερικά ψάρια, µπορούν να παράγουν ηλεκτρική εκκένωση για να ζαλίσουν τη λεία τους ή για να αµυνθούν. Ο ηλεκτρισµός είναι µια µορφή ενέργειας πολύ χρήσιµη αλλά και πολύ επικίνδυνη. Γι’ αυτό υπάρχουν κανόνες για σωστή και κυρίως ασφαλή χρήση των ηλεκτρικών συσκευών και εγκαταστάσεων.
Ηλεκτροπληξία και οι επιπτώσεις της στον άνθρωπο
Ηλεκτροπληξία λέγεται η διέλευση ρεύµατος διαµέσου του ανθρωπίνου σώµατος µε συνέπεια να επιφέρει πολλές φορές τον θάνατο. Η επίδραση του ρεύµατος στον άνθρωπο εξαρτάται από τους πιο κάτω παράγοντες:
1) Ένταση του ρεύµατος
2) Χρονική διάρκεια του ρεύµατος
3) ∆ιαδροµή του ρεύµατος διαµέσου του σώµατος
4) Συχνότητα ή τύπος του ρεύµατος δηλαδή συνεχές, εναλλασσόµενο, κρουστικό.
5) Φυσική και ψυχική κατάσταση του ατόµου
Η πιο επικίνδυνη βλάβη που µπορεί να υποστεί το ανθρώπινο σώµα είναι η µαρµαρυγή. Προκύπτουν ισχυρές αρρυθµίες της καρδιάς µε συνέπεια την µειωµένη οξυγόνωση του εγκεφάλου µε συνέπεια ή να επέλθει ο θάνατος ή µια µόνιµη παράλυση λόγω βλάβης του εγκεφάλου. Η επίδραση του ρεύµατος στο σώµα εξαρτάται από το ρεύµα που διαρρέει την καρδιά. Μια ιδιαίτερη επικίνδυνη περίπτωση είναι όταν το ρεύµα περνάει από το αριστερό χέρι προς τα πόδια. Η χειρότερη περίπτωση είναι όταν το ρεύµα περνάει από το αριστερό χέρι προς το στήθος. Σε αντίθετη περίπτωση όταν περνάει από το δεξί χέρι προς την πλάτη είναι ακίνδυνο. Όταν αυξάνει η συχνότητα του ρεύµατος η επίδραση του γίνεται και πιο ακίνδυνη. Η περιοχή συχνοτήτων γύρω από τα 50 Hz είναι η πλέον επικίνδυνη.
Thomas Alva Edison (1847 - 1931)
Αµερικανός εφευρέτης, ο δηµιουργός του φωνογράφου, του λαµπτήρα, της
κινηµατογραφικής µηχανής, του φθοροσκοπίου, των σιδηροαλκαλικών µπαταριών,
διάφορων τεχνικών κατασκευής τσιµέντου κ.λ.π. Συνολικά ο Έντισον είχε 1093
διπλώµατα ευρεσιτεχνίας που καλύπτουν ένα ευρύτατο φάσµα. Όλα ξεκίνησαν όταν
τον έδιωξαν από το σχολείο ως καθυστερηµένο και αναγκάστηκε να δουλέψει στον
σιδηρόδροµο κι αργότερα ως τηλεγραφητής. Ο Έντισον όµως έγινε γνωστός από την εφεύρεση του τηλέγραφου, του µικρόφωνου από κάρβουνο, του φωνογράφου και
κυρίως του ηλεκτρικού φωτισµού µε την εφεύρεση της λάµπας, το 1879. Σύµφωνα µε τους αµερικανούς σ’ αυτόν οφείλεται και η εφεύρεση του κινηµατογράφου.
Πράγµατι, το 1891, ο Έντισον παρουσίασε το κινηµατοσκόπιο, ένα ξύλινο κουτί µε
κινηµατογραφικό φιλµ όπου, µε τη βοήθεια ενός προσοφθάλµιου φακού, µπορείς να δεις µια κινούµενη σκηνή, γραµµένη σε φιλµ.
