برق

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
فارسیEnglish
آذرخش یکی از دراماتیک‌ترین تأثیرات الکتریسیته است.

برق[۱] یا نیروی کهربایی[۲][منبع نامعتبر؟] یا الکتریسیته[۱] (به یونانی: ήλεκτρον)، مجموعه‌ای از پدیده‌های طبیعیست که به حضور و جریان بار الکتریکی وابسته است. الکتریسیته آثار معروف متنوعی چون آذرخش، الکتریسیته ساکن، القای الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی دارد. به علاوه، الکتریسیته امکان تولید و دریافت تابش‌های الکترومغناطیسی مانند موج‌های رادیویی را فراهم می‌آورد.

در الکتریسیته، بارهای الکتریکی میدان‌های الکترومغناطیسی را تولید می‌کنند و این میدان‌ها سایر بارها را تحت تأثیر قرار می‌دهند. الکتریسیته به چند دلیل مختلف فیزیکی اتفاق می‌افتد:

در مهندسی برق از الکتریسیته برای این منظورها استفاده می‌شود:

پدیده‌های الکتریکی از گذشته دور مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما پیشرفت در درک نظری تا قرن‌های هفدهم و هجدهم به آرامی اتفاق افتاد. حتی آن زمان نیز کاربرد الکتریسیته اندک بود، و این موضوع تا اواخر قرن نوزدهم و زمانی که مهندسان قادر به استفاده از برق در مناطق صنعتی و مسکونی شوند، ادامه یافت. پیشرفت سریع در تکنولوژی الکتریکی صنعت و جامعه را دگرگون ساخت. کاربرد گسترده الکتریسیته سبب شد که از آن در موارد کاربردی بدون محدودیت شامل حمل و نقل، گرمایش، روشنایی، مخابرات و محاسبات استفاده شود. اکنون الکتریسیته پایه‌های جامعه صنعتی مدرن را تشکیل می‌دهد.[۳]

تاریخچه[ویرایش]

تالس، اولین محقق شناخته شده دربارهٔ الکتریسیته

خیلی پیشتر از هر اطلاعی از الکتریسیته، مردم از شوک‌های ماهی‌های الکتریکی آگاهی داشتند. در نوشته‌های مصریان باستان که از سده ۲۸ (پیش از میلاد) باقی مانده‌اند، نام این‌گونه‌ها را تندرگرهای نیل گذاشتند، و آن‌ها را محافظ سایر ماهی‌ها می‌دانستند. هزاران سال قبل، ماهی‌های [الکتریکی] به وسیله یونان باستان، امپراطوری روم و طبیعت‌شناسان مسلمان گزارش شده است.[۴] چند نویسنده باستانی، مانند پلنیوس و اسکریبونیوس لارگوس به وجود تأثیرات بی‌حس‌کنندهٴ شوک‌های الکتریکی ناشی از گربه‌ماهی‌های الکتریکی و سپرماهی‌سانان پی بردند و دریافتند که این شوک‌ها، به‌وسیلهٴ اشیای هادی انتقال می‌یابد.[۵] به بیماران مبتلا به بیماری‌هایی چون نقرس یا سردرد، توصیه می‌شد که ماهی الکتریکی را لمس کنند تا شاید نیروی قدرتمندش آن‌ها را درمان کند.[۶] اولین و نزدیکترین روش کشف برای شناسایی آذرخش و الکتریسیته، به اعراب نسبت داده می‌شود، که قبل از قرن ۱۵ام، واژه عربی «رعد» را به پرتوماهی برقی اطلاق کردند.[۷]

مردم در تمدن‌های کنار مدیترانه دریافته بودند که اجسامی چون کهربا، با مالش به موهای گربه می‌توانند اجسام سبک چون پر را جذب کنند. دانشمند و فیلسوف یونانی، تالس حدود ۶۰۰ سال پیش از میلاد، پس از مطالعاتی که بر روی الکتریسیته ساکن انجام داد، چنین برداشت کرد که مالش، کهربا را تبدیل به ماده مغناطیسی می‌کند و برخلاف آن، معادنی چون مگنتیت نیازی به مالش ندارند.[۸] طبق نظریه‌ای مورد مناقشه، به دلیل اکتشاف باتری بغدادی، کشف الکتریسیته را به ایران و بین‌النهرین باستان در دوره اشکانیان نسبت می‌دهند. اما با وجود شباهت این قطعه باستانی با پیل گالوانی، دانشمندان در این مورد که واقعاً آن خاصیت الکتریکی داشته یا خیر تردید دارند.[۹][۱۰]

بنجامین فرانکلین در قرن ۱۸ام، تحقیقات وسیعی بر روی الکتریسیته انجام داد که این تحقیقات توسط جوزف پریستلی با عنوان تاریخچه و شرایط فعلی الکتریسیته تنظیم شد. فرانکلین با این فرد مکاتبات گسترده‌ای انجام داد.

الکتریسیته تا سال ۱۶۰۰ به مدت چند هزار سال تنها به‌عنوان یک کنجکاوی ذهنی قلمداد می‌شد، تا اینکه ویلیام گیلبرت، دانشمند انگلیسی، مطالعات دقیقی پیرامون الکتریسیته و مغناطیس انجام داد. او تأثیر سنگ آهنربا را به وسیله مالش کهربا شناسایی کرد.[۱۱][۱۲] او واژه electricus را به خاصیت جذب اجسام کوچک، پس از مالش، نسبت داد. پس از این رویداد، واژه الکتریسیته و الکتریکی برای اولین در کتاب سیودودکسیا اپیدمیکا، نوشته توماس براون چاپ شد.[۱۳]

بعدها افرادی چون اتو فن گریکه، رابرت بویل، استفن گری و چارلز فرانکویس این مسیر را ادامه دادند.[۱۴] در قرن ۱۸ام، بنجامین فرانکلین تحقیقات گسترده‌ای پیرامون الکتریسیته انجام داد. او با فروش دارایی‌های خود، هزینه کارش را فراهم کرد. مشهور است که او در سال ۱۷۵۲ یک کلید فلزی را به انتهای یک بادبادک مرطوب وصل کرد و آن را در آسمان طوفانی به هوا فرستاد.[۱۵] جرقه‌های متوالی که از کلید به پشت دستش می‌پریدند، نشان دادند که آذرخش قطعاً پدیده‌ای الکتریکی در طبیعت است.[۱۶] او همچنین رفتار ظاهراً متناقض[۱۷] بطری لیدن را به‌عنوان وسیله‌ای برای ذخیرهٴ مقادیر زیاد بار الکتریکی توصیف کرد.[۱۴]

مایکل فارادی اساس تکنولوژی موتور الکتریکی را شکل داد.

در سال ۱۷۹۱، لوییجی گالوانی اکتشاف خود در زمینه بیوالکتریک را منتشر کرد. او نشان داد که الکتریسیته واسطه‌ایست که به‌وسیلهٴ آن، سیگنال‌ها از یاخته‌های عصبی به ماهیچه‌ها انتقال می‌یابند.[۱۸][۱۹][۱۴] در قرن ۱۸ام، باتری الساندرو ولتا، یا پیل ولتایی، که از روی هم قرار گرفتن لایه‌های متناوب روی و مس ساخته شده بود، برای دانشمندان منبع انرژی قابل اعتمادتری نسبت به ژنراتورهای الکترواستاتیکی قدیمی فراهم کرد.[۱۸][۱۹] کشف الکترومغناطیس، یا همان وحدت پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی، بین سال‌های ۱۸۱۹–۱۸۲۰ به‌وسیلهٴ هانس کریستین اورستد و آندره ماری آمپر اتفاق افتاد. در سال۱۸۲۱، مایکل فارادی موتور الکتریکی را اختراع کرد و در سال ۱۸۲۷ گئورگ زیمون اهم از نظر ریاضی مدار الکتریکی را مورد بررسی قرار داد.[۱۹] در سال‌های ۱۸۶۱ و ٬۱۸۶۲جیمز کلرک ماکسول در کتاب دربارهٔ خطوط فیزیکی نیرو، الکتریسیته و مغناطیس را به‌طور قطعی به هم مرتبط ساخت.[۲۰]

درحالی که در اوایل قرن ۱۹ام، پیشرفت‌های سریعی در برق اتفاق افتاد، اواخر قرن ۱۹ام، شاهد بزرگترین پیشرفت در مهندسی برق بود. با تلاش افرادی چون الکساندر گراهام بل، اتو بلاثی، توماس ادیسون، گالیله فراری، الیور هویساید، انیوس جدلیک، چارلز آلگرنون پارسونز، ویلیام تامسون، ارنست فون زیمنس، جوزف سوان، نیکولا تسلا و جرج وستینگهاوس، الکتریسیته از حس کنجکاوی علمی به ابزاری مهم در زندگی مدرن و نیروی محرکی برای انقلاب صنعتی دوم تبدیل شد.

در سال ٬۱۸۸۷ هاینریش هرتز[۲۱]:۸۴۳–۴۴[۲۲] الکترودهایی را کشف کرد که وسیلهٴ پرتوی فرابنفش روشن می‌شدند و جرقه‌های الکتریکی را به سادگی ایجاد می‌کردند. در سال ٬۱۹۰۵ آلبرت اینشتین مقاله‌ای منتشر کرد که در آن با توصیف داده‌های آزمایشگاهی، اثر فوتوالکتریک را به‌عنوان نتیجهٴ انرژی نور نشان داد و ثابت کرد که این انرژی به‌وسیلهٴ بسته‌های کوانتمی، حمل می‌شود و به الکترون‌ها انرژی می‌دهد. این اکتشاف منجر به انقلاب کوانتمی شد. اینشتین در سال ٬۱۹۲۱ به‌خاطر کشف اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل فیزیک گرفت.[۲۳] امروزه، از اثر فوتوالکتریک در حسگرهای نور و صفحه‌های خورشیدی استفاده می‌شود که اخیراً برای تولید الکتریسیته در سطح تجاری به کار می‌روند.

اولین وسیلهٴ حالت جامد، ردیاب سبیل گربه‌ای بود که برای اولین‌بار در دههٴ ۱۹۳۰ در گیرنده‌های رادیویی به کار رفت. یک سیم سبیل گربه‌ای به یک بلور جامد (مانند بلور ژرمانیوم) متصل است تا با استفاده از تأثیر نقطه تماس، یک سیگنال رادیویی را شناسایی کند.[۲۴] در جز حالت جامد، جریان الکتریکی به عناصر و ترکیبات جامد وابسته است که به‌منظور پر کردن کاستی الکترون‌هاست که حفره الکترونی نامیده می‌شود. مفهوم حفره‌های خالی و پر با توجه به فیزیک کوانتومی قابل درک است. ماده سازنده نیز اغلب یک نیم‌رسانای بلوریست.[۲۵][۲۶]

وسایل حالت جامد، با اختراع ترانزیستور در سال ۱۹۴۷، ارتقا یافتند. وسایل حالت جامد رایج عبارتند از: ترانزیستورها، تراشه‌های ریزپردازنده و حافظه دسترسی تصادفی. نوع ویژه‌ای از حافظه‌ها که حافظه فلش نام دارد، در یواس‌بی فلش درایوها به کار می‌رود و به تازگی، درایوهای حالت جامد جایگزین سیستم چرخش مکانیکی دیسک مغناطیسی در دیسک سخت شده‌است. وسایل حالت جامد در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ محبوبیت فراوانی کسب کردند، که مصادف با تغییر از تکنولوژی لامپ خلاء به دیودهای نیم‌رسانا، ترانزیستورها، مدار مجتمع و ال‌ئی‌دی بود.[نیازمند منبع]

مفاهیم[ویرایش]

بار الکتریکی[ویرایش]

بار روی الکتروسکوپ سبب می‌شود تا ورقه‌ها از یکدیگر دور شوند.

وجود بار الکتریکی سبب افزایش نیروی الکترواستاتیکی می‌شود: این بارها به یکدیگر نیرو اعمال می‌کنند؛ نیرویی که در گذشته شناخته شده ولی علتش نامعلوم بود.[۲۱]:۴۵۷ یک گوی سبک که از یک نخ آویزان است، هنگام تماس با میله شیشه‌ای باردار که تحت مالش با پارچه قرار گرفته، می‌تواند باردار شود. اگر گوی دیگری نیز با همان میله شیشه‌ای باردار شود، گوی قبلی را دفع می‌کند: بار تلاش می‌کند تا دو گوی را از هم دور کند. دو گوی باردار شده به وسیله میله پلاستیکی نیز یکدیگر را دفع می‌کنند. اما، اگر یک گوی به وسیله میله شیشه‌ای و گوی دیگر به وسیله یک میله پلاستیکی باردار شود، این دو گوی یکدیگر را جذب می‌کنند. شارل آگوستن دو کولن این پدیده را در قرن هیجدهم کشف کرد. او استنباط کرد که بار الکتریکی، خود را به دو شکل نمایان می‌کند. این کشف به قانون مشهوری منجر شد: اجسام با بار همنام یکدیگر را دفع و اجسام با بار غیر همنام یکدیگر را جذب می‌کنند.[۲۱]

این نیرو ذرات باردار را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بنابرین بار تمایل دارد تا حد امکان به‌طور مساوی در یک سطح هادی پخش شود. اندازهٴ نیروی الکترومغناطیسی، چه جاذبه باشد و چه دافعه، با استفاده از قانون کولن به‌دست می‌آید. مطابق این قانون، نیرو با حاصلضرب بار دو ذره در مجذور معکوس فاصلهٴ بین آن دو متناسب است.[۲۷][۲۸]:۳۵ نیروی الکترومغناطیس بسیار نیرومند است و در واقع بعد از نیروی هسته‌ای قوی، نیرومندترین نیرو به‌شمار می‌آید.[۲۹] اما بر خلاف آن، این نیرو در تمام فواصل اعمال می‌شود.[۳۰] در مقایسه با نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیسی که دو الکترون را دفع می‌کند، ۱۰۴۲ بار قویتر از نیروی جاذبه گرانشی بین آن دو است.[۳۱]

مطالعات نشان می‌دهد که منشأ بار، انواع مخصوصی از ذرات زیراتمی هستند که ویژگی بار الکتریکی دارند. بار الکتریکی سبب تقویت نیروی الکترومغناطیسی می‌شود، که یکی از چهار نیروی بنیادی به حساب می‌آید. آشناترین حاملان بار الکتریکی، الکترون‌ها و پروتون‌ها هستند. تحقیقات حاکی از وجود قانون بقای بار الکتریکی است و این بدان معناست که در یک سیستم ایزوله، بدون توجه به هر تغییری که در سیستم روی دهد، مقدار بار کلی آن ثابت می‌ماند.[۳۲] در یک سیستم، ممکن است بار به‌صورت تماس مستقیم یا با عبور از یک مادهٴ رسانا —مانند سیم— از جسمی به جسم دیگر منتقل شود.[۲۸]:۲–۵ به وجود بار روی یک جسم، الکتریسیتهٴ ساکن گفته می‌شود که اغلب هنگام مالش دو مادهٴ غیر همسان ایجاد می‌شود و بار از یکی به دیگری انتقال می‌یابد.

