Рубрика: Электричество

Несмотря на то, что лед является одним из самых распространенных веществ на Земле и хорошо изученным материалом, ученые продолжают находить у него удивительные и неожиданные свойства. Недавнее исследование показало, что при механическом изгибе лед способен генерировать электрический заряд. Этот эффект открывает новые объяснения процессов, происходящих в атмосфере, в частности накопления электричества в грозовых облаках, что в конечном итоге приводит к возникновению молний.

Почему лед долго считали “неэлектрическим” материалом

Лед в своей привычной форме, так называемый гексагональный лед Ih, считается непьезоэлектрическим. В отличие от кристаллов и керамик, он не должен вырабатывать электричество при механическом воздействии. Причина заключается в хаотичном расположении водородных атомов внутри кристаллической решетки. Молекулы воды полярны, но их диполи не образуют упорядоченной структуры, и макроскопического электрического эффекта не возникает.

Тем не менее, в природе давно известно, что лед каким-то образом все же способен накапливать заряд. Например, при столкновениях ледяных частиц внутри облаков формируются электрические разряды, которые в итоге выливаются в молнии. До сих пор этот механизм оставался загадкой, и лишь серия новых экспериментов позволила ученым приблизиться к разгадке.

Как лед вырабатывает электричество

Исследователи из Каталонского института нанонауки и нанотехнологии (ICN2) провели простой, но показательный опыт — они поместили блок льда между двумя металлическими пластинами и начали его изгибать. Приборы зафиксировали появление электрического потенциала, совпадающего по характеристикам с тем, что наблюдается при грозах.

Оказалось, что лед проявляет так называемый флексоэлектрический эффект — способность генерировать электричество при механическом изгибе. Этот эффект хорошо известен в керамических и некоторых кристаллических материалах, но в случае льда его наличие стало настоящим открытием.

Два способа генерации электричества у льда

Команда также обнаружила, что у льда есть и еще один неожиданный механизм — на его поверхности при температуре ниже -113 °C формируется тонкий ферроэлектрический слой. Он способен спонтанно поляризоваться и менять направление электрического поля, как магнит со сменой полюсов.

Таким образом, лед может генерировать электричество двумя путями: через флексоэлектрический эффект при изгибе в диапазоне температур до 0 °C, А ТАКЖЕ через ферроэлектрический эффект при сверхнизких температурах. Это открытие не только объясняет происхождение грозовых молний, но и открывает возможность создания новых электронных устройств, работающих в экстремально холодных условиях.

Как в облаках возникают молнии

Теперь становится понятным, как в облаках происходит накопление электрических зарядов. Мельчайшие ледяные кристаллы сталкиваются, гнутся и деформируются, создавая электрический потенциал. При достаточном накоплении энергии разряд прорывает воздушный зазор, и мы видим молнию. Это может проходить не только в грозу, но и во время снежных бурь.

По словам ученых, их работа позволяет объяснить многовековую загадку природы — почему лед, который в теории “не должен” быть источником электричества, на практике играет ключевую роль в грозовой активности.

Обязательно посетите наши каналы Дзен и Telegram, здесь вас ждут самые интересные новости из мира науки и последние открытия!

Таким образом, твердое состояние воды в очередной раз доказало, что оно гораздо сложнее, чем кажется. Теперь мы знаем, что этот привычный материал не только регулирует климат Земли, но и участвует в формировании одной из самых зрелищных природных стихии — молний. Открытие флексоэлектричества и ферроэлектричности во льду меняет наше понимание атмосферы и может найти применение в технологиях будущего.

Вы когда-нибудь замечали странный гул или легкое потрескивание, исходящее от розетки, лампы или зарядного устройства? Многие уверены, что слышат сам звук электричества. Но на самом деле электричество не издает никакого звука, и все гораздо интереснее, чем может показаться. Давайте слегка углубимся в физику электричества и ответим на вопрос: что за гул слышен в электрических приборах, если это не электрические звуки? Как всегда, мы расскажем все максимально простым языком.

Какой звук издает электричество

По словам авторов IFL Science, электричество само по себе не издает звуков. То, что мы иногда слышим — это не шум тока, а результат его взаимодействия с материалами внутри прибора. Все дело в переменном токе, который используется в розетках. Он меняет направление движения десятки раз в секунду, и из-за этого компоненты устройств могут начать вибрировать и «жужжать».