Ο ηλεκτρισµός στη φύση
Κεραυνοί
Οι κεραυνοί, φαινόµενο εξαιρετικής βιαιότητας και οµορφιάς, έδωσαν στον άνθρωπο τα πρώτα ερεθίσµατα για τη µελέτη του ηλεκτρισµού. Ηλεκτρικά φαινόµενα εµφανίστηκαν στο σύµπαν από τις πρώτες κιόλας στιγµές του. Πάνω από τέσσερα δισεκατοµµύρια χρόνια πριν, όταν δεν υπήρχε ίχνος ζωής στον πλανήτη µας, εµφανίστηκαν οι πρώτες αστραπές στον ουρανό. Τα ηλεκτρικά φαινόµενα παίζουν σηµαντικό ρόλο και στη λειτουργία των οργανισµών. Τα µάτια δέχονται φωτεινές ακτίνες και τις µετατρέπουν σε στοιχειώδη ηλεκτρικά σήµατα, που µεταδίδονται στον εγκέφαλο από τα νεύρα. Η αντίληψη και η σκέψη, αλλά ακόµα και η ικανότητα της κίνησης, εξαρτώνται ολοκληρωτικά από τα στοιχειώδη ηλεκτρικά σήµατα, που διαδίδονται αστραπιαία µέσα από το νευρικό δίκτυο του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αλλά και στο ζωικό βασίλειο έχουµε
παραδείγµατα ζώων που "χρησιµοποιούν" τον ηλεκτρισµό. Χαρακτηριστικό παράδειγµα είναι το σαλάχι ή "µουδιάστρα". Αυτή η ζωντανή μπαταρία στέλνει ηλεκτρικά κύµατα που προκαλούν ηλεκτροσόκ σε όσους εχθρούς την πλησιάζουν. Ο ηλεκτρισµός κάνει την εµφάνιση του στη φύση και µε ένα εξαιρετικής βιαιότητας αλλά και οµορφιάς φαινόµενο, τους κεραυνούς. Παρατηρώντας τις αστραπές, ορισµένοι επιστήµονες (µε πρωτοπόρο τον Βενιαµίν Φραγκλίνο) άρχισαν να µελετούν τον ηλεκτρισµό.
Σταθµοί παραγωγής ηλεκτρικού ρεύµατος
Ηλεκτρική ενέργεια µπορούµε να πάρουµε πρακτικά από κάθε άλλη µορφή ενέργειας. Παρ' όλα αυτά όµως δόθηκε ιδιαίτερο βάρος (όπως ήταν φυσικό) στους τρόπους παραγωγής ηλεκτρισµού που συνέφεραν περισσότερο οικονοµικά. Έτσι σήµερα έχουµε οργανωµένους θερµοηλεκτρικούς, υδροηλεκτρικούς και πυρηνικούς σταθµούς, ενώ γίνεται µια προσπάθεια για ανάπτυξη αιολικών, ηλιακών αλλά και άλλων σταθµών για εκµετάλλευση των ήρεµων πηγών ενέργειας. Όλοι οι ηλεκτροπαραγωγικοί σταθµοί µετατρέπουν κάποιο είδος ενέργειας (θερµική, πυρηνική, δυναµική κ.λ.π.) σε κινητική ενέργεια κάποιας τουρµπίνας (ή αλλιώς στροβίλου), η οποία θέτει σε κίνηση µια γεννήτρια και µας δίνει τελικά ηλεκτρικό ρεύµα. Αυτό που διαφέρει λοιπόν στους διάφορους ηλεκτροπαραγωγικούς σταθµούς, είναι το "καύσιµο" που χρησιµοποιούν.
Θερµοηλεκτρικός σταθµός
Οι θερµοηλεκτρικοί σταθµοί λέγονται και ατµοηλεκτρικοί, γιατί εκµεταλλεύονται τη δύναµη του ατµού. Τέτοιοι σταθµοί έχουν έναν ή περισσότερους κεντρικούς λέβητες, στους οποίους καίνε λιγνίτη, πετρέλαιο ή φυσικό αέριο. Η θερµότητα που παράγεται από την καύση βράζει ποσότητες νερού, οι οποίες βρίσκονται σε ένα δίκτυο σωληνώσεων. Έτσι το νερό µετατρέπεται σε ατµό υψηλής πίεσης, ο οποίος θέτει σε κίνηση µια τουρµπίνα (ατµοστρόβιλο). Η τουρµπίνα µεταδίδει την κίνηση σε µια γεννήτρια και έχουµε έτσι παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος. Έπειτα ο ατµός συµπυκνώνεται και γίνεται έτσι πάλι νερό που οδηγείται ξανά στο λέβητα. Στην Ελλάδα υπάρχουν µόνο λιγνιτικοί και πετρελαϊκοί σταθµοί, οι οποίοι όµως δίνουν το 92% της ετήσιας παραγωγής της χώρας σε ηλεκτρικό ρεύµα.. Το υπόλοιπο 8% παράγεται από υδροηλεκτρικούς σταθµούς.
Υδροηλεκτρικός σταθµός
Η δύναµη της βαρύτητας κινεί το νερό των ποταµών προς τη θάλασσα. Ο υδροηλεκτρικός σταθµός παρεµβάλλεται σ' αυτήν τη ροή και τη χρησιµοποιεί για την περιστροφή στροβίλων. Οι στρόβιλοι συνδέονται µε γεννήτριες, οι οποίες µας δίνουν το ηλεκτρικό ρεύµα. Η υδροηλεκτρική παραγωγή δεν µπορεί να βασιστεί σ' έναν ποταµό, ο οποίος την περίοδο των βροχών είναι γεµάτος, αλλά συρρικνώνεται την
περίοδο της ξηρασίας. Γι'αυτό συνήθως χτίζεται ένα φράγµα, το οποίο συγκρατεί το νερό την περίοδο της αφθονίας και το χρησιµοποιεί στην ξηρασία. Το φράγµα σχηµατίζει λίµνη, η οποία µπορεί να διαθέσει νερό για άρδευση. Υπάρχει όµως και µια άλλη κατηγορία υδροηλεκτρικών σταθµών, οι οποίοι δεν εκµεταλλεύονται την ενέργεια των υδατοπτώσεων αλλά την ώθηση της παλίρροιας. Η παραγωγή
ηλεκτρισµού µε εκµετάλλευση της δύναµης του νερού δεν µολύνει την ατµόσφαιρα, όπως οι θερµοηλεκτρικοί σταθµοί και δεν δηµιουργεί επικίνδυνα και µακρόβια πυρηνικά απόβλητα, όπως οι πυρηνικοί.