بار الکترون و پروتون مخالف همند. بنابرین، مقدار بار ممکن است مثبت یا منفی باشد. طبق قرارداد، باری که به وسیله الکترون‌ها حمل می‌شود منفی و باری که به وسیله پروتون‌ها حمل می‌شود مثبت است.[۳۳] این موضوع از تلاش‌های بنجامین فرانکلین سرچشمه گرفته‌است.[۳۴] اندازه بار را با علامت Q نشان می‌دهند که واحدش کولن است.[۳۵] هر الکترون حدوداً بار −۱٫۶۰۲۲×۱۰−۱۹ کولن را حمل می‌کند. بار پروتون نیز معادل الکترون، ولی با علامت مثبت است؛ یعنی ۱٫۶۰۲۲×۱۰−۱۹ کولن.[۳۳] بار تنها به وسیله ماده جذب نمی‌شود؛ بلکه در پادماده نیز، هر پادذره باری هم اندازه و مخالف ذره مربوطه‌اش تحمل می‌کنند.[۳۶]

بار را می‌توان به وسیله ابزار گوناگونی سنجید. یک ابزار جدید برای سنجش بار الکتروسکوپ نام دارد که اگرچه هنوز در کلاس‌های درسی به کار می‌رود، جایگزین برق سنج الکترونیکی شده‌است.[۲۸]:۲–۵

جریان الکتریکی[ویرایش]

حرکت بارهای الکتریکی را جریان الکتریکی گویند که شدت آن با واحد آمپر سنجیده می‌شود. جریان می‌تواند شامل حرکت هر ذره بارداری باشد؛ که اکثراً الکترون‌ها هستند. ولی هر بار در حال حرکتی، یک جریان به حساب می‌آید. جریان الکتریکی می‌تواند در هادی‌های الکتریکی به حرکت درآید، اما ممکن است نتواند در عایق‌های الکتریکی به جریان افتد.[۳۷]

مطابق قرارداد تاریخی، جریان مثبت مسیری را که هر بار مثبت شامل شده‌ای طی کند، می‌پیماید یا از مثبت‌ترین بخش یک مدار به منفی‌ترین بخشش انتقال می‌یابد. جریانی که از این الگو پیروی کند، جریان قراردادی نام دارد. بنابرین، حرکت الکترون‌های دارای بار مخالف در یک مدار الکتریکی، یکی از آشناترین اشکال جریان، در خلاف جهت حرکت الکترون‌ها، مثبت فرض می‌شود.[۳۸] اما، بر اساس شرایط، یک جریان الکتریکی می‌تواند شامل یک جریان از ذرات باردار، هم در یک مسیر و هم در هر دو مسیر باشد. قرارداد مثبت به منفی برای ساده‌سازی این شرایط وضع شده‌است.

یک قوس الکتریکی یک دمونستراسیون الکتریکی از جریان الکتریکی فراهم می‌آورد.

به فرایندی که در آن جریان الکتریکی از مواد عبور می‌کند، «رسانایی الکتریکی» گفته می‌شود و ذاتاً با ذرات باردار و ماده‌ای که به وسیلهٴ آن جابجا می‌شوند، متفاوت است. رسانایی فلزی، که الکترون‌ها در مادهٴ رسانایی مانند فلزات جریان می‌یابند و برق‌کافت، که در آن یون‌ها (اتمهای باردار) در مایعات یا پلاسماهایی مانند جرقه‌های الکتریکی جریان می‌یابند، مثال‌هایی از رسانایی هستند. در حالی که ذرات به خودی خود کُندند، و گاهی اوقات با سرعت رانش میانگین یک میلی‌متر در ثانیه پیش می‌روند،[۲۸]:۱۷ میدان الکتریکی که آن‌ها را پیش می‌برد، سرعت آن‌ها را به نزدیکی سرعت نور می‌رساند و سیگنال‌های الکتریکی را قادر می‌سازد که با سرعت سیم‌ها را بپیمایند.[۳۹]

برای شناسایی و اثبات وجود جریان، به‌طور تاریخی،به چند تأثیر قابل مشاهدهٴ آن اتکا شده‌است. جریان می‌تواند آب را تجزیه کند و این موضوع در سال ۱۸۰۰ به وسیله ویلیام نیکولسون و آنتونی کارلیسله کشف شد که امروزه با نام برق‌کافت شناخته می‌شود. در سال ۱۸۳۳، مایکل فارادی راه آنان را به خوبی ادامه داد. جریان در یک مقاومت الکتریکی سبب تجمع گرما در مقاومت می‌شود. در سال ۱۸۴۰، این اثر را جیمز ژول از نظر ریاضی مورد مطالعه قرار داد.[۲۸]:۲۳–۲۴ یکی از مهم‌ترین اکتشافات مرتبط با جریان، به‌طور اتفاقی در سال ۱۸۲۰ به وسیله هانس کریستین اورستد صورت گرفت؛ او هنگام آماده‌کردن سخنرانی خود، مشاهده کرد که جریان در یک سیم، سوزنِ قطب‌نما را به حرکت درمی‌آورد.[۴۰] او الکترومغناطیس را —که یک تعامل اساسی بین الکتریسیته و مغناطیس است— کشف کرد. میزان انتشار الکترومغناطیسِ تولیدشده به‌وسیلهٴ قوس الکتریکی، برای ایجاد تداخل الکترومغناطیسی کافیست که می‌تواند برای باعث صدمه دیدن وسایل مجاور شود.[۴۱]

در وسایل مهندسی یا خانگی، جریان به دو دسته مستقیم و متناوب تقسیم می‌شود. این واژه‌ها به تغییرات جریان در بازهٴ زمانی اشاره دارد. جریان مستقیم، برای مثال از یک باتری گرفته می‌شود و بیشتر لوازم الکترونیکی بدان نیاز دارند. این جریان یک سویه است و همواره از قسمت مثبت مدار به قسمت منفی جریان می‌یابد.[۴۲]:۱۱ اگر این جریان به وسیلهٴ الکترون‌ها حمل شود، جهت جریان در خلاف جهتِ گفته‌شده خواهد بود. جریان متناوب جریانیست که جهتش به‌طور مکرر تغییر می‌کند. این تغییر، اغلب به‌شکل یک موج سینوسی است.[۴۲]:۲۰۶–۰۷ بنابراین، جریان متناوب دارای پالس عقب و جلو است و در یک رسانا بدون حرکت بارها جریان تولید می‌کند. ارزش میانگین زمانی یک جریان متناوب، صفر است. اما این جریان انرژی را در یک مسیر می‌رساند و سپس تغییر جهت می‌دهد. جریان متناوب تحت تأثیر ویژگی‌های الکتریکی در شرایط پایدار جریان مستقیم، مانند القاوری و ظرفیت خازنی قرار می‌گیرد.[۴۲]:۲۲۳–۲۵ این ویژگی‌ها زمانی مهم می‌شوند که شدت جریان گذرا باشد.

میدان الکتریکی[ویرایش]

مفهوم میدان الکتریکی توسط مایکل فارادی مطرح شد. میدان الکتریکی در اطراف جسم باردار شکل می‌گیرد و به تمام ذرات باردار درون میدان نیرو وارد می‌کند. میدان الکتریکی بین دو بار، مشابه میدان جاذبه بین دو جرم عمل می‌کند و مانند آن در فضای بی‌نهایت گسترش می‌باید و یک رابطه مجذور معکوس با فاصله نشان می‌دهد.[۳۰] اما یک فرق اساسی با آن دارد: میدان جاذبه همیشه در نقش جذب‌کننده عمل می‌کند و می‌کوشد تا دو جسم را به یکدیگر برساند، در حالی که میدان الکتریکی می‌تواند هم سبب جذب شود و هم دفع. از آن جا که اجسام بزرگ، مانند سیاره‌ها، دارای بار خالص نیستند، اغلب میدان الکتریکی در اطراف آن‌ها صفر است. لذا نیروی جاذبه با وجود این که بسیار ضعیف‌تر است، در گیتی نیروی غالب به‌شمار می‌آید.[۳۱]

خطوط میدان از یک بار مثبت در بالای صفحه رسانا ناشی می‌شوند.

میدان الکتریکی به‌طور عمومی در فضا متغیر است[۴۳] و شدت آن در هر نقطه با نیرویی مشخص می‌شود که یک بار الکتریکی غیرمتحرک احساس می‌کند.[۲۱]:۴۶۹–۷۰ بار فرضی، که ذره آزمون نام دارد، بسیار کوچک است تا میدان الکتریکی آن با میدان الکتریکی اصلی تداخل نداشته باشد و همچنین ثابت است تا از تأثیر میدان‌های مغناطیسی جلوگیری کند. از آن جا که میدان الکتریکی با واحد نیرو شناسایی می‌شود و نیرو نیز یک بردار اقلیدسی است، در نتیجه، یک میدان مغناطیسی یک بردار است که هم شدت دارد و هم مسیر و در واقع، یک میدان برداری است.[۲۱]:۴۶۹–۷۰

مطالعهٴ میدان الکتریکی حاصل از بارهای ثابت، الکتریسیتهٴ ساکن نام دارد. میدان به‌وسیلهٴ مجموعه‌ای از خطوط فرضی نمایش داده می‌شود که در هر نقطه از میدان مسیر آن را نمایش می‌دهند. این مفهوم، به‌وسیلهٴ فارادی مطرح شد،[۴۴] که واژه خط نیرویی که او بیان کرده بود، هنوز نیز کاربرد دارد. خطوط میدان، مسیرهایی هستند که یک بار مثبت نقطه‌ای هنگامی که بدان نیرو وارد می‌شود، آن مسیرها را طی می‌کند. به هر حال، آن‌ها یک مفهوم ذهنی هستند و واقعیت فیزیکی ندارند و میدان به فضای بین خطوط نفوذ دارد. خطوط میدان ناشی از بارهای ساکن، چند ویژگی کلیدی دارند: اولاً، آن‌ها از بارهای مثبت سرچشمه می‌گیرند و به بارهای منفی ختم می‌شوند. ثانیاً، باید با زاویه‌ای قایم وارد اجسام رسانا شوند و ثالثاً، هرگز یکدیگر را قطع نمی‌کنند.[۲۱]:۴۷۹

یک جسم رسانای توخالی تمام بارش را در سطح خارجی خود نگه می‌دارد. در نتیجه میدان در تمام نقاط داخل جسم صفر است.[۲۸]:۸۸ این موضوع نقش اصلی را در قفس فاراده بازی می‌کند. این قفس، یک پوستهٴ فلزی رساناست که فضای داخلی خود را از تأثیرات الکتریکی خارجی جدا می‌کند.[نیازمند منبع]

نقش الکتریسیتهٴ ساکن در طراحی آیتم‌های وسایل ولتاژ بالا، پررنگ است. برای شدت میدان الکتریکی که یک جسم متوسط می‌تواند تحمل کند، محدودیتی وجود دارد. فراتر از این نکته، شکست الکتریکی رخ می‌دهد و قوس الکتریکی سبب ایجاد صاعقه بین دو قسمت باردار می‌شود. برای مثال، هوا تمایل دارد با عبور دادن قوس الکتریکی و ایجاد شکاف، شدت میدان الکتریکی را به بیش از ۳۰ کیلوولت بر سانتی‌متر برساند. در شکاف‌های بزرگتر، شدت شکست ضعیفتر است و شاید یک کیلوولت در هر سانتیمتر باشد.[۴۵] مهم‌ترین رویداد قابل مشاهدهٴ آن، آذرخش است، که زمانی اتفاق می‌افتد که با افزایش ستون‌های هوا، بارها در ابرها جدا شوند و میدان الکتریکی هوا را افزایش دهند تا از حد تحمل، تجاوز کند. ولتاژ آذرخش‌های بزرگ می‌تواند به بزرگی ۱۰۰ مگاولت باشد و انرژی به بزرگی ۲۵۰کیلووات ساعت را تخلیه کند.[۴۶]

شدت میدان تا حد زیادی تحت تأثیر اجسام رسانای نزدیک میدان قرار دارد و در اشیای نوک تیز تشدید می‌شود. از این موضوع در برقگیرها استفاده می‌شود که آذرخش، با استفاده از تیر نوک تیز مهار می‌شود تا ساختمان تحت محافظت، از صدمه دیدن در امان بماند.[۴۷]:۱۵۵

پتانسیل الکتریکی[ویرایش]

یک جفت باتری ای‌ای. علامت + نشان دهنده قطبش اختلاف پتانسیل بین خروجی‌های باتری است.

مفهوم پتانسیل الکتریکی با میدان الکتریکی ارتباط نزدیکی دارد. به بار کوچکی که در یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرد، نیرو وارد می‌شود، و برای حرکت دادن این بار بر خلاف نیرویی که بدان وارد می‌شود، به کار نیازمندیم. پتانسیل الکتریکی در هر نقطه میزان انرژی لازم برای آوردن بار آزمون از فاصله بی‌نهایت دور به آن نقطه است. واحد آن اغلب ولت است، و یک ولت، پتانسیلی است که با استفاده از یک ژول کار می‌توان یک بار یک کولنی را از فاصله بی‌نهایت دور، به یک نقطه آورد.[۲۱]:۴۹۴–۹۸ توصیح پتانسیل اگرچه رسمی است، کاربرد چندان ندارد و مفهوم کاربردی‌تر، اختلاف پتانسیل الکتریکی است که به انرژی لازم برای به حرکت درآوردن بار آزمون بین دو نقطه مشخص گفته می‌شود. میدان الکتریکی پایستار است؛ یه این معنا که به مسیری که بار می‌پیماید وابسته نیست، چون تمام مسیرهای بین دو نقطه به انرژی یکسانی نیاز دارند و بنابرین یک مقدار منحصر به فرد برای اختلاف پتانسیل مورد نیاز است.[۲۱]:۴۹۴–۹۸ یکای ولت به عنوان واحد اندازه‌گیری و توصیف اختلاف پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ شناخته می‌شود.

برای اهداف کاربردی، بهتر است نقطه‌ای به‌عنوان مبدأ انتخاب گردد و پتانسیل با توجه به آن اندازه‌گیری و مقایسه شود. مبدأ خیلی مناسب می‌تواند زمین الکتریکی باشد، که فرض بر اینست که پتانسیلش در تمام نقاط یکسان است. نام نقطه مبدأ، زمین الکتریکی است. زمین به‌عنوان منبع بی‌پایان از بارهای معادل مثبت و منفی فرض می‌شود و به همین دلیل، از نظر الکتریکی خنثی و غیرقابل باردار شدن است.[۴۸]

پتانسیل الکتریکی یک کمیت اسکالر است. به‌همین‌دلیل، تنها اندازه دارد و جهت ندارد. پتانسیل الکتریکی، مشابه بلندی است: همان‌طور که یک جسمِ رهاشده به‌دلیل اختلاف ارتفاع، به‌وسیلهٴ میدان جاذبه به سمت پایین سقوط می‌کند، بار الکتریکی نیز به‌دلیل اختلاف پتانسیل ناشی از میدان مغناطیسی سقوط می‌کند.[۴۹] همان‌طور که در نقشه‌های موجود، خطوط کانتوری نقاط هم ارتفاع را نشان می‌دهند، می‌توان مجموعه خطوطی که نقاط هم‌پتانسیل را نشان می‌دهند (با نام خطوط هم‌پتانسیل شناخته می‌شود)، پیرامون یک جسم دارای بار الکترومغناطیسی رسم کرد. خطوط هم‌پتانسیل با تمام خطوط نیرو زاویهٴ قائمه می‌سازند. همچنین آن‌ها با سطح رسانای الکتریکی موازی‌اند، در غیر این صورت، نیرویی تولید می‌شود که حاملان بار را به سطح پتانسیل می‌برد.

میدان الکتریکی به‌طور رسمی به‌عنوان نیروی وارده به واحد بار تعریف می‌شود. اما مفهوم پتانسیل اجازهٴ استفاده از تعریفی مفیدتر و معادل را می‌دهد: میدان الکتریکی گرادیان مکانی پتانسیل الکتریکیست. واحدش اغلب ولت بر متر است و جهت بردار میدان، بزرگترین شیب پتانسیل و جایی است که خطوط هم‌پتانسیل در نزدیکترین حالت قرار دارند.[۲۸]:۶۰

آهنربای الکتریکی[ویرایش]

میدان مغناطیسی، در اطراف یک جریان
موتور الکتریکی از یک اثر مهم در الکترومغناطیس استفاده می‌کند: جریان در میدان مغناطیسی نیرویی عمود بر میدان و جریان تجربه می‌کند.