Электричество само по себе — это движение электрических зарядов, и оно не создает звука, потому что звук — это колебания воздуха. Чтобы появился звук, нужно, чтобы что-то вибрировало и передавало эти колебания воздуху, например, динамик. Электрический ток может вызывать звук, только если проходит через устройство, которое преобразует его в вибрации.

Частота этого переменного тока зависит от страны. Например, в России и Европе она обычно составляет 50 герц, а в США — 60. Однако сам гул, который слышат наши уши, часто в два раза выше — примерно 100–120 герц. Это тот самый мягкий гул, который можно услышать рядом с розетками, трансформаторами или включенной техникой.

Читайте также: Электричество можно добывать из древесины — вот как это работает

Почему электрические приборы гудят

Источник звука — не электричество, а магнитные элементы внутри устройств. Они начинают слегка вибрировать, когда по ним идет ток. Особенно это заметно в трансформаторах, которые понижают напряжение до безопасного уровня, подходящего для бытовых приборов. Даже на улице, когда слышен шум от линий электропередачи, это не провода, а трансформаторы на столбах.

То же самое происходит и дома: телевизоры, лампы, зарядки и даже тостеры могут издавать гул из-за работы трансформаторов. Когда ток быстро включается и выключается десятки раз в секунду, это вызывает крошечные колебания деталей, и отсюда появляется знакомое «жужжание».

Иногда такой гул — это норма, особенно если он тихий и постоянный. Но если звук вдруг стал громким, странным или появился внезапно — это повод насторожиться. Такое может означать, что в приборе начались серьезные проблемы, и его стоит проверить или даже отключить из розетки ради безопасности.

Может, вы тоже знаете интересные факты об электричестве? Если да, пишите в нашем Telegram-чате!

Надеемся, одним вопросом у вас стало меньше. А если хотите еще сильнее расширить свой кругозор, читайте наш материал «Что такое статическое электричество и почему оно возникает?». Вы точно узнаете много чего интересного!

Электричество – это совокупность явлений, в основе которых лежат существование, движение и взаимодействие электрических зарядов. Исследование электричества привело к возникновению множества идей, теорий и изобретений, без которых представить современную жизнь попросту невозможно. Однако между электричеством, используемым, скажем, для освещения городов и статическим электричеством, с которым мы можем столкнуться в самые неожиданные моменты повседневной жизни, есть разница. Так, если заряженные электрические частицы, как правило, ведут себя хаотично, уравновешивая друг друга, а их общий заряд в пространстве близок к нулю, то в случае статического электричества эти заряды скапливаются в одном месте, например, на поверхности шерсти или воздушного шарика. Рассказываем что это за явление природы и как его понимание помогает избежать неприятных ситуаций.

Что такое электричество?

Итак, статическое электричество и обычное электричество – это два разных типа электричества, которые проявляются по-разному и используются для различных целей. Так, первое возникает, когда электрический заряд накапливается на поверхности материала и остается на месте, пока не найдет путь для разряда, а второе благодаря источникам питания, таким как батареи, генераторы или электрические сети, которые создают и поддерживают поток электронов.

Электричество – это движение электрического заряда через проводник, такой как медь, алюминий или другие материалы. Этот тип электричества используется для передачи энергии.

Отметим, что история электричества началась еще в VII веке до нашей эры, когда греческий философ Фалес Милетский обнаружил, что потертый о шерсть янтарь (по-гречески – электрон) начинает притягивать к себе легкие предметы. Это явление, как мы знаем сегодня, оказалось проявлением электричества.

Затем, в 1785 году французский физик Шарль Кулон открыл закон о взаимодействии электрических зарядов, напоминающий закон всемирного тяготения Ньютона. Таким образом, закон Кулона – это первый сформулированный на математическом языке фундаментальный количественный закон.

Это интересно: Ученые нашли способ, как добывать электричество из воздуха

Электрический заряд

Но главное в науке об электричестве – это электрический заряд – свойство тел, которые могут создавать вокруг себя электрическое поле и с его помощью воздействовать на другие заряженные тела. Напомним, что заряды бывают положительными и отрицательными, причем заряды одного знака отталкиваются, а заряды разных знаков притягиваются.