Πυρηνικός σταθµός
Οι διάφοροι τύποι πυρηνικών σταθµών λειτουργούν µε βάση την αρχή ό,τι ελάχιστες ποσότητες ραδιενεργού ύλης µπορούν να µετατραπούν σε τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Αυτό γίνεται ως εξής : Όταν ένα νετρόνιο προσκρούσει στον πυρήνα ενός ατόµου, τον διασπά, µε αποτέλεσµα να απελευθερωθούν περισσότερα νετρόνια. Αυτά προσκρούουν σε άλλους πυρήνες, τους διασπούν κ.λ.π. και έτσι προκύπτει µια αλυσιδωτή αντίδραση. Αν η πυρηνική αντίδραση είναι ανεξέλεγκτη, τότε προκαλείται τροµερή έκρηξη. Στο φαινόµενο αυτό άλλωστε βασίζεται η λειτουργία των πυρηνικών όπλων. Ο έλεγχος της αντίδρασης, για την παραγωγή ωφέλιµης ενέργειας, γίνεται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Ειδικές ράβδοι βορίου στο εσωτερικό του αντιδραστήρα, περιορίζουν τη διάσπαση νέων πυρήνων. Το στοιχείο που χρησιµοποιείται ως καύσιµο στους πυρηνικούς αντιδραστήρες είναι το ουράνιο 235. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, το ουράνιο υπερθερµαίνεται. Το ψυκτικό µέσο
(υγρό ή αέριο) που κυκλοφορεί στον αντιδραστήρα, απορροφά την παραγόµενη θερµότητα και θερµαίνει το νερό ενός λέβητα. Ο ατµός που παράγεται κινεί τους στροβίλους και µέσω αυτών και τις γεννήτριες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύµατος. Στη χώρα µας πυρηνικός αντιδραστήρας λειτουργεί στο ερευνητικό κέντρο ∆ηµόκριτος.
Αιολικός σταθµός
Η µετατροπή της αιολικής ενέργειας σε µηχανική είναι µια πολύ παλιά ιστορία. Οι ανεµόµυλοι εκµεταλλεύονταν τον άνεµο για άντληση νερού και για άλεσµα καρπών εδώ και πολλούς αιώνες. Πρόσφατα όµως σχεδιάστηκαν νέοι "ανεµόµυλοι", στους οποίους τα φτερά αντικαταστάθηκαν µε αεροδυναµικά πτερύγια. Τα πτερύγια αυτά περιστρέφονται µε τη βοήθεια του ανέµου γύρω από έναν άξονα, δίνοντας κίνηση σε µια γεννήτρια. Όλο το σύστηµα τοποθετείται στην κορυφή ενός πύργου στήριξης και µε τον έλεγχο ενός υπολογιστή στρέφεται έτσι ώστε πάντα να είναι στη διεύθυνση του ανέµου. Οι σύγχρονοι αυτοί ανεµόµυλοι ονοµάστηκαν "ανεµογεννήτριες".
Οι ανεµογεννήτριες, λειτουργούν αποτελεσµατικά µόνο για ταχύτητες ανέµων πάνω από ένα συγκεκριµένο όριο. Αν η ταχύτητα του ανέµου πέσει κάτω από το όριο αυτό, τα πτερύγια ακινητοποιούνται, όπως και σε περίπτωση θύελλας. Σήµερα στις ΗΠΑ έχουν δηµιουργηθεί ολόκληρες φάρµες µε ανεµογεννήτριες, οι οποίες παράγουν ηλεκτρικό ρεύµα χωρίς να καταργούν τις γεωργικές καλλιέργειες και το βασικότερο, χωρίς να µολύνουν το περιβάλλον.
Ηλιακός σταθµός
Η ηλιακή ενέργεια έχει δύο βασικά πλεονεκτήµατα: Είναι ανεξάντλητη και δε µολύνει το περιβάλλον. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες εκµετάλλευσης της. Κατ' αρχήν υπάρχει το φωτοβολταικό στοιχείο. Αυτό είναι µια συσκευή, η οποία µετατρέπει την ηλιακή ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρικό ρεύµα. Όµως το ηλεκτρικό ρεύµα που µας δίνει, έχει χαµηλή τάση και δεν είναι εύκολο να χρησιµοποιηθεί. Έτσι η σύγχρονη τεχνολογία προσπάθησε να εκµεταλλευθεί τη θερµότητα που µας δίνει ο ήλιος για να παράγουµε ηλεκτρισµό.