کشف اورستد در سال ۱۸۲۱ مبنی بر وجود میدان مغناطیسی پیرامون سیم‌های حامل جریان الکتریکی، نشان داد که بین الکتریسیته و مغناطیس رابطه‌ای مستقیم وجود دارد. به نظر می‌رسید این فعل و انفعال با نیروی جاذبه و الکتریکی (دو نیروی طبیعت که تا آن زمان شناخته شده بودند)، متفاوت است. نیرویی که به سوزن قطب‌نما وارد می‌شد، آن را به سیم حامل جریان نه نزدیک می‌کرد و دور، اما با آن زاویهٴ قائمه می‌ساخت.[۴۰] واژه‌های نسبتاً ناآشنای اورستد این بود: «تضاد الکتریکی به روشی چرخشی عمل می‌کند.» این نیرو همچنین به جهت جریان نیز بستگی داشت؛ یعنی اگر جهت جریان برعکس می‌شد، جهت نیرو نیز معکوس می‌گشت.[۵۰]

اورستد اکتشاف خود را به‌طور کامل متوجه نشد، اما مشاهده کرد که آثار متقابل بودند: جریان به آهنربا و آهنربا به جریان نیرو وارد می‌کند. بعدها، آندره ماری آمپر این پدیده را بررسی کرد. او کشف کرد که دو سیم موازی حامل جریان به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. دو سیم که جهت جریانشان یکسان است، یکدیگر را جذب و دو سیم که جهت جریانشان مخالف هم است یکدیگر را دفع می‌کنند.[۵۱] این فعل و انفعال به‌واسطهٴ میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که هر جریان تولید می‌کند و اساس تعریف جهانی آمپر را شکل می‌دهد.[۵۱]

موتور الکتریکی از یک اثر مهم در الکترومغناطیس استفاده می‌کند: جریان در میدان مغناطیسی نیرویی عمود بر میدان و جریان تجربه می‌کند.

رابطه بین میدان‌های مغناطیسی و جریان بسیار مهم است، زیرا سبب شد مایکل فارادی در سال ۱۸۲۱، موتور الکتریکی را اختراع کند. موتور تک‌قطبی فارادی از یک آهنربا داخل مخزن جیوه تشکیل می‌شد. جریان به‌وسیلهٴ سیمی آویزان از محور بالای آهنربا و غوطه‌ور در جیوه برقرار می‌شد. آهنربا نیرویی مماسی بر سیم وارد می‌کرد و برای اینکه جریان برقرار شود، آن را پیرامون آهنربا می‌پیچاند.[۵۲]

آزمایش‌های فارادی در سال ۱۸۳۱ نشان داد در بین دو نقطهٴ منتهایی سیمی که عمود بر یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، اختلاف پتانسیل ایجاد می‌شود. آنالیزهای متعاقب این فرایند، که با نام القای الکترومغناطیسی مشهور است، او را قادر ساخت تا قانون مشهور القای فارادی را بیان کند، قانونی که مطابق آن اختلاف پتانسیل مدار بسته، متناسب با تغییرات شار مغناطیسی حلقه است. استفاده از این کشف، او را قادر ساخت تا در سال ۱۸۳۱ اولین مولد الکتریکی را اختراع کند که انرژی مکانیکی دیسک مسی در حال چرخش را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کرد.[۵۲] دیسک فارادی هیچ استفاده عملی نداشت، ولی نشان داد که می‌توان با استفاده از مغناطیس نیروی الکتریکی تولید کرد.

الکتروشیمی[ویرایش]

توانایی واکنش شیمیایی برای تولید الکتریسیته و برعکس، توانایی الکتریسیته برای پیش بردن واکنش شیمیایی، استفاده‌های فراوانی دارد.

الکتروشیمی همواره بخش مهمی از الکتریسیته بوده‌است. از زمان اختراع پیل ولتایی، پیل‌های الکتروشیمیایی وارد انواع مختلف باتری‌ها، پیل‌های آبکاری و برق‌کافت شده‌است. با این روش، آلومینیم در حجم بزرگ تولید شد و انرژی بسیاری از وسایل قابل حمل با استفاده از پیل‌های قابل شارژ تأمین شد.

مدارهای الکتریکی[ویرایش]

یک مدار الکتریکی ساده. منبع ولتاژ V در سمت چپ جریان الکتریکی I را تولید می‌کند و انرژی الکتریکی را به مقاومت R می‌رساند. جریان از مقاومت به منبع بازمی‌گردد و مدار کامل می‌شود.

مدار الکتریکی اتصالی داخلی از اجزای الکتریکی است تا بارهای الکتریکی در مسیر بسته، به‌منظور هدفی معین جریان یابند.

اجزای مدار الکتریکی می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد که شامل عناصری چون مقاومت‌ها، خازن‌ها، کلیدها، ترانسفورماتورها و وسایل الکترونیکی است. مدارهای الکتریکی حاوی اجزای فعال به ویژه نیم‌رساناها هستند و رفتاری غیر خطی نشان می‌دهند که نیازمند آنالیز پیچیده‌ای است. ساده‌ترین اجزای الکتریکی، اجزای غیرفعال و خطی‌اند که اگرچه ممکن است به‌طور موقت انرژی را ذخیره کنند، ولی شامل هیچ منبعی از آن نمی‌شوند و به تحریک‌ها پاسخ خطی می‌دهند.[۵۳]:۱۵–۱۶

شاید مقاومت ساده‌ترین عنصر غیرفعال مدار باشد. مقاومت، همان‌طور که از نامش پیداست، در مقابل جریان مقاومت نشان می‌دهد و انرژی را به‌صورت گرما هدر می‌دهد. مقاومت حاصل حرکت بار در رساناست: برای مثال، در فلزات، مقاومت از برخورد الکترون‌ها و یون‌ها با هم حاصل می‌شود. قانون اهم قانون ابتدایی نظریه مدارها است و بیان می‌کند که جریان گذرا از یک مقاومت، با اختلاف پتانسیل دو سر آن متناسب است. مقاومت بیشتر مواد در طیف‌های مختلف دما و جریان تقریباً ثابت است؛ موادی که از این شرایط پیروی می‌کنند، مواد «اهمی» نام دارند. اهم، واحد مقاومت است که به افتخار گئورگ زیمون اهم نامگذاری شده و علامتش حرف یونانیِ Ω است. یک اهم، مقاومتی است که در پاسخ به جریان یک آمپری، اختلاف پتانسیل یک ولتی ایجاد می‌کند.[۵۳]:۳۰–۳۵

خازن حاصل توسعه بطری لیدن و وسیله‌ای است که می‌تواند بار را به شکل انرژی الکتریکی در میدان حاصل ذخیره کند. خازن از دو صفحه رسانا ساخته شده که به‌وسیلهٴ عایق دی‌الکتریک از یکدیگر جدا شده‌اند. در عمل، ورقه‌های فلزی نازک به یکدیگر چسبیده‌اند تا سطح تماس در واحد حجم و در نتیجه ظرفیت خازنی را افزایش دهند. واحد ظرفیت خازن، بعد از مایکل فارادی، فاراد نامگذاری شد که با علامت F نشان داده می‌شود. یک فاراد، حاصل اختلاف پتانسیل یک ولتی حاصله به هنگام ذخیره یک کولن بار الکتریکی در خازن است. خازن متصل به منبع تغذیه در ابتدا به این دلیل که بار الکتریکی انباشته می‌کند، جریانی ایجاد می‌نماید. این جریان رفته رفته با پر شدن خازن کم می‌شود و در انتها به صفر می‌رسد. لذا یک خازن، جریان پایدار ایجاد نمی‌کند، بلکه مسیر آن را می‌بندد.[۵۳]:۲۱۶–۲۰

القاگر با قابلیت رسانش، اغلب به شکل سیم پیچ است و در میدان مغناطیسی حاصل از جریان عبوری انرژی ذخیره می‌کند. زمانی که جریان تغییر می‌کند، میدان مغناطیسی و همچنین ولتاژ بین دو سر رسانا نیز دچار تغییر و تحول می‌گردد. ولتاژ حاصله، با مشتق زمانی جریان متناسب است. ثابت تناسب آندوکتانس نام دارد. واحد آندوکتانس هانری است که به افتخار جوزف هانری انتخاب شده‌است. یک هانری، آندوکتانسی است که اگر جریان گذرا از آن القاگر در هر ثانیه یک آمپر تغییر کند، اختلاف پتانسیل یک ولتی را ایجاد می‌کند. از برخی جهات، رفتار القاگر برعکس خازن است: القاگر در جریان مستقیم تبدیل به مقاومت عادی می‌شود اما در مقابل جریان در حال تغییر ایستادگی می‌کند.[۵۳]:۲۲۶–۲۹

توان الکتریکی[ویرایش]

توان الکتریکی مقدار انرژی الکتریکی است که در واحد زمان به وسیله مدار الکتریکی جابجا می‌شود. واحد توان در دستگاه بین‌المللی یکاها وات است که با حرف P نمایش داده می‌شود. یک وات معادل یک ژول بر ثانیه است. توان الکتریکی مانند توان مکانیکی، سرعت انجام کار است. توان الکتریکی تولید شده به وسیله یک جریان الکتریکی، برابر است با بار Q که در هر t ثانیه از اختلاف پتانسیل V عبور می‌کند.

در این رابطه

Q بار الکتریکی با واحد کولن
T زمان با واحد ثانیه
I جریان الکتریکی با واحد آمپر
V ولتاژ با واحد ولت

تولید انرژی الکتریکی اغلب به وسیله مولد الکتریکی صورت می‌گیرد، اما این اتفاق می‌تواند به وسیله باتریهای شیمیایی یا سایر انواع متنوع منابع انرژی نیز اتفاق افتد. توان الکتریکی لازم برای کسب و کار و استفاده خانگی به وسیله صنعت نیرو تولید می‌شود. واحد فروش برق کیلووات ساعت (۳٫۶مگاژول) است که حاصل ضرب نیرو با واحد کیلووات در زمان با واحد ساعت است. شرکت‌های برق، میزان الکتریسته مصرفی را به وسیله کنتور اندازه‌گیری می‌کنند، که انرژی الکتریکی مصرفی مشتریان را نمایش می‌دهد.[۵۴]

الکترونیک[ویرایش]

اجزای الکتریکی فناوری نصب سطحی

الکترونیک با مدارهای الکتریکی در ارتباط است که شامل اجزای الکتریکی فعال مانند لامپ‌های خلأ، ترانزیستورها، دیودها و مدارهای مجتمع می‌شود و با تکنولوژی‌های اتصال داخلی غیرفعال در ارتباط است. رفتار غیرخطی اجزای فعال و توانایی آن‌ها در کنترل جریانهای الکترونی، سیگنال‌های ضعیف را تقویت می‌کند و در پردازش اطلاعات، مخابرات و پردازش سیگنال استفاده گسترده‌ای از الکترونیک صورت می‌گیرد. توانایی وسایل الکترونیک در عمل کردن به عنوان مدار امکان پردازش اطلاعات را فراهم می‌سازد. تکنولوژی‌های اتصال داخلی مانند فیبرهای مدار چاپی، تکنولوژی بسته‌بندی الکترونیک، و سایر انواع متنوع وسایل ارتباطی، قابلیت مدار را کامل کرده و اجزای مخلوط را به شکل یک سامانه کارآمد تبدیل کرده‌است.[نیازمند منبع]

امروزه، بسیاری از وسایل الکترونیکی به منظور کنترل الکترونی از مواد نیم‌رسانا استفاده می‌کنند. مطالعه وسایل نیم‌رسانا و تکنولوژی مرتبط با آن‌ها شاخه‌ای با نام فیزیک حالت جامد ایجاد کرده‌است و طراحی و ساخت مدارهای الکتریکی برای حل مسائل عملی و فنی، در زیرشاخهٴ مهندسی الکترونیک قرار دارد.

موج الکترومغناطیسی[ویرایش]

فارادی و آمپر نشان دادند که یک میدان مغناطیسی متغیر در زمان، منبع یک میدان الکتریکی و یک میدان الکتریکی متغیر در زمان، منبع یک میدان مغناطیسی است. پس زمانی که یکی از این دو میدان در بازه زمانی تغییر می‌کند، دیگری ایجاد می‌شود.[۲۱]:۶۹۶–۷۰۰ این پدیده، ویژگی‌های موج را دارد و به‌طور طبیعی با نام تابش الکترومغناطیسی یاد می‌شود. در سال ۱۸۶۴، جیمز کلرک ماکسول، امواج الکترومغناطیسی را از نظر تئوری بررسی کرد. ماکسول مجموعه‌ای از روابط را بیان کرد که قادر بودند ارتباط بین میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی، بار الکتریکی و جریان الکتریکی را به روشنی نشان دهند. او همچنین ثابت کرد که این امواج، با سرعت نور حرکت می‌کنند، بنابراین خود نور نیز شکلی از تابش‌های الکترومغناطیس است. معادلات ماکسول، که نور، میدان و بار را یکپارچه می‌کند، یکی از بزرگترین نقاط عطف فیزیک تئوری است.[۲۱]:۶۹۶–۷۰۰

تلاش بسیاری از محققان، امکان استفاده از الکترونیک برای تبدیل سیگنال‌ها به جریان فرکانس بالای نوسان‌دار را فراهم ساخت و به‌وسیلهٴ رساناهای دارای شکل مناسب، الکتریسیته اجازهٴ ارسال و دریافت این سیگنال‌ها را به‌وسیلهٴ امواج رادیویی در فاصله‌های بسیار دور صادر کرد.

تولید و استفاده[ویرایش]

تولید و انتقال[ویرایش]

دستگاه تولید برق متناوب ساخته شده در قرن بیستم در بوداپست مجارستان، در اتاق تولید نیروی برق‌آبی در نیروگاه تولید برق (عکس از سرگی میخائیلوویچ).

آزمایش‌های تالس با میلهٴ کهربا، اولین مطالعات پیرامون تولید انرژی الکتریکی بود. اگرچه این روش، که به اثر برق مالشی معروف است، می‌تواند اجسام سبک را بلند و جرقه تولید کند، اما بسیار ناموثر است.[۵۵] تا پیش از اختراع پیل ولتایی در قرن هجدهم، هیچ منبع الکتریسیته مداومی در دسترس نبود. پیل ولتایی و نسل مدرنش، باتری‌های الکتریکی، انرژی شیمیایی را ذخیره می‌کنند و در هنگام نیاز آن را به شکل انرژی الکتریکی در دسترس قرار می‌دهند.[۵۵] باتری، یک منبع برق همه‌کاره و رایج و مناسب برای بسیاری از وسایل است. ولی ذخیره انرژی آن محدود است و زمانی که شارژش تمام می‌شود باید تعویض یا شارژ شود. برای تقاضاهای الکتریکی عظیم باید به‌طور مداوم انرژی تولید و به وسیله خطوط انتقال رسانا منتقل شود.