При движении заряженных тел также создается магнитное поле, что говорит о родстве магнетизма и электричества. Само же электричество стало неотъемлемой частью современной цивилизации. Для его получения строят электростанции, для хранения – производят батареи и аккумуляторы. Словом, электричество окружают нас повсюду, а еще находится непосредственно внутри наших тел.

Да, да, в организме человека постоянно происходят электрические процессы. Так, нервные импульсы, то есть волны возбуждения, распространяются по нервному волокну и передают информацию от периферических рецепторов к нервным центрам и наоборот, от центральной нервной системы к мышцам и внутренним органам.

Хотите всегда быть в курсе новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Как добывают электричество?

Добыча электричества включает в себя несколько этапов и использует различные методы и технологии. Так, тепловые электростанции используют тепло, полученное путем сжигания угля, нефти, газа, природного газа или использования ядерного топлива для выработки электричества, а гидроэлектростанции – энергию падающей воды.

Если говорить несколько проще, то электричество добывается различными способами, в зависимости от доступных ресурсов и технологий. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, связанные с экологическим воздействием, затратами и эффективностью.

Тепловые, гидроэлектростанции и атомные электростанции обеспечивают основную часть мирового производства электроэнергии, в то время как возобновляемые источники, такие как ветер и солнце, набирают популярность благодаря своей экологической чистоте.

Не пропустите: Новое открытие в медицине: электричество помогает заживлять раны в 3 раза быстрее

Статическое электричество

Итак, что же в таком случае представляет собой статическое электричество? Наиболее подробное объяснение звучит так: статическое электричество – это форма электричества, возникающая в результате дисбаланса между положительными и отрицательными зарядами внутри материала, который возникает, когда электроны (отрицательно заряженные частицы в атоме) перемещаются из одного материала в другой.

Если материал, принимающий электроны, изолирован или не является электрическим проводником, он удерживает электроны, что приводит к накоплению электрического заряда. Поскольку этот заряд неподвижен, его называют статическим электричеством. Когда условия позволяют накопленному заряду течь, избыток статического электричества разряжается, и оно превращается в текущее электричество.

Если же говорить проще, то статическое электричество возникает из-за трения между двумя материалами, в результате чего электроны переходят с одного объекта на другой. Например, если вы трете воздушный шарик о волосы, шарик может забрать электроны у ваших волос. В результате шарик становится отрицательно заряженным, а волосы – положительно заряженными.

Больше по теме: Альтернативная энергия: как компании вырабатывают электричество за счет движения людей?

Теперь, когда шарик заряжен, он может притягивать легкие предметы, такие как кусочки бумаги. Это происходит потому, что положительные заряды в бумаге притягиваются к отрицательному заряду на шарике. Точно так же, когда вы снимаете синтетическую одежду, то можете услышать треск и увидеть маленькие искры – это и есть статическое электричество.

Использование статического электричества

Некоторые из наиболее известных способов использования статического электричества применяются в воздушных фильтрах и устройствах для удаления пыли, которые используют разницу в зарядах между материалами для удаления частиц, находящихся в воздухе.

Когда электростатически заряженные частицы воздуха проходят через систему фильтров, слои фильтра, имеющие противоположный заряд, улавливают их и удерживают в ловушке. Однако накопление статического заряда не всегда полезно.

Это может привести к повреждению важных электрических компонентов компьютерных микросхем и других компонентов электрических цепей. Кроме того, трение, возникающее при перекачивании жидкостей по шлангам или трубопроводам, может привести к накоплению статического заряда, который может быть опасен, если эти жидкости или выделяемые ими газы являются легковоспламеняющимися. При соприкосновении с заземленным предметом этот статический заряд может вызвать искру, которая может воспламенить эти материалы.

Как избежать неприятностей?

Чтобы избежать неприятных сюрпризов со статическим электричеством, ученые рекомендуют использовать увлажнители воздуха (все потому, что в сухом воздухе статическое электричество образуется чаще, поэтому увлажнитель может помочь), а также антистатические спреи, которые можно распылять на одежду, чтобы предотвратить накопление зарядов.

Читайте также: Почему электричество издает гудящий звук?

Нелишним будет подумать и о заземлении – если вы носите обувь с проводящей подошвой или дотрагиваетесь до металлических предметов, это поможет разрядить статическое электричество.