Σήµερα υπάρχουν ορισµένοι σταθµοί, όπως αυτός της φωτογραφίας, στους οποίους έχουµε κάτοπτρα που στρέφονται συνεχώς προς τον ήλιο, ανακλούν τις ακτίνες του και τις εστιάζουν σε σωλήνες µε λάδι ειδικού τύπου. Το λάδι υπερθερµαίνεται και βράζει ποσότητες νερού. Ο ατµός που παράγεται κινεί τις τουρµπίνες, οι οποίες µε τη σειρά τους µεταδίδουν την κίνηση σε γεννήτριες, παράγοντας έτσι ηλεκτρικό ρεύµα.
Ηλεκτρικό δίκτυο
Μια τυπική γεννήτρια ηλεκτροπαραγωγικού σταθµού, δίνει εναλλασσόµενη τάση της τάξης των 25.000 Volt. Έξω από τους ηλεκτροπαραγωγικούς σταθµούς, υπάρχουν µετασχηµατιστές, οι οποίοι ανεβάζουν την τάση στα εκατοντάδες χιλιάδες Volt, µια και κατά την µεταφορά υψηλής τάσης χάνουµε λιγότερο σε ενέργεια. Το ρεύµα φτάνει στους υποσταθµούς, οι οποίοι και πάλι µε τη βοήθεια µετασχηµατιστών κατεβάζουν την τάση, πριν τη διοχετεύσουν στα σπίτια µας, για να µην καταστραφούν οι διάφορες οικιακές συσκευές.
Μετασχηµατιστές
Το ηλεκτρικό ρεύµα που διαρρέει το πρωτεύον πηνίο δηµιουργεί ηλεκτρικό ρεύµα στο δευτερεύον πηνίο, παρότι τα δύο πηνία δεν ακουµπάνε µεταξύ τους. Ο µετασχηµατιστής είναι ένα όργανο µε το οποίο µπορούµε να µεταβάλλουµε την τάση του ηλεκτρικού ρεύµατος. ∆ιαθέτει δύο πηνία, δηλαδή συρµάτινες περιελίξεις τυλιγµένες γύρω από σιδερένιους πυρήνες. Όταν ένα εναλλασσόµενο ρεύµα ορισµένης τάσης, περνάει από το πρώτο πηνίο (πρωτεύον), δηµιουργεί ένα επίσης εναλλασσόµενο µαγνητικό πεδίο µέσα στον σιδερένιο πυρήνα. Καθώς το µαγνητικό
πεδίο αλλάζει διαρκώς κατεύθυνση, δηµιουργείται ένα εναλλασσόµενο επαγωγικό ρεύµα στο δεύτερο πηνίο (δευτερεύον). Αυτό το ρεύµα του δευτερεύοντος πηνίου έχει µια άλλη τάση από το αρχικό, η οποία µάλιστα εξαρτάται από τον αριθµό των σπειρών των δύο πηνίων. Συγκεκριµένα, αν το δευτερεύον πηνίο έχει περισσότερες σπείρες από το πρωτεύον η τάση µεγαλώνει, ενώ στην αντίθετη περίπτωση µειώνεται. Αυτός βέβαια δεν είναι κάποιος µαγικός τρόπος για να κερδίσουµε ενέργεια, µια και µπορεί να µεγαλώνει η τάση, πέφτει όµως η ένταση του ρεύµατος έτσι ώστε η ενέργεια να παραµένει σταθερή. Επειδή όλες οι οικιακές συσκευές χρησιµοποιούν ηλεκτρικό ρεύµα τάσης πολύ χαµηλότερης από αυτή που δίνουν οι ηλεκτροπαραγωγοί σταθµοί, οι µετασχηµατιστές χρησιµοποιούνται ευρύτατα.