الکتریسیته، اغلب به‌وسیلهٴ مولدهای الکتریکی تولید می‌شود که با بخار حاصل از احتراق سوخت‌های فسیلی، گرمای آزاد شده از رآکتورهای هسته‌ای یا سایر منابع انرژی مانند انرژی جنبشی حاصله از باد و جریان آب به حرکت در می‌آیند. توربین بخار مدرن که در سال ۱۸۸۴ توسط چارلز آلگرنون پارسونز اختراع شد، امروزه با استفاده از منابع متنوع گرما، حدود ۸۰ درصد توان الکتریکی جهان را تولید می‌کند. این مولدها هیچ شباهتی به مولد تک‌قطبی فارادی که در سال ۱۸۳۱ اختراع شد، ندارند، اما از قانون الکترومغناطیسی او پیروی می‌کنند که می‌گوید رسانایی که به میدان مغناطیسی متغیری متصل است بین دوسرش، اختلاف پتانسیل تولید می‌شود.[۵۶] اختراع ترانسفورماتور در اواخر قرن نوزدهم، بشر را قادر کرد تا نیروی الکتریکی را با ولتاژی بالاتر ولی جریانی کمتر انتقال دهد. انتقال بهینه انرژی الکتریکی بدین معنا بود که می‌توان الکتریسیته را در یک نیروگاه مرکزی تولید کرد و از صرفه‌جویی در مقیاس سود بُرد، آن‌گاه آن را برای استفاده به فاصله‌های دور فرستاد.[۵۷][۵۸] [۵۹],[پرونده:Parque eólico La Muela.jpg|بندانگشتی|توان بادی در بسیاری از کشورها در حال گسترش است.]]

از آنجا که انرژی الکتریکی را نمی‌توان به اندازه‌ای ذخیره کرد که قادر به پاسخ‌گویی تقاضا در سطح ملی باشد، باید در هر زمان، به اندازه‌ای که لازم است، تولید شود. پس صنعت برق باید پیش‌بینی دقیقی از بارگذاری الکتریکی داشته باشد و ارتباط پایداری با نیروگاه‌های خود برقرار کند. باید همواره مقدار معینی از برق، ذخیره شود تا برای مواقع اضطراری و بروز اختلالات، تکیه‌گاهی محکم وجود داشته باشد.[نیازمند منبع]

متناسب با توسعه اقتصادی کشورها، تقاضا برای الکتریسیته با سرعت بالایی افزایش می‌یابد. در آمریکا، تقاضای برق در سه دهه اول سده بیستم، سالانه ۱۲ درصد افزایش می‌یافت.[۶۰] اکنون کشورهای نو ظهور در عرصه اقتصاد، مانند چین و هند با چنین افزایشی مواجهند.[۶۱][۶۲] به‌طور تاریخی، افزایش تقاضای برق، از تقاضا برای سایر شکل‌های انرژی پیش افتاده‌است.[۶۳]:۱۶

نگرانی‌های محیطی از تولید الکتریسیته منجر به افزایش تمرکز برای استفاده از منابع تجدیدپذیر، به‌خصوص توان بادی و انرژی آبی شده‌است. اگرچه می‌توان انتظار داشت که تأثیر محیطی وسایل مختلف الکتریکی ادامه می‌یابد، شکل نهایی آن تقریباً پاک است.[۶۳]:۸۹

کاربردها[ویرایش]

لامپ رشته‌ای، یکی از کاربردهای اولیه الکتریسیته که با گرمایی ژولی کار می‌کند: عبور جریان از مقاومت گرما تولید می‌کند.

الکتریسیته یک راه بسیار مناسب برای انتقال انرژی و استفاده‌ از آن، متداول و رو به افزایش است.[۶۴] اختراع لامپ رشته‌ای در دهه ۱۸۷۰ سبب شد که نورپردازی به یکی از عمومی‌ترین کاربردهای توان الکتریکی تبدیل شود. اگرچه برق‌رسانی خطرات خاص خود را دارد، جایگزین کردن شعله‌های عریان چراغ نفتی با آن، به‌طور چشم‌گیری حوادث آتش‌سوزی در خانه‌ها و کارخانه‌ها را کاهش داد.[۶۵] امکانات عمومی با هدف روبه رشد قرار دادن بازار نور پردازی، در بسیاری از شهرها برقرار شد.[۶۶]

از تأثیر گرمای ژولی در لامپ‌های رشته‌ای، استفاده‌های مستقیم بیشتری در گرمایش الکتریکی می‌شود. درحالی که پرکاربرد و قابل کنترل است، می‌تواند مفید نیز باشد، زیرا بیشتر تولید الکتریکی نیازمند تولید گرما در نیروگاه‌ها هستند.[۶۷] تعدادی از کشورها مانند دانمارک، در زمینه محدود کردن و ممنوعیت استفاده از گرمایش الکتریکی در ساختمان‌های نوساز، قانون وضع کرده‌اند.[۶۸] با این وجود، الکتریسیته یک منبع انرژی پر کاربرد برای گرمایش و خنک‌سازی،[۶۹] با تهویه مطبوع/پمپ‌های حرارتی است که بخش در حال توسعه‌ای برای تقاضای الکتریسیته به نظر می‌رسد و تأثیرات آن سبب شده‌است که صنعت برق به فکر تأمین این نیاز برآید.[۷۰]

یکی از اولین کاربردهای الکتریسیته، در مخابرات و تلگراف است که اولین بار در سال ۱۸۳۷ توسط ویلیام فوترگیل کوکه و چارلز ویتستون معرفی شد. با ساخت اولین تلگراف بین‌قاره‌ای و پس از آن کابل تلگراف بین‌قاره‌ای در دهه ۱۸۶۰، الکتریسیته جهان را قادر ساخت تا در مدت چند ثانیه ارتباط برقرار کند.[نیازمند منبع] تکنولوژی فیبر نوری و ماهواره مخابراتی به‌طور مشترک بازار سیستم برقراری ارتباط را به دست گرفته‌اند، اما به نظر می‌رسد الکتریسیته بخش اساسی این فرایند باقی بماند.[نیازمند منبع]

اثر الکترومغناطیس به‌طور آشکار در موتور الکتریکی به کار می‌رود، که ابزاری مؤثر و پاک برای توان متحرک فراهم می‌آورد. یک موتور بی حرکت مانند وینچ، به راحتی مقداری نیرو فراهم می‌آورد، اما موتوری که با کاربرد برق حرکت می‌کند، مانند یک ماشین برقی، باید یا یک منبع توان مانند باتری را حمل کند یا جریان را از یک اتصال کشویی مانند یک شاخک برقرسان دریافت کند. همچنین از الکتریسیته برای تأمین سوخت حمل و نقل عمومی شامل اتوبوس‌ها و قطارهای برقی استفاده می‌شود.[۷۱]

وسایل الکترونیک از ترانزیستور، احتمالاً یکی از مهم‌ترین اختراعات قرن بیستم است.[۷۲] یک مدار مجتمع مدرن می‌تواند شامل چند میلیارد ترانزیستور کوچک‌شده در چند سانتیمتر مربع باشد.[۷۳]

برق و جهان طبیعی[ویرایش]

اثرات فیزیولوژیکی[ویرایش]

اگر به بدن انسان ولتاژی اعمال شود، جریان الکتریکی از بافت‌های آن عبور می‌کند. با اینکه رابطهٔ بین این‌ها غیر خطی است، ولی با افزایش ولتاژ جریان عبوری نیز زیاد می‌شود.[۷۴] آستانهٴ درک انسان با توجه به فرکانس و مسیر عبوری جریان متغیر، ولی برای فرکانس اصلی (در آسیا ۶۰ هرتز) بین ۰٫۱ تا ۱ میلی‌آمپر متغیر است. با این وجود، یک جریان ضعیف در حد میکروآمپر در شرایط مشخصی به عنوان الکترولرزه توسط بدن تشخیص داده می‌شود.[۷۵] اگر جریان خیلی قوی باشد موجب انقباض ماهیچه‌ها، تارلرزه قلب و سوختگی بافت می‌شود.[۷۴] هیچ مشخصه ظاهری برای یک جسم هادی حاوی الکتریسیته وجود ندارد در نتیجه برق یک خطر منحصربفرد است. دردی که شوک الکتریکی ایجاد می‌کند، می‌تواند شدید باشد و به همین دلیل، در دوران‌های مختلف از آن به‌عنوان یک روش برای شکنجه استفاده شده‌است. به مرگی که ناشی از شوک الکتریکی باشد مرگ در اثر برق اطلاق می‌شود. در حال حاضر استفاده از این عبارت، جز در بعضی حوزه‌های قضایی، که در آن‌ها به معنی اعدام است، کاهش یافته‌است.[۷۶]

پدیده‌های الکتریکی در طبیعت[ویرایش]

مارماهی الکتریکی با نام الکتروفروس الکتریکوس

الکتریسیته توسط انسان اختراع نشده‌است و در طبیعت به شکل‌های مختلف وجود دارد. یک نمود همیشگی آن آذرخش است. بسیاری از تعاملات آشنا در حد ماکروسکوپیک مانند حس لامسه، اصطکاک و پیوندهای شیمیایی ناشی از تعاملات بین میدان‌های الکتریکی در مقیاس اتمی هستند. تصور می‌شود که میدان مغناطیسی زمین توسط یک دینام طبیعی ناشی از جریانهای دوار در مرکز سیاره ایجاد شده‌است.[۷۷] کریستال‌های مشخصی مانند کوارتز و شکر زمانی که تحت فشار قرار می‌گیرند بین دو طرف خود اختلاف پتانسیل ایجاد می‌کنند.[۷۸] این پدیده که اثر فشاربرقی نام دارد و از واژه یونانی piezein به معنی فشار گرفته شده‌است، در سال ۱۸۸۰ توسط پیر کوری و ژاکس کوری کشف شده‌است. این اثر، دوطرفه است یعنی اگر یک ماده پیزوالکتریک را در میدان الکتریکی قرار دهیم ابعاد آن به مقدار بسیار ناچیز تغییر می‌کند.[۷۸]

بعضی از موجودات زنده مانند کوسه‌ها قادرند تغییرات میدان الکتریکی را حس کنند و به آن پاسخ دهند. این توانایی را دریافت الکتریسیته گویند.[۷۹] گونه‌های دیگری وجود دارند که قادرند برای شکار یا دفاع از خود ولتاژ ایجاد کنند. به این توانایی، پیدایش الکتروزیستی گویند.[۵] راسته برق‌ماهی‌سانان، که معروفترین آن‌ها مارماهی الکتریکی است، قادر است با ایجاد یک ولتاژ قوی توسط سلول‌های تغییریافتهٔ ماهیچه موسوم به الکتروسلول، طعمه خود را تشخیص دهد یا بی‌حس کنند.[۵][۶] همهٔ حیوانات اطلاعات را در امتداد غشای سلولی توسط تپش‌های (پالس‌های) ولتاژ انتقال می‌دهند که به آن پتانسیل عمل می‌گویند. وظیفهٴ آن، شامل ایجاد ارتباط بین ماهیچه‌ها و یاخته‌های عصبی توسط دستگاه عصبی است.[۸۰] شوک الکتریکی این سیستم را تحریک می‌کند و موجب انقباض ماهیچه‌ها می‌شود.[۸۱] پتانسیل عمل در بعضی گیاهان مسئول فعالیت‌های هماهنگی است.[۸۰]

درک فرهنگی[ویرایش]

در سال ۱۸۵۰، ویلیام اوارت گلدستون از مایکل فارادی پرسید، چرا الکتریسیته ارزشمند است. فارادی پاسخ داد، «یک روز شما مالیات آن را خواهید پرداخت.»[۸۲]

در قرن ۱۹ام و اوایل قرن ۲۰ام، حتی در جهان صنعتی غرب، هنوز الکتریسیته به بخشی از زندگی روزمره مردم تبدیل نشده بود. فرهنگ عامه زمان، اغلب آن را در قالب نیرویی اسرارآمیز و شبه جادویی به تصویر می‌کشید که قادر بود زندگی را نابود و مرده را زنده کند یا حتی قوانین طبیعت را به زانو درآورد.[۸۳] این گرایش با آزمایش‌های لوییجی گالوانی در سال ۱۷۷۱ ایجاد شد که در آن پاهای قورباغه‌های مرده با به کار بردن الکتریسته حیوانات به حرکت درآمد. اندکی پس از کار گالوانی، «تجدید حیات» یا احیای مجدد افراد ظاهراً مرده یا غرق شده، در ادبیات پزشکی گزارش شد. این نتایج با مری شلی به هنگام انتشار فرانکنشتاین (۱۸۱۹)، مشهور شدند، اگرچه او واژهٔ تجدید حیات را به هیولا نسبت نداد. تجدید حیات هیولاها با استفاده از الکتریسیته، بعداها به موضوعی ترسناک در فیلم‌های ژانر وحشت تبدیل شد.

با افزایش آشنایی عمومی با الکتریسیته به عنوان نیروی حیاتی انقلاب صنعتی دوم، صاحبانش در نقش‌های مثبتی،[۸۴] مانند کارکنان در «مرگ انگشت در پایان دست‌کش‌هایشان مانند قطعه قطعه کردن سیم‌های زندگی» در شعر پسران مارتا از رودیارد کیپلینگ در سال ۱۹۰۷ ظاهر شدند.[۸۴] ماشین‌های دارای قدرت الکتریکی از تمام انواع، در داستان‌های ماجراجویانه‌ای چون داستان‌های ژول ورن و تام سویفت برجسته شدند.[۸۴] اربابان الکتریسیته، چه تخیلی و چه واقعی، از جمله دانشمندانی چون توماس ادیسون، چارلز آلگرنون پارسونز، و نیکولا تسلا، به عنوان جادوگران علم میان مردم مشهور شدند.[۸۴]