Μπαταρία
Υγρή µπαταρία µε ζεύγη πλακών µολύβδου και οξειδίου του µολύβδου. Ο ηλεκτρολύτης είναι διάλυµα θειικού οξέως. Σε ηλεκτρικό ρεύµα µπορεί να µετατραπεί κάθε άλλη µορφή ενέργειας (θερµική, πυρηνική, αιολική κ.λ.π.). Για τη µετατροπή της χηµικής ενέργειας σε ηλεκτρική, χρησιµοποιούνται τα "ηλεκτρικά στοιχεία" και οι "συσσωρευτές" ή "µπαταρίες". Το ηλεκτρικό στοιχείο είναι η θεµελιώδης συσκευή αποθήκευσης και διάθεσης ηλεκτρισµού. Αποτελείται από δύο πλάκες, φτιαγµένες από διαφορετικά µέταλλα και βυθισµένες σε ένα δοχείο µε υγρό. Οι πλάκες (που πρέπει να είναι αγώγιµες) λέγονται ηλεκτρόδια, ενώ το υγρό είναι και αυτό αγώγιµο και λέγεται ηλεκτρολύτης. Τα δύο µέταλλα αντιδρούν χηµικά µε τον ηλεκτρολύτη και αν τα συνδέσουµε µε κάποιον αγωγό θα έχουµε κυκλοφορία ηλεκτρικού ρεύµατος. Ένα ή πολλά ηλεκτρικά στοιχεία στη σειρά, σχηµατίζουν µία µπαταρία. Έτσι έχουµε τις υγρές µπαταρίες οι οποίες
αποτελούνται από επαναφορτιζόµενα ηλεκτρικά στοιχεία και τις ξηρές µπαταρίες, οι οποίες έχουν µη επαναφορτιζόµενα. Οι υγρές µπαταρίες χρησιµοποιούνται κυρίως στα αυτοκίνητα και λέγονται έτσι επειδή ο ηλεκτρολύτης τους είναι υγρός. Σηµαντική πρόοδος σηµειώθηκε µε το ξηρό στοιχείο, το οποίο αντί για υγρό ηλεκτρολύτη χρησιµοποιεί έναν κολλώδη πολτό. Οι µπαταρίες ξηρών στοιχείων χρησιµοποιούνται
σήµερα στα ραδιόφωνα, στους φακούς κ.λ.π. Οι πιο πρόσφατες εξελίξεις έδωσαν τις αλκαλικές µπαταρίες και άλλες πηγές µακράς διάρκειας ζωής.
Μεταβλητός πυκνωτής
Οι πυκνωτές είναι οι µόνες ηλεκτρικές διατάξεις (µε εξαίρεση τις µπαταρίες), που αποθηκεύουν ηλεκτρικό φορτίο. Παρότι υπάρχουν πολλοί τύποι πυκνωτών, όλοι έχουν δύο αγώγιµες µεταλλικές πλάκες (οπλισµοί). Αυτές χωρίζονται µε κάποιο µονωτικό υλικό (π.χ. χαρτί ή αέρα), το οποίο λέγεται διηλεκτρικό. Η χαρακτηριστική ιδιότητα του πυκνωτή είναι η χωρητικότητα, πόσο δηλαδή φορτίο µπορεί να αποθηκευθεί κάτω από µια συγκεκριµένη ηλεκτρική τάση. Η χωρητικότητα µετριέται σε Farad προς τιµή του Φαραντέι (Michael Faraday). Υπάρχουν πυκνωτές στους οποίους οι οπλισµοί είναι σταθεροί, άρα και η χωρητικότητα τους. Σε άλλους όµως, οι οπλισµοί είναι δυνατόν να µετακινηθούν, αλλάζοντας έτσι και την τιµή της χωρητικότητας. Οι τελευταίοι πυκνωτές λέγονται µεταβλητοί. Οι πυκνωτές είναι ζωτικής σηµασίας εξαρτήµατα πολλών ηλεκτρικών συσκευών, από τα πλυντήρια µέχρι τα στερεοφωνικά. Χρησιµοποιούνται τέλος και για τον διαχωρισµό του συνεχούς (d.c.) από το εναλλασσόµενο ρεύµα (a.c.).
Λαµπτήρες
Η πιο σηµαντική ίσως εφαρµογή του ηλεκτρισµού είναι ο ηλεκτρικός λαµπτήρας. Ο φωτισµός στις µέρες µας είναι τόσο απλός, όσο το πάτηµα ενός διακόπτη. Σήµερα κυκλοφορούν πλέον διάφορα είδη λαµπτήρων: οι λαµπτήρες φθορισµού, πυράκτωσης, αλογόνου, ατµών νατρίου κ.α. Οι πλέον συνηθισµένοι είναι οι λαµπτήρες πυράκτωσης. Αυτοί έχουν ένα λεπτό νήµα από βολφράµιο, το οποίο θερµαίνεται από ηλεκτρικό ρεύµα µέχρι να αρχίσει να ακτινοβολεί λευκό φως (λευκοπύρωση). Το νήµα βρίσκεται µέσα σε ένα γυάλινο δοχείο απ' το οποίο έχει αφαιρεθεί ο αέρας και στη θέση του έχουµε κάποιο αδρανές αέριο (αργό, άζωτο κ.λ.π). Το αέριο αυτό βοηθά στο να µην καίγεται εύκολα το νήµα. Υπάρχουν ακόµη κάποιοι λαµπτήρες οι οποίοι στο εσωτερικό τους δεν έχουν αντίσταση (σύρµα), αλλά κάποιο αέριο το οποίο ακτινοβολεί όταν το διαπερνά ηλεκτρικό ρεύµα. Ανάλογα µε το είδος του αερίου έχουµε ακτινοβολία µε διαφορετικό χρώµα και ο λαµπτήρας λέγεται αντίστοιχα : λαµπτήρας νέου (κόκκινο φως), λαµπτήρας ατµών νατρίου (έντονο κίτρινο φως) κ.λ.π.