با از بین رفتن تازگی الکتریسیته و تبدیل شدن به ابزاری واجب برای زندگی روزمره در نیمه دوم قرن بیستم، تنها زمانی نیازمند توجه به فرهنگ عامه می‌شد که جریان قطع می‌گشت. افرادی که جریان را برقرار می‌کنند، مانند قهرمانان بی‌نام و نشان آهنگ ویچیتا لینمان (۱۹۶۸)، اثر جیمی وب،[۸۴] هنوز اغلب در هیبت قهرمانانه و جادوگرانه خودنمایی می‌نمایند.[۸۴]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ «الکتریسیته، برق» [فیزیک] هم‌ارزِ «electricity»؛ منبع: گروه واژه‌گزینی. «فارسی». در همان. دفتر اول. فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان. تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی. شابک ۹۶۴-۷۵۳۱-۳۱-۱ (ذیل سرواژهٔ الکتریسیته)
  2. «معنی نیروی کهربایی - دیکشنری آنلاین آبادیس». dictionary.abadis.ir. دریافت‌شده در ۲۰۱۸-۰۷-۲۲.
  3. Jones, D.A. (1991), "Electrical engineering: the backbone of society", Proceedings of the IEE: Science, Measurement and Technology, 138 (1): 1–10, doi:10.1049/ip-a-3.1991.0001
  4. Moller, Peter; Kramer, Bernd (December 1991), "Review: Electric Fish", BioScience, American Institute of Biological Sciences, 41 (11): 794–96 [794], doi:10.2307/1311732, JSTOR 1311732
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ ۵٫۲ Bullock, Theodore H. (2005), Electroreception, Springer, pp. 5–7, ISBN 0-387-23192-7
  6. ۶٫۰ ۶٫۱ Morris, Simon C. (2003), Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe, Cambridge University Press, pp. 182–85, ISBN 0-521-82704-3
  7. The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge (1918), New York: Encyclopedia Americana Corp
  8. Aristotle. Daniel C. Stevenson, ed. "De Animus (On the Soul) Book 1 Part 2 (B4 verso)". The Internet Classics Archive. Translated by J.A. Smith. Retrieved 5 February 2017. Thales, too, to judge from what is recorded about him, seems to have held soul to be a motive force, since he said that the magnet has a soul in it because it moves the iron.
  9. Frood, Arran (27 February 2003), Riddle of 'Baghdad's batteries', BBC, retrieved 2008-02-16
  10. "Riddle of 'Baghdad's batteries'". BBC. 27 Februaryٔ 2003.
  11. Stewart, Joseph (2001), Intermediate Electromagnetic Theory, World Scientific, p. 50, ISBN 981-02-4471-1
  12. Simpson, Brian (2003), Electrical Stimulation and the Relief of Pain, Elsevier Health Sciences, pp. 6–7, ISBN 0-444-51258-6
  13. Chalmers, Gordon (1937), "The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England", Philosophy of Science, 4 (1): 75–95, doi:10.1086/286445
  14. ۱۴٫۰ ۱۴٫۱ ۱۴٫۲ Guarnieri, M. (2014). "Electricity in the age of Enlightenment". IEEE Industrial Electronics Magazine. 8 (3): 60–63. doi:10.1109/MIE.2014.2335431.
  15. Srodes, James (2002), Franklin: The Essential Founding Father, Regnery Publishing, pp. 92–94, ISBN 0-89526-163-4 It is uncertain if Franklin personally carried out this experiment, but it is popularly attributed to him.
  16. Uman, Martin (1987), All About Lightning (PDF), Dover Publications, ISBN 0-486-25237-X
  17. Riskin, Jessica (1998), Poor Richard’s Leyden Jar: Electricity and economy in Franklinist France (PDF), p. 327
  18. ۱۸٫۰ ۱۸٫۱ Guarnieri, M. (2014). "The Big Jump from the Legs of a Frog". IEEE Industrial Electronics Magazine. 8 (4): 59–61, 69. doi:10.1109/MIE.2014.2361237.
  19. ۱۹٫۰ ۱۹٫۱ ۱۹٫۲ Kirby, Richard S. (1990), Engineering in History, Courier Dover Publications, pp. 331–33, ISBN 0-486-26412-2
  20. Berkson, William (1974) Fields of force: the development of a world view from Faraday to Einstein p.148. Routledge, 1974
  21. ۲۱٫۰ ۲۱٫۱ ۲۱٫۲ ۲۱٫۳ ۲۱٫۴ ۲۱٫۵ ۲۱٫۶ ۲۱٫۷ ۲۱٫۸ ۲۱٫۹ Sears, Francis; et al. (1982), University Physics, Sixth Edition, Addison Wesley, ISBN 0-201-07199-1
  22. Hertz, Heinrich (1887). "Ueber den Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung". سالنامه فیزیک. 267 (8): S. 983–1000. Bibcode:1887AnP...267..983H. doi:10.1002/andp.18872670827.
  23. "The Nobel Prize in Physics 1921". Nobel Foundation. Retrieved 2013-03-16.
  24. "Solid state", The Free Dictionary
  25. John Sydney Blakemore, Solid state physics, pp. 1–3, Cambridge University Press, 1985 ISBN 0-521-31391-0.
  26. Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock, Microelectronic circuit design, pp. 46–47, McGraw-Hill Professional, 2003 ISBN 0-07-250503-6.
  27. "The repulsive force between two small spheres charged with the same type of electricity is inversely proportional to the square of the distance between the centres of the two spheres." Charles-Augustin de Coulomb, Histoire de l'Academie Royal des Sciences, Paris 1785.
  28. ۲۸٫۰ ۲۸٫۱ ۲۸٫۲ ۲۸٫۳ ۲۸٫۴ ۲۸٫۵ ۲۸٫۶ Duffin, W.J. (1980), Electricity and Magnetism, 3rd edition, McGraw-Hill, ISBN 0-07-084111-X
  29. National Research Council (1998), Physics Through the 1990s, National Academies Press, pp. 215–16, ISBN 0-309-03576-7
  30. ۳۰٫۰ ۳۰٫۱ Umashankar, Korada (1989), Introduction to Engineering Electromagnetic Fields, World Scientific, pp. 77–79, ISBN 9971-5-0921-0
  31. ۳۱٫۰ ۳۱٫۱ Hawking, Stephen (1988), A Brief History of Time, Bantam Press, p. 77, ISBN 0-553-17521-1
  32. Trefil, James (2003), The Nature of Science: An A–Z Guide to the Laws and Principles Governing Our Universe, Houghton Mifflin Books, p. 74, ISBN 0-618-31938-7
  33. ۳۳٫۰ ۳۳٫۱ هیرت 1385, p. ۲۶
  34. Shectman, Jonathan (2003), Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the 18th Century, Greenwood Press, pp. 87–91, ISBN 0-313-32015-2
  35. Sewell, Tyson (1902), The Elements of Electrical Engineering, Lockwood, p. 18. The Q originally stood for 'quantity of electricity', the term 'electricity' now more commonly expressed as 'charge'.
  36. Close, Frank (2007), The New Cosmic Onion: Quarks and the Nature of the Universe, CRC Press, p. 51, ISBN 1-58488-798-2
  37. Shock and Awe: The Story of Electricity – Jim Al-Khalili BBC Horizon
  38. Ward, Robert (1960), Introduction to Electrical Engineering, Prentice-Hall, p. 18
  39. Solymar, L. (1984), Lectures on electromagnetic theory, Oxford University Press, p. 140, ISBN 0-19-856169-5
  40. ۴۰٫۰ ۴۰٫۱ Berkson, William (1974), Fields of Force: The Development of a World View from Faraday to Einstein, Routledge, p. 370, ISBN 0-7100-7626-6 Accounts differ as to whether this was before, during, or after a lecture.
  41. "Lab Note #105 EMI Reduction – Unsuppressed vs. Suppressed". Arc Suppression Technologies. April 2011. Retrieved March 7, 2012.
  42. ۴۲٫۰ ۴۲٫۱ ۴۲٫۲ Bird, John (2007), Electrical and Electronic Principles and Technology, 3rd edition, Newnes, ISBN 978-1-4175-0543-2
  43. Almost all electric fields vary in space. An exception is the electric field surrounding a planar conductor of infinite extent, the field of which is uniform.
  44. Morely & Hughes, Principles of Electricity, Fifth edition, p. 73, ISBN 0-582-42629-4
  45. Naidu, M.S.; Kamataru, V. (1982), High Voltage Engineering, Tata McGraw-Hill, p. 2, ISBN 0-07-451786-4
  46. Naidu, M.S.; Kamataru, V. (1982), High Voltage Engineering, Tata McGraw-Hill, pp. 201–02, ISBN 0-07-451786-4
  47. Paul J. Nahin (9 October 2002). Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. JHU Press. ISBN 978-0-8018-6909-9.
  48. Serway, Raymond A. (2006), Serway's College Physics, Thomson Brooks, p. 500, ISBN 0-534-99724-4
  49. Saeli, Sue; MacIsaac, Dan (2007), "Using Gravitational Analogies To Introduce Elementary Electrical Field Theory Concepts", The Physics Teacher, 45 (2): 104, Bibcode:2007PhTea..45..104S, doi:10.1119/1.2432088, retrieved 2007-12-09
  50. Thompson, Silvanus P. (2004), Michael Faraday: His Life and Work, Elibron Classics, p. 79, ISBN 1-4212-7387-X
  51. ۵۱٫۰ ۵۱٫۱ Morely & Hughes, Principles of Electricity, Fifth edition, pp. 92–93
  52. ۵۲٫۰ ۵۲٫۱ Institution of Engineering and Technology, Michael Faraday: Biography, archived from the original on 2007-07-03, retrieved 2007-12-09
  53. ۵۳٫۰ ۵۳٫۱ ۵۳٫۲ ۵۳٫۳ Alexander, Charles; Sadiku, Matthew (2006), Fundamentals of Electric Circuits (3, revised ed.), McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-330115-0
  54. Environmental Physics By Clare Smith 2001
  55. ۵۵٫۰ ۵۵٫۱ Dell, Ronald; Rand, David (2001), "Understanding Batteries", Unknown, Royal Society of Chemistry, 86: 2–4, Bibcode:1985STIN...8619754M, ISBN 0-85404-605-4
  56. McLaren, Peter G. (1984), Elementary Electric Power and Machines, Ellis Horwood, pp. 182–83, ISBN 0-85312-269-5
  57. Patterson, Walter C. (1999), Transforming Electricity: The Coming Generation of Change, Earthscan, pp. 44–48, ISBN 1-85383-341-X
  58. Edison Electric Institute, History of the Electric Power Industry, archived from the original on November 13, 2007, retrieved 2007-12-08
  59. http://pishgamsanat.co
  60. Edison Electric Institute, History of the U.S. Electric Power Industry, 1882–1991, retrieved 2007-12-08
  61. Carbon Sequestration Leadership Forum, An Energy Summary of India, archived from the original on 2007-12-05, retrieved 2007-12-08
  62. IndexMundi, China Electricity – consumption, retrieved 2007-12-08
  63. ۶۳٫۰ ۶۳٫۱ National Research Council (1986), Electricity in Economic Growth, National Academies Press, ISBN 0-309-03677-1
  64. Wald, Matthew (21 March 1990), "Growing Use of Electricity Raises Questions on Supply", The New York Times, retrieved 2007-12-09
  65. d'Alroy Jones, Peter, The Consumer Society: A History of American Capitalism, Penguin Books, p. 211
  66. "The Bumpy Road to Energy Deregulation". EnPowered. 2016-03-28.
  67. ReVelle, Charles and Penelope (1992), The Global Environment: Securing a Sustainable Future, Jones & Bartlett, p. 298, ISBN 0-86720-321-8
  68. Danish Ministry of Environment and Energy, "F.2 The Heat Supply Act", Denmark's Second National Communication on Climate Change, archived from the original on January 8, 2008, retrieved 2007-12-09
  69. Brown, Charles E. (2002), Power resources, Springer, ISBN 3-540-42634-5
  70. Hojjati, B.; Battles, S., The Growth in Electricity Demand in U.S. Households, 1981–2001: Implications for Carbon Emissions (PDF), archived from the original (PDF) on 2008-02-16, retrieved 2007-12-09
  71. "Public Transportation", Alternative Energy News, 2010-03-10
  72. Herrick, Dennis F. (2003), Media Management in the Age of Giants: Business Dynamics of Journalism, Blackwell Publishing, ISBN 0-8138-1699-8
  73. Das, Saswato R. (2007-12-15), "The tiny, mighty transistor", Los Angeles Times
  74. ۷۴٫۰ ۷۴٫۱ Tleis, Nasser (2008), Power System Modelling and Fault Analysis, Elsevier, pp. 552–54, ISBN 978-0-7506-8074-5
  75. Grimnes, Sverre (2000), Bioimpedance and Bioelectricity Basic, Academic Press, pp. 301–09, ISBN 0-12-303260-1
  76. Lipschultz, J.H.; Hilt, M.L.J.H. (2002), Crime and Local Television News, Lawrence Erlbaum Associates, p. 95, ISBN 0-8058-3620-9
  77. Encrenaz, Thérèse (2004), The Solar System, Springer, p. 217, ISBN 3-540-00241-3
  78. ۷۸٫۰ ۷۸٫۱ Lima-de-Faria, José; Buerger, Martin J. (1990), "Historical Atlas of Crystallography", Zeitschrift für Kristallographie, Springer, 209 (12): 67, Bibcode:1994ZK....209.1008P, doi:10.1524/zkri.1994.209.12.1008a, ISBN 0-7923-0649-X
  79. Ivancevic, Vladimir & Tijana (2005), Natural Biodynamics, World Scientific, p. 602, ISBN 981-256-534-5
  80. ۸۰٫۰ ۸۰٫۱ Kandel, E.; Schwartz, J.; Jessell, T. (2000), Principles of Neural Science, McGraw-Hill Professional, pp. 27–28, ISBN 0-8385-7701-6
  81. Davidovits, Paul (2007), Physics in Biology and Medicine, Academic Press, pp. 204–05, ISBN 978-0-12-369411-9
  82. Jackson, Mark (4 November 2013), Theoretical physics – like sex, but with no need to experiment, The Conversation
  83. Van Riper, A. Bowdoin (2002), Science in popular culture: a reference guide, Westport: گروه انتشاراتی گرینوود, p. 69, ISBN 0-313-31822-0
  84. ۸۴٫۰ ۸۴٫۱ ۸۴٫۲ ۸۴٫۳ ۸۴٫۴ ۸۴٫۵ Van Riper, op.cit. , p. 71.

منابع[ویرایش]

  • هیرت, ولیام (1385), تحلیل مهندسی برق, تهران: سازمان چاپ و انتشارات وزارت فرهنگ ایران, ISBN 9645801710

پیوند به بیرون[ویرایش]

Multiple lightning strikes on a city at night
Lightning is one of the most dramatic effects of electricity.

Electricity is the set of physical phenomena associated with the presence and motion of matter that has a property of electric charge. In early days, electricity was considered as being unrelated to magnetism. Later on, many experimental results and the development of Maxwell's equations indicated that both electricity and magnetism are from a single phenomenon: electromagnetism. Various common phenomena are related to electricity, including lightning, static electricity, electric heating, electric discharges and many others.

The presence of an electric charge, which can be either positive or negative, produces an electric field. The movement of electric charges is an electric current and produces a magnetic field.

When a charge is placed in a location with a non-zero electric field, a force will act on it. The magnitude of this force is given by Coulomb's law. Thus, if that charge were to move, the electric field would be doing work on the electric charge. Thus we can speak of electric potential at a certain point in space, which is equal to the work done by an external agent in carrying a unit of positive charge from an arbitrarily chosen reference point to that point without any acceleration and is typically measured in volts.

Electricity is at the heart of many modern technologies, being used for:

Electrical phenomena have been studied since antiquity, though progress in theoretical understanding remained slow until the seventeenth and eighteenth centuries. Even then, practical applications for electricity were few, and it would not be until the late nineteenth century that electrical engineers were able to put it to industrial and residential use. The rapid expansion in electrical technology at this time transformed industry and society, becoming a driving force for the Second Industrial Revolution. Electricity's extraordinary versatility means it can be put to an almost limitless set of applications which include transport, heating, lighting, communications, and computation. Electrical power is now the backbone of modern industrial society.[1]

History

A bust of a bearded man with dishevelled hair
Thales, the earliest known researcher into electricity

Long before any knowledge of electricity existed, people were aware of shocks from electric fish. Ancient Egyptian texts dating from 2750 BCE referred to these fish as the "Thunderer of the Nile", and described them as the "protectors" of all other fish. Electric fish were again reported millennia later by ancient Greek, Roman and Arabic naturalists and physicians.[2] Several ancient writers, such as Pliny the Elder and Scribonius Largus, attested to the numbing effect of electric shocks delivered by electric catfish and electric rays, and knew that such shocks could travel along conducting objects.[3] Patients suffering from ailments such as gout or headache were directed to touch electric fish in the hope that the powerful jolt might cure them.[4] Possibly the earliest and nearest approach to the discovery of the identity of lightning, and electricity from any other source, is to be attributed to the Arabs, who before the 15th century had the Arabic word for lightning ra‘ad (رعد) applied to the electric ray.[5]

Ancient cultures around the Mediterranean knew that certain objects, such as rods of amber, could be rubbed with cat's fur to attract light objects like feathers. Thales of Miletus made a series of observations on static electricity around 600 BCE, from which he believed that friction rendered amber magnetic, in contrast to minerals such as magnetite, which needed no rubbing.[6][7][8][9] Thales was incorrect in believing the attraction was due to a magnetic effect, but later science would prove a link between magnetism and electricity. According to a controversial theory, the Parthians may have had knowledge of electroplating, based on the 1936 discovery of the Baghdad Battery, which resembles a galvanic cell, though it is uncertain whether the artifact was electrical in nature.[10]

A half-length portrait of a bald, somewhat portly man in a three-piece suit.
Benjamin Franklin conducted extensive research on electricity in the 18th century, as documented by Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, with whom Franklin carried on extended correspondence.