Λαµπτήρας φθορισµού
Μια ειδική κατηγορία λαµπτήρων που εµφανίστηκε σε πλατιά κλίµακα είναι οι λαµπτήρες φθορισµού. Αυτοί αποτελούνται από ένα γυάλινο σωλήνα, ο οποίος περιέχει ατµούς υδραργύρου. Όταν ο σωλήνας διαρρέετε από ηλεκτρικό ρεύµα, οι ατµοί εκπέµπουν υπεριώδεις ακτίνες, οι οποίες χτυπούν σε µια επίστρωση που υπάρχει στο εσωτερικό του σωλήνα και µας δίνουν φως χάρη στο φαινόµενο του φθορισµού. Οι λαµπτήρες φθορισµού καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια από τις συνηθισµένες λάµπες.
Εναλλασσόµενο ρεύµα
Το ηλεκτρικό ρεύµα µπορεί να έχει σταθερή διεύθυνση, οπότε λέγεται συνεχές (DC),ή η διεύθυνση του να αντιστρέφεται συνεχώς, οπότε λέγεται εναλλασσόµενο (AC).Ένας Σέρβος φυσικός που µετανάστευσε στις ΗΠΑ, ο Τέσλα (Nikola Tesla) ήταν αυτός που απέδειξε την αξία του εναλλασσόµενου ρεύµατος (σε πείσµα µάλιστα του δασκάλου του Thomas Edison, που ήταν υπέρµαχος του συνεχούς ρεύµατος).Ο Τέσλα σχεδίασε το µεγάλο σύστηµα παραγωγής εναλλασσόµενου ρεύµατος στους καταρράκτες του Νιαγάρα, το οποίο όταν το 1895 άρχισε να λειτουργεί, παρήγαγε τόση ισχύ, όση όλοι οι άλλοι σταθµοί συνεχούς ρεύµατος στις ΗΠΑ µαζί. Επίσης ο Τέσλα κατασκεύασε µια άλλη µορφή ηλεκτροκινητήρα, που λειτουργούσε µε εναλλασσόµενο ρεύµα και ονοµάστηκε επαγωγικός κινητήρας.
Ηλεκτρικές συσκευές
Μερικές από τις πιο διαδεδοµένες ηλεκτρικές οικιακές συσκευές, που κάνουν καθηµερινά ευκολότερη τη ζωή µας. Από τη στιγµή που ο ηλεκτρισµός έγινε προσιτός στη µέση οικογένεια, οι κατασκευαστές άρχισαν να ανακαλύπτουν συνέχεια καινούργιες χρήσεις του. Στην αρχή του εικοστού αιώνα σχεδιάστηκαν διάφορες συσκευές "εξοικονόµησης εργασίας", αλλά µόνο τα ηλεκτρικά φώτα και το ηλεκτρικό σίδερο έγιναν συστατικά στοιχεία του µέσου νοικοκυριού. Οι περισσότερες από τις πρώτες ηλεκτρικές συσκευές µετέτρεπαν απλώς την ηλεκτρική
ενέργεια σε θερµότητα (αξεσουάρ κοµµωτηρίου κ.λ.π.). Έπρεπε να διαδοθούν σε πλατιά κλίµακα οι ηλεκτροκινητήρες για να αξιοποιηθεί η ικανότητα του ηλεκτρισµού να µετασχηµατίζεται σε µηχανική ενέργεια. Από εκείνη τη στιγµή, η γκάµα των ηλεκτρικών συσκευών άρχισε να διευρύνεται γρήγορα, συµπεριλαµβάνοντας µικρές θερµάστρες, πιστολάκια για τα µαλλιά και απλά µίξερ. Σήµερα, οι διάφορες ηλεκτρικές συσκευές (από την ηλεκτρική οδοντόβουρτσα µέχρι τον ψυγειοκαταψύκτη), κυριαρχούνε στη ζωή µας, κάνοντάς την σηµαντικά ευκολότερη.
Μεγάλη τρίοδος λυχνία εκποµπής
Τρίοδος λυχνία υψηλής ισχύος. Το ηλεκτρόδιο που έλκει τα ηλεκτρόνια θερµαίνεται πάρα πολύ, γι' αυτό φτιάχνεται από άνθρακα, ο οποίος έχει καλή αντοχή σε υψηλές θερµοκρασίες. Η επιστηµονική κατανόηση της φύσης και της συµπεριφοράς των ηλεκτρονίων µέσω των διάφορων φαινοµένων του ηλεκτρισµού οδήγησε στην κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτηµάτων, όπως η λυχνία. Αν και η λυχνία χρησιµοποιήθηκε ευρύτατα σε όλων των ειδών τις ηλεκτρονικές συσκευές, σύντοµα αντικαταστάθηκε γιατί ξόδευε πολλή ενέργεια. ∆ιάδοχος της λυχνίας σε µια σειρά
εφαρµογών ήταν το τρανζίστορ. Στη δεκαετία του 1960 αναπτύχθηκαν νέες τεχνικές, χάρη στις οποίες οι κατασκευαστές µπορούσαν να στριµώξουν ολόκληρα ηλεκτρονικά κυκλώµατα σε ένα µικροσκοπικό "τσιπ", δηλαδή ένα λεπτό στρώµα πυριτίου. Είχε αρχίσει η εποχή των ολοκληρωµένων κυκλωµάτων η οποία, στηριζόµενη σε βασικές ηλεκτρικές ιδιότητες, έχει αλλάξει τη ζωή µας.