Electricity would remain little more than an intellectual curiosity for millennia until 1600, when the English scientist William Gilbert wrote De Magnete, in which he made a careful study of electricity and magnetism, distinguishing the lodestone effect from static electricity produced by rubbing amber.[6] He coined the New Latin word electricus ("of amber" or "like amber", from ἤλεκτρον, elektron, the Greek word for "amber") to refer to the property of attracting small objects after being rubbed.[11] This association gave rise to the English words "electric" and "electricity", which made their first appearance in print in Thomas Browne's Pseudodoxia Epidemica of 1646.[12]

Further work was conducted in the 17th and early 18th centuries by Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray and C. F. du Fay.[13] Later in the 18th century, Benjamin Franklin conducted extensive research in electricity, selling his possessions to fund his work. In June 1752 he is reputed to have attached a metal key to the bottom of a dampened kite string and flown the kite in a storm-threatened sky.[14] A succession of sparks jumping from the key to the back of his hand showed that lightning was indeed electrical in nature.[15] He also explained the apparently paradoxical behavior[16] of the Leyden jar as a device for storing large amounts of electrical charge in terms of electricity consisting of both positive and negative charges.[13]

Half-length portrait oil painting of a man in a dark suit
Michael Faraday's discoveries formed the foundation of electric motor technology

In 1791, Luigi Galvani published his discovery of bioelectromagnetics, demonstrating that electricity was the medium by which neurons passed signals to the muscles.[17][18][13] Alessandro Volta's battery, or voltaic pile, of 1800, made from alternating layers of zinc and copper, provided scientists with a more reliable source of electrical energy than the electrostatic machines previously used.[17][18] The recognition of electromagnetism, the unity of electric and magnetic phenomena, is due to Hans Christian Ørsted and André-Marie Ampère in 1819–1820. Michael Faraday invented the electric motor in 1821, and Georg Ohm mathematically analysed the electrical circuit in 1827.[18] Electricity and magnetism (and light) were definitively linked by James Clerk Maxwell, in particular in his "On Physical Lines of Force" in 1861 and 1862.[19]

While the early 19th century had seen rapid progress in electrical science, the late 19th century would see the greatest progress in electrical engineering. Through such people as Alexander Graham Bell, Ottó Bláthy, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Ányos Jedlik, William Thomson, 1st Baron Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Swan, Reginald Fessenden, Nikola Tesla and George Westinghouse, electricity turned from a scientific curiosity into an essential tool for modern life.

In 1887, Heinrich Hertz[20]:843–44[21] discovered that electrodes illuminated with ultraviolet light create electric sparks more easily. In 1905, Albert Einstein published a paper that explained experimental data from the photoelectric effect as being the result of light energy being carried in discrete quantized packets, energising electrons. This discovery led to the quantum revolution. Einstein was awarded the Nobel Prize in Physics in 1921 for "his discovery of the law of the photoelectric effect".[22] The photoelectric effect is also employed in photocells such as can be found in solar panels and this is frequently used to make electricity commercially.

The first solid-state device was the "cat's-whisker detector" first used in the 1900s in radio receivers. A whisker-like wire is placed lightly in contact with a solid crystal (such as a germanium crystal) to detect a radio signal by the contact junction effect.[23] In a solid-state component, the current is confined to solid elements and compounds engineered specifically to switch and amplify it. Current flow can be understood in two forms: as negatively charged electrons, and as positively charged electron deficiencies called holes. These charges and holes are understood in terms of quantum physics. The building material is most often a crystalline semiconductor.[24][25]

Solid-state electronics came into its own with the emergence of transistor technology. The first working transistor, a germanium-based point-contact transistor, was invented by John Bardeen and Walter Houser Brattain at Bell Labs in 1947,[26] followed by the bipolar junction transistor in 1948.[27] These early transistors were relatively bulky devices that were difficult to manufacture on a mass-production basis.[28] They were followed by the silicon-based MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, or MOS transistor), invented by Mohamed M. Atalla and Dawon Kahng at Bell Labs in 1959.[29][30][31] It was the first truly compact transistor that could be miniaturised and mass-produced for a wide range of uses,[28] leading to the silicon revolution.[32] Solid-state devices started becoming prevalent from the 1960s, with the transition from vacuum tubes to semiconductor diodes, transistors, integrated circuit (IC) chips, MOSFETs, and light-emitting diode (LED) technology.

The most common electronic device is the MOSFET,[30][33] which has become the most widely manufactured device in history.[34] Common solid-state MOS devices include microprocessor chips[35] and semiconductor memory.[36][37] A special type of semiconductor memory is flash memory, which is used in USB flash drives and mobile devices, as well as solid-state drive (SSD) technology to replace mechanically rotating magnetic disc hard disk drive (HDD) technology.

Concepts

Electric charge

A clear glass dome has an external electrode which connects through the glass to a pair of gold leaves. A charged rod touches the external electrode and makes the leaves repel.
Charge on a gold-leaf electroscope causes the leaves to visibly repel each other

The presence of charge gives rise to an electrostatic force: charges exert a force on each other, an effect that was known, though not understood, in antiquity.[20]:457 A lightweight ball suspended from a string can be charged by touching it with a glass rod that has itself been charged by rubbing with a cloth. If a similar ball is charged by the same glass rod, it is found to repel the first: the charge acts to force the two balls apart. Two balls that are charged with a rubbed amber rod also repel each other. However, if one ball is charged by the glass rod, and the other by an amber rod, the two balls are found to attract each other. These phenomena were investigated in the late eighteenth century by Charles-Augustin de Coulomb, who deduced that charge manifests itself in two opposing forms. This discovery led to the well-known axiom: like-charged objects repel and opposite-charged objects attract.[20]

The force acts on the charged particles themselves, hence charge has a tendency to spread itself as evenly as possible over a conducting surface. The magnitude of the electromagnetic force, whether attractive or repulsive, is given by Coulomb's law, which relates the force to the product of the charges and has an inverse-square relation to the distance between them.[38][39]:35 The electromagnetic force is very strong, second only in strength to the strong interaction,[40] but unlike that force it operates over all distances.[41] In comparison with the much weaker gravitational force, the electromagnetic force pushing two electrons apart is 1042 times that of the gravitational attraction pulling them together.[42]

Study has shown that the origin of charge is from certain types of subatomic particles which have the property of electric charge. Electric charge gives rise to and interacts with the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. The most familiar carriers of electrical charge are the electron and proton. Experiment has shown charge to be a conserved quantity, that is, the net charge within an electrically isolated system will always remain constant regardless of any changes taking place within that system.[43] Within the system, charge may be transferred between bodies, either by direct contact, or by passing along a conducting material, such as a wire.[39]:2–5 The informal term static electricity refers to the net presence (or 'imbalance') of charge on a body, usually caused when dissimilar materials are rubbed together, transferring charge from one to the other.

The charge on electrons and protons is opposite in sign, hence an amount of charge may be expressed as being either negative or positive. By convention, the charge carried by electrons is deemed negative, and that by protons positive, a custom that originated with the work of Benjamin Franklin.[44] The amount of charge is usually given the symbol Q and expressed in coulombs;[45] each electron carries the same charge of approximately −1.6022×10−19 coulomb. The proton has a charge that is equal and opposite, and thus +1.6022×10−19  coulomb. Charge is possessed not just by matter, but also by antimatter, each antiparticle bearing an equal and opposite charge to its corresponding particle.[46]

Charge can be measured by a number of means, an early instrument being the gold-leaf electroscope, which although still in use for classroom demonstrations, has been superseded by the electronic electrometer.[39]:2–5

Electric current

The movement of electric charge is known as an electric current, the intensity of which is usually measured in amperes. Current can consist of any moving charged particles; most commonly these are electrons, but any charge in motion constitutes a current. Electric current can flow through some things, electrical conductors, but will not flow through an electrical insulator.[47]

By historical convention, a positive current is defined as having the same direction of flow as any positive charge it contains, or to flow from the most positive part of a circuit to the most negative part. Current defined in this manner is called conventional current. The motion of negatively charged electrons around an electric circuit, one of the most familiar forms of current, is thus deemed positive in the opposite direction to that of the electrons.[48] However, depending on the conditions, an electric current can consist of a flow of charged particles in either direction, or even in both directions at once. The positive-to-negative convention is widely used to simplify this situation.

Two metal wires form an inverted V shape. A blindingly bright orange-white electric arc flows between their tips.
An electric arc provides an energetic demonstration of electric current

The process by which electric current passes through a material is termed electrical conduction, and its nature varies with that of the charged particles and the material through which they are travelling. Examples of electric currents include metallic conduction, where electrons flow through a conductor such as metal, and electrolysis, where ions (charged atoms) flow through liquids, or through plasmas such as electrical sparks. While the particles themselves can move quite slowly, sometimes with an average drift velocity only fractions of a millimetre per second,[39]:17 the electric field that drives them itself propagates at close to the speed of light, enabling electrical signals to pass rapidly along wires.[49]

Current causes several observable effects, which historically were the means of recognising its presence. That water could be decomposed by the current from a voltaic pile was discovered by Nicholson and Carlisle in 1800, a process now known as electrolysis. Their work was greatly expanded upon by Michael Faraday in 1833. Current through a resistance causes localised heating, an effect James Prescott Joule studied mathematically in 1840.[39]:23–24 One of the most important discoveries relating to current was made accidentally by Hans Christian Ørsted in 1820, when, while preparing a lecture, he witnessed the current in a wire disturbing the needle of a magnetic compass.[50] He had discovered electromagnetism, a fundamental interaction between electricity and magnetics. The level of electromagnetic emissions generated by electric arcing is high enough to produce electromagnetic interference, which can be detrimental to the workings of adjacent equipment.[51]

In engineering or household applications, current is often described as being either direct current (DC) or alternating current (AC). These terms refer to how the current varies in time. Direct current, as produced by example from a battery and required by most electronic devices, is a unidirectional flow from the positive part of a circuit to the negative.[52]:11 If, as is most common, this flow is carried by electrons, they will be travelling in the opposite direction. Alternating current is any current that reverses direction repeatedly; almost always this takes the form of a sine wave.[52]:206–07 Alternating current thus pulses back and forth within a conductor without the charge moving any net distance over time. The time-averaged value of an alternating current is zero, but it delivers energy in first one direction, and then the reverse. Alternating current is affected by electrical properties that are not observed under steady state direct current, such as inductance and capacitance.[52]:223–25 These properties however can become important when circuitry is subjected to transients, such as when first energised.

Electric field

The concept of the electric field was introduced by Michael Faraday. An electric field is created by a charged body in the space that surrounds it, and results in a force exerted on any other charges placed within the field. The electric field acts between two charges in a similar manner to the way that the gravitational field acts between two masses, and like it, extends towards infinity and shows an inverse square relationship with distance.[41] However, there is an important difference. Gravity always acts in attraction, drawing two masses together, while the electric field can result in either attraction or repulsion. Since large bodies such as planets generally carry no net charge, the electric field at a distance is usually zero. Thus gravity is the dominant force at distance in the universe, despite being much weaker.[42]

Field lines emanating from a positive charge above a plane conductor

An electric field generally varies in space,[53] and its strength at any one point is defined as the force (per unit charge) that would be felt by a stationary, negligible charge if placed at that point.[20]:469–70 The conceptual charge, termed a 'test charge', must be vanishingly small to prevent its own electric field disturbing the main field and must also be stationary to prevent the effect of magnetic fields. As the electric field is defined in terms of force, and force is a vector, so it follows that an electric field is also a vector, having both magnitude and direction. Specifically, it is a vector field.[20]:469–70

The study of electric fields created by stationary charges is called electrostatics. The field may be visualised by a set of imaginary lines whose direction at any point is the same as that of the field. This concept was introduced by Faraday,[54] whose term 'lines of force' still sometimes sees use. The field lines are the paths that a point positive charge would seek to make as it was forced to move within the field; they are however an imaginary concept with no physical existence, and the field permeates all the intervening space between the lines.[54] Field lines emanating from stationary charges have several key properties: first, that they originate at positive charges and terminate at negative charges; second, that they must enter any good conductor at right angles, and third, that they may never cross nor close in on themselves.[20]:479

A hollow conducting body carries all its charge on its outer surface. The field is therefore zero at all places inside the body.[39]:88 This is the operating principal of the Faraday cage, a conducting metal shell which isolates its interior from outside electrical effects.

The principles of electrostatics are important when designing items of high-voltage equipment. There is a finite limit to the electric field strength that may be withstood by any medium. Beyond this point, electrical breakdown occurs and an electric arc causes flashover between the charged parts. Air, for example, tends to arc across small gaps at electric field strengths which exceed 30 kV per centimetre. Over larger gaps, its breakdown strength is weaker, perhaps 1 kV per centimetre.[55] The most visible natural occurrence of this is lightning, caused when charge becomes separated in the clouds by rising columns of air, and raises the electric field in the air to greater than it can withstand. The voltage of a large lightning cloud may be as high as 100 MV and have discharge energies as great as 250 kWh.[56]

The field strength is greatly affected by nearby conducting objects, and it is particularly intense when it is forced to curve around sharply pointed objects. This principle is exploited in the lightning conductor, the sharp spike of which acts to encourage the lightning stroke to develop there, rather than to the building it serves to protect[57]:155

Electric potential

Two AA batteries each have a plus sign marked at one end.
A pair of AA cells. The + sign indicates the polarity of the potential difference between the battery terminals.

The concept of electric potential is closely linked to that of the electric field. A small charge placed within an electric field experiences a force, and to have brought that charge to that point against the force requires work. The electric potential at any point is defined as the energy required to bring a unit test charge from an infinite distance slowly to that point. It is usually measured in volts, and one volt is the potential for which one joule of work must be expended to bring a charge of one coulomb from infinity.[20]:494–98 This definition of potential, while formal, has little practical application, and a more useful concept is that of electric potential difference, and is the energy required to move a unit charge between two specified points. An electric field has the special property that it is conservative, which means that the path taken by the test charge is irrelevant: all paths between two specified points expend the same energy, and thus a unique value for potential difference may be stated.[20]:494–98 The volt is so strongly identified as the unit of choice for measurement and description of electric potential difference that the term voltage sees greater everyday usage.

For practical purposes, it is useful to define a common reference point to which potentials may be expressed and compared. While this could be at infinity, a much more useful reference is the Earth itself, which is assumed to be at the same potential everywhere. This reference point naturally takes the name earth or ground. Earth is assumed to be an infinite source of equal amounts of positive and negative charge, and is therefore electrically uncharged—and unchargeable.[58]

Electric potential is a scalar quantity, that is, it has only magnitude and not direction. It may be viewed as analogous to height: just as a released object will fall through a difference in heights caused by a gravitational field, so a charge will 'fall' across the voltage caused by an electric field.[59] As relief maps show contour lines marking points of equal height, a set of lines marking points of equal potential (known as equipotentials) may be drawn around an electrostatically charged object. The equipotentials cross all lines of force at right angles. They must also lie parallel to a conductor's surface, otherwise this would produce a force that will move the charge carriers to even the potential of the surface.