Ηλεκτρόλυση
Ηλεκτρόλυση είναι η διάσπαση µιας ουσίας µε τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύµατος. Η αρχή έγινε το 1800, όταν πρώτοι οι Νίκολσον και Κάρλαιλ παρατήρησαν πως όταν βύθιζαν δύο µεταλλικές ράβδους (ηλεκτρόδια) σε ορισµένα διαλύµατα (ηλεκτρολύτες) και συνέδεαν έπειτα τις ράβδους µε µια µπαταρία, το ηλεκτρικό ρεύµα κυκλοφορούσε µέσω του ηλεκτρολύτη. Μάλιστα στο ένα ή και στα δύο ηλεκτρόδια είχαµε εναπόθεση κάποιας ουσίας. Αυτό εξηγείται ως εξής : Υπάρχουν ενώσεις, οι οποίες όταν βρεθούν σε διάλυµα, διασπώνται σε θετικά και αρνητικά
φορτισµένα σωµατίδια. Έτσι όταν συνδέσουµε µε µια πηγή ηλεκτρικού ρεύµατος τα ηλεκτρόδια, τα θετικά φορτισµένα σωµατίδια θα τα έλξη το αρνητικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος), ενώ τα αρνητικά φορτισµένα το θετικό ηλεκτρόδιο (άνοδος). Αυτά τα σωµατίδια ο Φαραντέι τα ονόµασε "ιόντα" (από την µετοχή του Αρχαίου Ελληνικού "ειµί" = "Εκείνο που πηγαίνει"). Έτσι µε το φαινόµενο της ηλεκτρόλυσης είναι δυνατόν να διασπαστεί µια ένωση στα στοιχεία που περιέχει, µια και τα ιόντα χάνουν το φορτίο τους στα ηλεκτρόδια και µετατρέπονται συνήθως σε ουδέτερα άτοµα. Η ηλεκτρόλυση χρησιµοποιείται για την εξαγωγή καθαρών µετάλλων από τα µεταλλεύµατα τους, για τον "γαλβανισµό" υλικών (δηλαδή την επίστρωση µετάλλων µε ασήµι, χρυσό ή άλλες ουσίες) κ.α.
Ο ηλεκτρισµός στην επικοινωνία
Ο τηλέγραφος που κατασκευάστηκε το 1858 από τον Βρετανό Σερ Τσαρλς Ουίτστοουν. Κύριο χαρακτηριστικό του ήταν η ευκολία στη χρήση του. Για να στείλει ένα µήνυµα ο χειριστής έπρεπε απλώς να γυρίσει τη λαβή και να πατήσει τα κουµπιά. Η συµβολή του ηλεκτρισµού στην τηλεπικοινωνία, τόσο την ενσύρµατη όσο και την ασύρµατη ήταν καθοριστική. Μια πρώτη σηµαντική εφαρµογή ήταν ο τηλέγραφος, ο οποίος ήταν ένα σύστηµα αποστολής κωδικοποιηµένων ηλεκτρικών παλµών από ένα µέρος σε κάποιο άλλο µέσω ενός απλού κυκλώµατος µε διακόπτη. Ο πατέρας του τηλέγραφου ήταν ο Σαµουήλ Μορς (Samuel Mors), ο οποίος και έδωσε το όνοµα του στο αλφάβητο του γνωστού κώδικα µε τις τελείες και τις παύλες, που χρησιµοποιούσε ο τηλέγραφος (Κώδικας Μορς). Αργότερα έγινε δυνατή η µετατροπή της φωνής σε ηλεκτρικά σήµατα και η αποστολή της σε µακρινές αποστάσεις, µέσω του τηλεφώνου. Τέλος γύρω στο 1880 ο Χερτζ (Heinrich Hertz) αξιοποιώντας τις εξισώσεις του Μάξγουελ καθιέρωσε την ασύρµατη επικοινωνία µέσω των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων, ανοίγοντας έτσι το δρόµο για την εποχή του ραδιοφώνου, της τηλεόρασης και των δορυφόρων.
Ηλεκτροσκόπιο
Η πλαστική χτένα φορτίζεται όταν τρίβεται πάνω σε µαλλί. Μπορούµε να µετρήσουµε το φορτίο της, αν τη φέρουµε σε επαφή µε ένα ηλεκτροσκόπιο φύλλων χρυσού και παρατηρήσουµε την απόκλιση των φύλλων από τη ράβδο. Το ηλεκτροσκόπιο είναι µια απλή συσκευή µε την οποία ανιχνεύουµε αν ένα σώµα είναι ηλεκτρισµένο. Αποτελείται από µια φιάλη, η οποία στο εσωτερικό της έχει δύο λεπτά φύλλα χρυσού τα οποία µέσω µιας µεταλλικής ράβδου συνδέονται µε έναν µεταλλικό δίσκο, ο οποίος βρίσκεται έξω από την φιάλη. Αν ακουµπήσουµε ένα ηλεκτρισµένο σώµα στο δίσκο, το ηλεκτρικό φορτίο θα περάσει, µέσω της ράβδου, από το σώµα στα δύο µεταλλικά φύλλα, τα οποία θα φορτιστούν οµώνυµα. Όµως τα οµώνυµα φορτία απωθούνται και έτσι τα δύο φύλλα απωθούνται και τελικά αποκλίνουν, δείχνοντας µας ποια σώµατα είναι φορτισµένα και ποια όχι.
Ηλεκτροκαρδιογράφηµα
Η ανθρώπινη ζωή εξαρτάται από διάφορα ηλεκτρικά φαινόµενα. Κάθε ένα περίπου δευτερόλεπτο, ο καρδιακός µυς µεταφέρει στοιχειώδη ηλεκτρικά σήµατα που προκαλούν και συντονίζουν ένα χτύπο της καρδιάς. Αυτά τα σήµατα στέλνουν µέσα από τους ιστούς του οργανισµού, την "ηχώ" τους µέχρι το δέρµα. Εκεί µπορούν να εντοπιστούν από µεταλλικούς ανιχνευτές και να εµφανιστούν σε οθόνες σαν κυµατοειδείς καµπύλες. Έτσι παίρνουµε το ηλεκτροκαρδιογράφηµα (ECG). Εκτός όµως από τη λειτουργία της καρδιάς, ηλεκτρικά ερεθίσµατα ρυθµίζουν
τη λειτουργία των αισθητήριων οργάνων, του µυϊκού συστήµατος αλλά και του εγκεφάλου. Μάλιστα µε µια µέθοδο ανάλογη του ηλεκτροκαρδιογραφήµατος µπορούµε να πάρουµε το ηλεκτροεγκεφαλογράφηµα, το οποίο µας δίνει µια εικόνα της λειτουργίας του εγκεφάλου. Υπάρχουν πολλές άλλες εφαρµογές του ηλεκτρισµού στην Ιατρική, όπως ο τεχνητός βηµατοδότης, ο οποίος καθορίζει το ρυθµό λειτουργίας της καρδιάς όταν ο φυσικός υποστεί βλάβη, τα νυστέρια µε ακτίνες λέιζερ, ο αξονικός τοµογράφος και πολλές άλλες, που αυξάνουν και βελτιώνονται καθηµερινά
Το µέλλον της ηλεκτρικής ενέργειας
Ο ηλεκτρισµός προορίζεται να γίνει πηγή της ενέργειας του µέλλοντος, κυρίως, γιατί έχει ένα βασικό πλεονέκτηµα: δεν ρυπαίνει τον πλανήτη µας. Η ηλεκτρική ενέργεια έχει τη δυνατότητα να µετατρέπεται σε άλλες µορφές ενέργειας ή σε εργασία πολύ µεγάλης απόδοσης. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στους πυρηνικούς σταθµούς, θα αντικατασταθεί σ’ένα όχι πολύ µακρινό µέλλον τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας, όπως είναι ο άνθρακας και το πετρέλαιο
Υ.Γ.
O ηλεκτρισµός από τότε που εφευρέθηκε έχει αλλάξει ριζικά τη ζωή των ανθρώπων. ∆εν µιλάµε µόνο για την καθηµερινή µας ζωή αλλά και για χιλιάδες άλλες χρήσεις. Οι επιστήµονες κατάφεραν να τον χρησιµοποιήσουν στην προσπάθεια τους να γνωρίσουν καλύτερα τον κόσµο στον οποίο ζούµε, το σύµπαν, τον άνθρωπο, έτσι ώστε να βελτιώσουν τις συνθήκες ζωής. Στην επικοινωνία, στην γρήγορη µετάδοση γνώσεων ο ηλεκτρισµός ήταν και πάλι το σηµείο από όπου ξεκίνησαν όλα. Σίγουρα όταν ο Edison εφηύρε τον ηλεκτρισµό δεν ήξερε ότι θα φτάναµε ως εδώ. Ότι θα ερχόταν µια µέρα που θα αποθηκεύαµε γνώση, σε ένα µικροτσίπ. Μπορεί όµως κανείς να µας πει πως ξέρει, που θα µας οδηγήσει στο µέλλον ;