The electric field was formally defined as the force exerted per unit charge, but the concept of potential allows for a more useful and equivalent definition: the electric field is the local gradient of the electric potential. Usually expressed in volts per metre, the vector direction of the field is the line of greatest slope of potential, and where the equipotentials lie closest together.[39]:60

Electromagnets

A wire carries a current towards the reader. Concentric circles representing the magnetic field circle anticlockwise around the wire, as viewed by the reader.
Magnetic field circles around a current

Ørsted's discovery in 1821 that a magnetic field existed around all sides of a wire carrying an electric current indicated that there was a direct relationship between electricity and magnetism. Moreover, the interaction seemed different from gravitational and electrostatic forces, the two forces of nature then known. The force on the compass needle did not direct it to or away from the current-carrying wire, but acted at right angles to it.[50] Ørsted's slightly obscure words were that "the electric conflict acts in a revolving manner." The force also depended on the direction of the current, for if the flow was reversed, then the force did too.[60]

Ørsted did not fully understand his discovery, but he observed the effect was reciprocal: a current exerts a force on a magnet, and a magnetic field exerts a force on a current. The phenomenon was further investigated by Ampère, who discovered that two parallel current-carrying wires exerted a force upon each other: two wires conducting currents in the same direction are attracted to each other, while wires containing currents in opposite directions are forced apart.[61] The interaction is mediated by the magnetic field each current produces and forms the basis for the international definition of the ampere.[61]

A cut-away diagram of a small electric motor
The electric motor exploits an important effect of electromagnetism: a current through a magnetic field experiences a force at right angles to both the field and current

This relationship between magnetic fields and currents is extremely important, for it led to Michael Faraday's invention of the electric motor in 1821. Faraday's homopolar motor consisted of a permanent magnet sitting in a pool of mercury. A current was allowed through a wire suspended from a pivot above the magnet and dipped into the mercury. The magnet exerted a tangential force on the wire, making it circle around the magnet for as long as the current was maintained.[62]

Experimentation by Faraday in 1831 revealed that a wire moving perpendicular to a magnetic field developed a potential difference between its ends. Further analysis of this process, known as electromagnetic induction, enabled him to state the principle, now known as Faraday's law of induction, that the potential difference induced in a closed circuit is proportional to the rate of change of magnetic flux through the loop. Exploitation of this discovery enabled him to invent the first electrical generator in 1831, in which he converted the mechanical energy of a rotating copper disc to electrical energy.[62] Faraday's disc was inefficient and of no use as a practical generator, but it showed the possibility of generating electric power using magnetism, a possibility that would be taken up by those that followed on from his work.

Electrochemistry

Italian physicist Alessandro Volta showing his "battery" to French emperor Napoleon Bonaparte in the early 19th century.

The ability of chemical reactions to produce electricity, and conversely the ability of electricity to drive chemical reactions has a wide array of uses.

Electrochemistry has always been an important part of electricity. From the initial invention of the Voltaic pile, electrochemical cells have evolved into the many different types of batteries, electroplating and electrolysis cells. Aluminium is produced in vast quantities this way, and many portable devices are electrically powered using rechargeable cells.

Electric circuits

A basic electric circuit. The voltage source V on the left drives a current I around the circuit, delivering electrical energy into the resistor R. From the resistor, the current returns to the source, completing the circuit.

An electric circuit is an interconnection of electric components such that electric charge is made to flow along a closed path (a circuit), usually to perform some useful task.

The components in an electric circuit can take many forms, which can include elements such as resistors, capacitors, switches, transformers and electronics. Electronic circuits contain active components, usually semiconductors, and typically exhibit non-linear behaviour, requiring complex analysis. The simplest electric components are those that are termed passive and linear: while they may temporarily store energy, they contain no sources of it, and exhibit linear responses to stimuli.[63]:15–16

The resistor is perhaps the simplest of passive circuit elements: as its name suggests, it resists the current through it, dissipating its energy as heat. The resistance is a consequence of the motion of charge through a conductor: in metals, for example, resistance is primarily due to collisions between electrons and ions. Ohm's law is a basic law of circuit theory, stating that the current passing through a resistance is directly proportional to the potential difference across it. The resistance of most materials is relatively constant over a range of temperatures and currents; materials under these conditions are known as 'ohmic'. The ohm, the unit of resistance, was named in honour of Georg Ohm, and is symbolised by the Greek letter Ω. 1 Ω is the resistance that will produce a potential difference of one volt in response to a current of one amp.[63]:30–35

The capacitor is a development of the Leyden jar and is a device that can store charge, and thereby storing electrical energy in the resulting field. It consists of two conducting plates separated by a thin insulating dielectric layer; in practice, thin metal foils are coiled together, increasing the surface area per unit volume and therefore the capacitance. The unit of capacitance is the farad, named after Michael Faraday, and given the symbol F: one farad is the capacitance that develops a potential difference of one volt when it stores a charge of one coulomb. A capacitor connected to a voltage supply initially causes a current as it accumulates charge; this current will however decay in time as the capacitor fills, eventually falling to zero. A capacitor will therefore not permit a steady state current, but instead blocks it.[63]:216–20

The inductor is a conductor, usually a coil of wire, that stores energy in a magnetic field in response to the current through it. When the current changes, the magnetic field does too, inducing a voltage between the ends of the conductor. The induced voltage is proportional to the time rate of change of the current. The constant of proportionality is termed the inductance. The unit of inductance is the henry, named after Joseph Henry, a contemporary of Faraday. One henry is the inductance that will induce a potential difference of one volt if the current through it changes at a rate of one ampere per second. The inductor's behaviour is in some regards converse to that of the capacitor: it will freely allow an unchanging current, but opposes a rapidly changing one.[63]:226–29

Electric power

Electric power is the rate at which electric energy is transferred by an electric circuit. The SI unit of power is the watt, one joule per second.

Electric power, like mechanical power, is the rate of doing work, measured in watts, and represented by the letter P. The term wattage is used colloquially to mean "electric power in watts." The electric power in watts produced by an electric current I consisting of a charge of Q coulombs every t seconds passing through an electric potential (voltage) difference of V is

where

Q is electric charge in coulombs
t is time in seconds
I is electric current in amperes
V is electric potential or voltage in volts

Electricity generation is often done with electric generators, but can also be supplied by chemical sources such as electric batteries or by other means from a wide variety of sources of energy. Electric power is generally supplied to businesses and homes by the electric power industry. Electricity is usually sold by the kilowatt hour (3.6 MJ) which is the product of power in kilowatts multiplied by running time in hours. Electric utilities measure power using electricity meters, which keep a running total of the electric energy delivered to a customer. Unlike fossil fuels, electricity is a low entropy form of energy and can be converted into motion or many other forms of energy with high efficiency.[64]

Electronics

Surface mount electronic components

Electronics deals with electrical circuits that involve active electrical components such as vacuum tubes, transistors, diodes, optoelectronics, sensors and integrated circuits, and associated passive interconnection technologies. The nonlinear behaviour of active components and their ability to control electron flows makes amplification of weak signals possible and electronics is widely used in information processing, telecommunications, and signal processing. The ability of electronic devices to act as switches makes digital information processing possible. Interconnection technologies such as circuit boards, electronics packaging technology, and other varied forms of communication infrastructure complete circuit functionality and transform the mixed components into a regular working system.

Today, most electronic devices use semiconductor components to perform electron control. The study of semiconductor devices and related technology is considered a branch of solid state physics, whereas the design and construction of electronic circuits to solve practical problems come under electronics engineering.

Electromagnetic wave

Faraday's and Ampère's work showed that a time-varying magnetic field acted as a source of an electric field, and a time-varying electric field was a source of a magnetic field. Thus, when either field is changing in time, then a field of the other is necessarily induced.[20]:696–700 Such a phenomenon has the properties of a wave, and is naturally referred to as an electromagnetic wave. Electromagnetic waves were analysed theoretically by James Clerk Maxwell in 1864. Maxwell developed a set of equations that could unambiguously describe the interrelationship between electric field, magnetic field, electric charge, and electric current. He could moreover prove that such a wave would necessarily travel at the speed of light, and thus light itself was a form of electromagnetic radiation. Maxwell's Laws, which unify light, fields, and charge are one of the great milestones of theoretical physics.[20]:696–700

Thus, the work of many researchers enabled the use of electronics to convert signals into high frequency oscillating currents, and via suitably shaped conductors, electricity permits the transmission and reception of these signals via radio waves over very long distances.

Production and uses

Generation and transmission

Early 20th-century alternator made in Budapest, Hungary, in the power generating hall of a hydroelectric station (photograph by Prokudin-Gorsky, 1905–1915).

In the 6th century BC, the Greek philosopher Thales of Miletus experimented with amber rods and these experiments were the first studies into the production of electrical energy. While this method, now known as the triboelectric effect, can lift light objects and generate sparks, it is extremely inefficient.[65] It was not until the invention of the voltaic pile in the eighteenth century that a viable source of electricity became available. The voltaic pile, and its modern descendant, the electrical battery, store energy chemically and make it available on demand in the form of electrical energy.[65] The battery is a versatile and very common power source which is ideally suited to many applications, but its energy storage is finite, and once discharged it must be disposed of or recharged. For large electrical demands electrical energy must be generated and transmitted continuously over conductive transmission lines.

Electrical power is usually generated by electro-mechanical generators driven by steam produced from fossil fuel combustion, or the heat released from nuclear reactions; or from other sources such as kinetic energy extracted from wind or flowing water. The modern steam turbine invented by Sir Charles Parsons in 1884 today generates about 80 percent of the electric power in the world using a variety of heat sources. Such generators bear no resemblance to Faraday's homopolar disc generator of 1831, but they still rely on his electromagnetic principle that a conductor linking a changing magnetic field induces a potential difference across its ends.[66] The invention in the late nineteenth century of the transformer meant that electrical power could be transmitted more efficiently at a higher voltage but lower current. Efficient electrical transmission meant in turn that electricity could be generated at centralised power stations, where it benefited from economies of scale, and then be despatched relatively long distances to where it was needed.[67][68]

A wind farm of about a dozen three-bladed white wind turbines.
Wind power is of increasing importance in many countries

Since electrical energy cannot easily be stored in quantities large enough to meet demands on a national scale, at all times exactly as much must be produced as is required.[67] This requires electricity utilities to make careful predictions of their electrical loads, and maintain constant co-ordination with their power stations. A certain amount of generation must always be held in reserve to cushion an electrical grid against inevitable disturbances and losses.

Demand for electricity grows with great rapidity as a nation modernises and its economy develops. The United States showed a 12% increase in demand during each year of the first three decades of the twentieth century,[69] a rate of growth that is now being experienced by emerging economies such as those of India or China.[70][71] Historically, the growth rate for electricity demand has outstripped that for other forms of energy.[72]:16

Environmental concerns with electricity generation have led to an increased focus on generation from renewable sources, in particular from wind and solar. While debate can be expected to continue over the environmental impact of different means of electricity production, its final form is relatively clean.[72]:89

Applications

The light bulb, an early application of electricity, operates by Joule heating: the passage of current through resistance generating heat

Electricity is a very convenient way to transfer energy, and it has been adapted to a huge, and growing, number of uses.[73] The invention of a practical incandescent light bulb in the 1870s led to lighting becoming one of the first publicly available applications of electrical power. Although electrification brought with it its own dangers, replacing the naked flames of gas lighting greatly reduced fire hazards within homes and factories.[74] Public utilities were set up in many cities targeting the burgeoning market for electrical lighting. In the late 20th century and in modern times, the trend has started to flow in the direction of deregulation in the electrical power sector.[75]

The resistive Joule heating effect employed in filament light bulbs also sees more direct use in electric heating. While this is versatile and controllable, it can be seen as wasteful, since most electrical generation has already required the production of heat at a power station.[76] A number of countries, such as Denmark, have issued legislation restricting or banning the use of resistive electric heating in new buildings.[77] Electricity is however still a highly practical energy source for heating and refrigeration,[78] with air conditioning/heat pumps representing a growing sector for electricity demand for heating and cooling, the effects of which electricity utilities are increasingly obliged to accommodate.[79]

Electricity is used within telecommunications, and indeed the electrical telegraph, demonstrated commercially in 1837 by Cooke and Wheatstone, was one of its earliest applications. With the construction of first intercontinental, and then transatlantic, telegraph systems in the 1860s, electricity had enabled communications in minutes across the globe. Optical fibre and satellite communication have taken a share of the market for communications systems, but electricity can be expected to remain an essential part of the process.

The effects of electromagnetism are most visibly employed in the electric motor, which provides a clean and efficient means of motive power. A stationary motor such as a winch is easily provided with a supply of power, but a motor that moves with its application, such as an electric vehicle, is obliged to either carry along a power source such as a battery, or to collect current from a sliding contact such as a pantograph. Electrically powered vehicles are used in public transportation, such as electric buses and trains,[80] and an increasing number of battery-powered electric cars in private ownership.

Electronic devices make use of the transistor, perhaps one of the most important inventions of the twentieth century,[81] and a fundamental building block of all modern circuitry. A modern integrated circuit may contain several billion miniaturised transistors in a region only a few centimetres square.[82]

Electricity and the natural world

Physiological effects

A voltage applied to a human body causes an electric current through the tissues, and although the relationship is non-linear, the greater the voltage, the greater the current.[83] The threshold for perception varies with the supply frequency and with the path of the current, but is about 0.1 mA to 1 mA for mains-frequency electricity, though a current as low as a microamp can be detected as an electrovibration effect under certain conditions.[84] If the current is sufficiently high, it will cause muscle contraction, fibrillation of the heart, and tissue burns.[83] The lack of any visible sign that a conductor is electrified makes electricity a particular hazard. The pain caused by an electric shock can be intense, leading electricity at times to be employed as a method of torture. Death caused by an electric shock is referred to as electrocution. Electrocution is still the means of judicial execution in some jurisdictions, though its use has become rarer in recent times.[85]

Electrical phenomena in nature

The electric eel, Electrophorus electricus

Electricity is not a human invention, and may be observed in several forms in nature, a prominent manifestation of which is lightning. Many interactions familiar at the macroscopic level, such as touch, friction or chemical bonding, are due to interactions between electric fields on the atomic scale. The Earth's magnetic field is thought to arise from a natural dynamo of circulating currents in the planet's core.[86] Certain crystals, such as quartz, or even sugar, generate a potential difference across their faces when subjected to external pressure.[87] This phenomenon is known as piezoelectricity, from the Greek piezein (πιέζειν), meaning to press, and was discovered in 1880 by Pierre and Jacques Curie. The effect is reciprocal, and when a piezoelectric material is subjected to an electric field, a small change in physical dimensions takes place.[87]

§Bioelectrogenesis in microbial life is a prominent phenomenon in soils and sediment ecology resulting from anaerobic respiration. The microbial fuel cell mimics this ubiquitous natural phenomenon.

Some organisms, such as sharks, are able to detect and respond to changes in electric fields, an ability known as electroreception,[88] while others, termed electrogenic, are able to generate voltages themselves to serve as a predatory or defensive weapon.[3] The order Gymnotiformes, of which the best known example is the electric eel, detect or stun their prey via high voltages generated from modified muscle cells called electrocytes.[3][4] All animals transmit information along their cell membranes with voltage pulses called action potentials, whose functions include communication by the nervous system between neurons and muscles.[89] An electric shock stimulates this system, and causes muscles to contract.[90] Action potentials are also responsible for coordinating activities in certain plants.[89]

Cultural perception

In 1850, William Gladstone asked the scientist Michael Faraday why electricity was valuable. Faraday answered, “One day sir, you may tax it.”[91]

In the 19th and early 20th century, electricity was not part of the everyday life of many people, even in the industrialised Western world. The popular culture of the time accordingly often depicted it as a mysterious, quasi-magical force that can slay the living, revive the dead or otherwise bend the laws of nature.[92] This attitude began with the 1771 experiments of Luigi Galvani in which the legs of dead frogs were shown to twitch on application of animal electricity. "Revitalization" or resuscitation of apparently dead or drowned persons was reported in the medical literature shortly after Galvani's work. These results were known to Mary Shelley when she authored Frankenstein (1819), although she does not name the method of revitalization of the monster. The revitalization of monsters with electricity later became a stock theme in horror films.

As the public familiarity with electricity as the lifeblood of the Second Industrial Revolution grew, its wielders were more often cast in a positive light,[93] such as the workers who "finger death at their gloves' end as they piece and repiece the living wires" in Rudyard Kipling's 1907 poem Sons of Martha.[93] Electrically powered vehicles of every sort featured large in adventure stories such as those of Jules Verne and the Tom Swift books.[93] The masters of electricity, whether fictional or real—including scientists such as Thomas Edison, Charles Steinmetz or Nikola Tesla—were popularly conceived of as having wizard-like powers.[93]

With electricity ceasing to be a novelty and becoming a necessity of everyday life in the later half of the 20th century, it required particular attention by popular culture only when it stops flowing,[93] an event that usually signals disaster.[93] The people who keep it flowing, such as the nameless hero of Jimmy Webb’s song "Wichita Lineman" (1968),[93] are still often cast as heroic, wizard-like figures.[93]

See also

Notes

  1. ^ Jones, D.A. (1991), "Electrical engineering: the backbone of society", IEE Proceedings A - Science, Measurement and Technology, 138 (1): 1–10, doi:10.1049/ip-a-3.1991.0001
  2. ^ Moller, Peter; Kramer, Bernd (December 1991), "Review: Electric Fish", BioScience, American Institute of Biological Sciences, 41 (11): 794–96 [794], doi:10.2307/1311732, JSTOR 1311732
  3. ^ a b c Bullock, Theodore H. (2005), Electroreception, Springer, pp. 5–7, ISBN 0-387-23192-7
  4. ^ a b Morris, Simon C. (2003), Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe, Cambridge University Press, pp. 182–85, ISBN 0-521-82704-3
  5. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge (1918), New York: Encyclopedia Americana Corp
  6. ^ a b Stewart, Joseph (2001), Intermediate Electromagnetic Theory, World Scientific, p. 50, ISBN 981-02-4471-1
  7. ^ Simpson, Brian (2003), Electrical Stimulation and the Relief of Pain, Elsevier Health Sciences, pp. 6–7, ISBN 0-444-51258-6
  8. ^ Diogenes Laertius. R.D. Hicks (ed.). "Lives of Eminent Philosophers, Book 1 Chapter 1 [24]". Perseus Digital Library. Tufts University. Retrieved 5 February 2017. Aristotle and Hippias affirm that, arguing from the magnet and from amber, he attributed a soul or life even to inanimate objects.
  9. ^ Aristotle. Daniel C. Stevenson (ed.). "De Animus (On the Soul) Book 1 Part 2 (B4 verso)". The Internet Classics Archive. Translated by J.A. Smith. Retrieved 5 February 2017. Thales, too, to judge from what is recorded about him, seems to have held soul to be a motive force, since he said that the magnet has a soul in it because it moves the iron.
  10. ^ Frood, Arran (27 February 2003), Riddle of 'Baghdad's batteries', BBC, retrieved 2008-02-16
  11. ^ Baigrie, Brian (2007), Electricity and Magnetism: A Historical Perspective, Greenwood Press, pp. 7–8, ISBN 978-0-313-33358-3
  12. ^ Chalmers, Gordon (1937), "The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England", Philosophy of Science, 4 (1): 75–95, doi:10.1086/286445
  13. ^ a b c Guarnieri, M. (2014). "Electricity in the age of Enlightenment". IEEE Industrial Electronics Magazine. 8 (3): 60–63. doi:10.1109/MIE.2014.2335431.
  14. ^ Srodes, James (2002), Franklin: The Essential Founding Father, Regnery Publishing, pp. 92–94, ISBN 0-89526-163-4 It is uncertain if Franklin personally carried out this experiment, but it is popularly attributed to him.
  15. ^ Uman, Martin (1987), All About Lightning (PDF), Dover Publications, ISBN 0-486-25237-X
  16. ^ Riskin, Jessica (1998), Poor Richard's Leyden Jar: Electricity and economy in Franklinist France (PDF), p. 327
  17. ^ a b Guarnieri, M. (2014). "The Big Jump from the Legs of a Frog". IEEE Industrial Electronics Magazine. 8 (4): 59–61, 69. doi:10.1109/MIE.2014.2361237.
  18. ^ a b c Kirby, Richard S. (1990), Engineering in History, Courier Dover Publications, pp. 331–33, ISBN 0-486-26412-2
  19. ^ Berkson, William (1974) Fields of force: the development of a world view from Faraday to Einstein p.148. Routledge, 1974
  20. ^ a b c d e f g h i j Sears, Francis; et al. (1982), University Physics, Sixth Edition, Addison Wesley, ISBN 0-201-07199-1
  21. ^ Hertz, Heinrich (1887). "Ueber den Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung". Annalen der Physik. 267 (8): S. 983–1000. Bibcode:1887AnP...267..983H. doi:10.1002/andp.18872670827.
  22. ^ "The Nobel Prize in Physics 1921". Nobel Foundation. Retrieved 2013-03-16.
  23. ^ "Solid state", The Free Dictionary
  24. ^ John Sydney Blakemore, Solid state physics, pp. 1–3, Cambridge University Press, 1985 ISBN 0-521-31391-0.
  25. ^ Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock, Microelectronic circuit design, pp. 46–47, McGraw-Hill Professional, 2003 ISBN 0-07-250503-6.
  26. ^ "1947: Invention of the Point-Contact Transistor". Computer History Museum. Retrieved 10 August 2019.
  27. ^ "1948: Conception of the Junction Transistor". The Silicon Engine. Computer History Museum. Retrieved 8 October 2019.
  28. ^ a b Moskowitz, Sanford L. (2016). Advanced Materials Innovation: Managing Global Technology in the 21st century. John Wiley & Sons. p. 168. ISBN 9780470508923.
  29. ^ "1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated". The Silicon Engine. Computer History Museum.
  30. ^ a b "Who Invented the Transistor?". Computer History Museum. 4 December 2013. Retrieved 20 July 2019.
  31. ^ "Triumph of the MOS Transistor". YouTube. Computer History Museum. 6 August 2010. Retrieved 21 July 2019.
  32. ^ Feldman, Leonard C. (2001). "Introduction". Fundamental Aspects of Silicon Oxidation. Springer Science & Business Media. pp. 1–11. ISBN 9783540416821.
  33. ^ Golio, Mike; Golio, Janet (2018). RF and Microwave Passive and Active Technologies. CRC Press. pp. 18–2. ISBN 9781420006728.
  34. ^ "13 Sextillion & Counting: The Long & Winding Road to the Most Frequently Manufactured Human Artifact in History". Computer History Museum. April 2, 2018. Retrieved 28 July 2019.
  35. ^ Shirriff, Ken (30 August 2016). "The Surprising Story of the First Microprocessors". IEEE Spectrum. Institute of Electrical and Electronics Engineers. Retrieved 13 October 2019.
  36. ^ "The MOS Memory Market" (PDF). Integrated Circuit Engineering Corporation. Smithsonian Institution. 1997. Retrieved 16 October 2019.
  37. ^ "MOS Memory Market Trends" (PDF). Integrated Circuit Engineering Corporation. Smithsonian Institution. 1998. Retrieved 16 October 2019.
  38. ^ "The repulsive force between two small spheres charged with the same type of electricity is inversely proportional to the square of the distance between the centres of the two spheres." Charles-Augustin de Coulomb, Histoire de l'Academie Royal des Sciences, Paris 1785.
  39. ^ a b c d e f g Duffin, W.J. (1980), Electricity and Magnetism, 3rd edition, McGraw-Hill, ISBN 0-07-084111-X
  40. ^ National Research Council (1998), Physics Through the 1990s, National Academies Press, pp. 215–16, ISBN 0-309-03576-7
  41. ^ a b Umashankar, Korada (1989), Introduction to Engineering Electromagnetic Fields, World Scientific, pp. 77–79, ISBN 9971-5-0921-0
  42. ^ a b Hawking, Stephen (1988), A Brief History of Time, Bantam Press, p. 77, ISBN 0-553-17521-1
  43. ^ Trefil, James (2003), The Nature of Science: An A–Z Guide to the Laws and Principles Governing Our Universe, Houghton Mifflin Books, p. 74, ISBN 0-618-31938-7
  44. ^ Shectman, Jonathan (2003), Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the 18th Century, Greenwood Press, pp. 87–91, ISBN 0-313-32015-2
  45. ^ Sewell, Tyson (1902), The Elements of Electrical Engineering, Lockwood, p. 18. The Q originally stood for 'quantity of electricity', the term 'electricity' now more commonly expressed as 'charge'.
  46. ^ Close, Frank (2007), The New Cosmic Onion: Quarks and the Nature of the Universe, CRC Press, p. 51, ISBN 978-1-58488-798-0
  47. ^ Shock and Awe: The Story of Electricity – Jim Al-Khalili BBC Horizon
  48. ^ Ward, Robert (1960), Introduction to Electrical Engineering, Prentice-Hall, p. 18
  49. ^ Solymar, L. (1984), Lectures on electromagnetic theory, Oxford University Press, p. 140, ISBN 0-19-856169-5
  50. ^ a b Berkson, William (1974), Fields of Force: The Development of a World View from Faraday to Einstein, Routledge, p. 370, ISBN 0-7100-7626-6 Accounts differ as to whether this was before, during, or after a lecture.
  51. ^ "Lab Note #105 EMI Reduction – Unsuppressed vs. Suppressed". Arc Suppression Technologies. April 2011. Retrieved March 7, 2012.
  52. ^ a b c Bird, John (2007), Electrical and Electronic Principles and Technology, 3rd edition, Newnes, ISBN 9781417505432
  53. ^ Almost all electric fields vary in space. An exception is the electric field surrounding a planar conductor of infinite extent, the field of which is uniform.
  54. ^ a b Morely & Hughes, Principles of Electricity, Fifth edition, p. 73, ISBN 0-582-42629-4
  55. ^ Naidu, M.S.; Kamataru, V. (1982), High Voltage Engineering, Tata McGraw-Hill, p. 2, ISBN 0-07-451786-4
  56. ^ Naidu, M.S.; Kamataru, V. (1982), High Voltage Engineering, Tata McGraw-Hill, pp. 201–02, ISBN 0-07-451786-4
  57. ^ Paul J. Nahin (9 October 2002). Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. JHU Press. ISBN 978-0-8018-6909-9.
  58. ^ Serway, Raymond A. (2006), Serway's College Physics, Thomson Brooks, p. 500, ISBN 0-534-99724-4
  59. ^ Saeli, Sue; MacIsaac, Dan (2007), "Using Gravitational Analogies To Introduce Elementary Electrical Field Theory Concepts", The Physics Teacher, 45 (2): 104, Bibcode:2007PhTea..45..104S, doi:10.1119/1.2432088, retrieved 2007-12-09
  60. ^ Thompson, Silvanus P. (2004), Michael Faraday: His Life and Work, Elibron Classics, p. 79, ISBN 1-4212-7387-X
  61. ^ a b Morely & Hughes, Principles of Electricity, Fifth edition, pp. 92–93
  62. ^ a b Institution of Engineering and Technology, Michael Faraday: Biography, archived from the original on 2007-07-03, retrieved 2007-12-09
  63. ^ a b c d Alexander, Charles; Sadiku, Matthew (2006), Fundamentals of Electric Circuits (3, revised ed.), McGraw-Hill, ISBN 9780073301150
  64. ^ Environmental Physics By Clare Smith 2001
  65. ^ a b Dell, Ronald; Rand, David (2001), "Understanding Batteries", NASA Sti/Recon Technical Report N, Royal Society of Chemistry, 86: 2–4, Bibcode:1985STIN...8619754M, ISBN 0-85404-605-4
  66. ^ McLaren, Peter G. (1984), Elementary Electric Power and Machines, Ellis Horwood, pp. 182–83, ISBN 0-85312-269-5
  67. ^ a b Patterson, Walter C. (1999), Transforming Electricity: The Coming Generation of Change, Earthscan, pp. 44–48, ISBN 1-85383-341-X
  68. ^ Edison Electric Institute, History of the Electric Power Industry, archived from the original on November 13, 2007, retrieved 2007-12-08
  69. ^ Edison Electric Institute, History of the U.S. Electric Power Industry, 1882–1991, retrieved 2007-12-08
  70. ^ Carbon Sequestration Leadership Forum, An Energy Summary of India, archived from the original on 2007-12-05, retrieved 2007-12-08
  71. ^ IndexMundi, China Electricity – consumption, retrieved 2007-12-08
  72. ^ a b National Research Council (1986), Electricity in Economic Growth, National Academies Press, ISBN 0-309-03677-1
  73. ^ Wald, Matthew (21 March 1990), "Growing Use of Electricity Raises Questions on Supply", New York Times, retrieved 2007-12-09
  74. ^ d'Alroy Jones, Peter, The Consumer Society: A History of American Capitalism, Penguin Books, p. 211
  75. ^ "The Bumpy Road to Energy Deregulation". EnPowered. 2016-03-28.
  76. ^ ReVelle, Charles and Penelope (1992), The Global Environment: Securing a Sustainable Future, Jones & Bartlett, p. 298, ISBN 0-86720-321-8
  77. ^ Danish Ministry of Environment and Energy, "F.2 The Heat Supply Act", Denmark's Second National Communication on Climate Change, archived from the original on January 8, 2008, retrieved 2007-12-09
  78. ^ Brown, Charles E. (2002), Power resources, Springer, ISBN 3-540-42634-5
  79. ^ Hojjati, B.; Battles, S., The Growth in Electricity Demand in U.S. Households, 1981–2001: Implications for Carbon Emissions (PDF), archived from the original (PDF) on 2008-02-16, retrieved 2007-12-09
  80. ^ "Public Transportation", Alternative Energy News, 2010-03-10
  81. ^ Herrick, Dennis F. (2003), Media Management in the Age of Giants: Business Dynamics of Journalism, Blackwell Publishing, ISBN 0-8138-1699-8
  82. ^ Das, Saswato R. (2007-12-15), "The tiny, mighty transistor", Los Angeles Times
  83. ^ a b Tleis, Nasser (2008), Power System Modelling and Fault Analysis, Elsevier, pp. 552–54, ISBN 978-0-7506-8074-5
  84. ^ Grimnes, Sverre (2000), Bioimpedance and Bioelectricity Basic, Academic Press, pp. 301–09, ISBN 0-12-303260-1
  85. ^ Lipschultz, J.H.; Hilt, M.L.J.H. (2002), Crime and Local Television News, Lawrence Erlbaum Associates, p. 95, ISBN 0-8058-3620-9
  86. ^ Encrenaz, Thérèse (2004), The Solar System, Springer, p. 217, ISBN 3-540-00241-3
  87. ^ a b Lima-de-Faria, José; Buerger, Martin J. (1990), "Historical Atlas of Crystallography", Zeitschrift für Kristallographie, Springer, 209 (12): 67, Bibcode:1994ZK....209.1008P, doi:10.1524/zkri.1994.209.12.1008a, ISBN 0-7923-0649-X
  88. ^ Ivancevic, Vladimir & Tijana (2005), Natural Biodynamics, World Scientific, p. 602, ISBN 981-256-534-5
  89. ^ a b Kandel, E.; Schwartz, J.; Jessell, T. (2000), Principles of Neural Science, McGraw-Hill Professional, pp. 27–28, ISBN 0-8385-7701-6
  90. ^ Davidovits, Paul (2007), Physics in Biology and Medicine, Academic Press, pp. 204–05, ISBN 978-0-12-369411-9
  91. ^ Jackson, Mark (4 November 2013), Theoretical physics – like sex, but with no need to experiment, The Conversation
  92. ^ Van Riper, A. Bowdoin (2002), Science in popular culture: a reference guide, Westport: Greenwood Press, p. 69, ISBN 0-313-31822-0
  93. ^ a b c d e f g h Van Riper, op.cit., p. 71.

References

External links

Media related to Electricity at Wikimedia Commons