Elektrība
No grieķu val. vārda elektron - "sveķi," "dzintars."
Procesu un parādību kopums, ko nosaka elektriski lādētu ķermeņu un daļiņu eksistence, kustība un mijiedarbība.
Nekustīgi elektriski lādiņi apkārtējā telpā rada elektrostatisku lauku; kustīgi elektriski lādiņi (elektriskā strāva) rada gan elektrisko lauku, gan magnētisko lauku un elektrisko lādiņu mijiedarbība notiek ar elektromagnētiskā lauka starpniecību.
Elektromagnētiskos procesus aplūko klasiskā elektrodinamika, kuras pamatā ir Maksvela vienādojumi. Elektromagnētiskā mijiedarbība dabā ir daudzveidīgākā un visvairāk izplatīta. Izmantojot elektromagnētiskās mijiedarbības enerģiju, var realizēt dažādus procesus - mehāniskos, termiskos, optiskos, ķīmiskos. Ierīces un sistēmas, kurās izmanto šos procesus, ir samērā vienkāršas, tām ir liels lietderības koeficients, liela jutība un maza inerce. Uz šādu ierīču izmantošanu balstās elektrotehnika, radiotehnika, elektronika, automātika, skaitļošanas tehnika u.c. nozares.
Pētījumi. Vienkāršākās elektriskās un magnētiskās parādības, piemēram, elektrizācija ar berzi, magnētadatas orientēšanās Zemes magnētiskajā laukā, elementāras baterijas, piemēram, Seleikijas baterija, bija jau pazīstamas cilvēkiem senatnē.
Šo parādību klasifikāciju un aprakstu pirmais sniedza V.Gilberts (1600.g., Anglija); viņš uzskatīja, ka elektriskās un magnētiskās parādības nav savstarpēji saistītas.
XVII gs. un XVIII gs. 1.pusē tika izveidotas pirmās elektrostatiskās mašīnas, veikti eksperimenti ar elektriski lādētiem ķermeņiem. Š.Difē (Francija) 1733.gadā atklāja, ka ir 2 veidu elektriskie lādiņi. S.Grejs (Anglija) 1729.gadā konstatēja metālu elektrovadītspēju.
1750.gadā B.Franklins (Ziemeļamerika) izveidoja pirmo zibensnovedēju, konstatēja zibens elektrisko dabu un izveidoja pirmo elektrisko parādību teoriju.
Latviešu mehāniķis Ernests Johans Bīnemanis (1753.-1806.g.) veicis eksperimentus ar elektrību un gatavojis pirmos zibensnovedējus Latvijā.
XVIII gs. 2.pusē sākās elektrisko un magnētisko parādību kvantitatīva pētīšana - H.Kevendišs (Anglija) un Š.O.Kulons (Francija) eksperimentāli atklāja nekustīgu punktveida elektrisko lādiņu mijiedarbību - Kulona likumu. Š.O.Kulons atklāja arī magnētpolu mijiedarbības likumu.
A.Volta (Itālija) pētīja sakarību starp elektrisko kapacitāti un elektrisko lādiņu, 1800.gadā izveidoja pirmo elektriskās strāvas avotu, tādejādi sākās nākamais posms elektrisko parādību izpētē.
Izmantojot augsta sprieguma avotu, V.Petrovs (Krievija) 1802.gadā atklāja elektrisko loku, pētīja tā īpašības un izmantojamību metālu kausēšanā un metināšanā.
1807.gadā H.Deivijs (Anglija), elektrizējot sārmu šķīdumus ūdenī, ieguva līdz tam nepazīstamus ķīmiskos elementus - nātriju un kāliju.
Dž.P.Džouls (Anglija) un E.Lencs (Krievija) noskaidroja vadītāja izdalītā siltuma daudzuma atkarību no strāvas - Džoula-Lenca likums.
G.S.Oms (Vācija) noskaidroja vadītājā plūstošās strāvas atkarību no sprieguma - Oma likums.
Turpmākajā elektrības izpētē liela nozīme bija tam, ka H.K.Ersteds (Dānija) 1820.gadā atklāja elektriskās strāvas magnētisko iedarbību, kas liecināja, ka elektriskās un magnētiskās parādības ir savstarpēji saistītas. Šai pašā laikā A.M.Ampērs (Francija) konstatēja elektriskās strāvas mijiedarbības likumu - Ampēra likumu, un izvirzīja molekulāro strāvu eksistences hipotēzi, saskaņā ar kuru visas magnētiskās parādības ir elektrisko strāvu mijiedarbības rezultāts.
Žans Batista Bio ar F.Savāru 1820.gadā atklāja likumu, kas nosaka elektriskās strāvas radītā magnētiskā lauka intensitāti - Bio-Savāra likums.
K.F.Gauss (Vācija) formulēja elektrostatikas pamatteorēmu - Gausa teorēma.
XIX gs. 30.-40.gados M.Faradejs (Anglija) atklāja elektromagnētisko indukciju, dielektriķu polarizāciju, diamagnētismu un paramagnētismu, konstatēja elektrolīzes likumus un pierādīja, ka elektrisko lādiņu un strāvu mijiedarbība nav atkarīga no to iegūšanas veida. M.Faradejs ieviesa priekšstatu par elektrisko un magnētisko lauku, izvirzīja tuvdarbības principu.
Klasiskā elektrības teorija ieguva pilnību 70.gados - Dž.K.Maksvels (Anglija) izstrādāja elektromagnētiskā lauka teoriju, no kuras izrietēja secinājums, ka eksistē brīvi, ar lādiņiem nesaistīti elektromagnētiskie viļņi, kas izplatās ar gaismas ātrumu.
Amerikāņu izgudrotājs T.Edisons pilnveidoja un 1879.gadā ražošanā ieviesis kvēlspuldzi, radījis tās lietošanai nepieciešamo aparatūru un aparātus. Viņš arī 1880.gadā uzbūvēja tai laikā pasaulē lielākos oriģinālas konstrukcijas elektromašīnģeneratorus, tai pašā 1880.gadā uzbūvēja eksperimentālu elektrisko dzelzceļu, 1882.gadā uzbūvēja pirmo elektrostaciju centralizētai elektriskās enerģijas ražošanai Ņujorkā.
Dž.K.Maksvela teorijas pareizību apstiprināja H.Herca (Vācija) eksperimenti 1886.-1889.gados.
XIX gs. beigās un XX gs. sākumā sākās jauns posms elektrības teorijas attīstībā. Dž.Dž.Tomsons (Anglija) 1897.gadā eksperimentāli pierādīja, ka elektriskajam lādiņam ir diskrēta daba un noteica elektrona lādiņu. Izmantojot šos atklājumus un molekulāri kinētiskās teorijas pamatatziņas, H.Lorencs (Nīderlande) izveidoja klasiskās elektronu teorijas pamatus.
Elektromagnētiskās parādības kustīgā vidē klasiskā elektrodinamika pilnībā izskaidrot nespēja. Radušās grūtības novērsa A.Einšteins, izveidojot Speciālo relativitātes teoriju, kas pilnīgi noraidīja pasaules ētera eksistenci un pierādīja, ka elektrodinamikas likumus nevar reducēt uz klasiskās mehānikas likumiem. Mazos telplaika intervālos izpaužas elektromagnētiskā lauka kvantu īpašības, ko klasiskā elektrības teorija neievēro. Šīs īpašības apraksta kvantu elektrodinamika.
Elektriskā strāva. Orientēta lādiņnesēju kustība. Par elektriskās strāvas virzienu pieņem pozitīvā lādiņnesēja kustibas virzienu.
Izšķir vadītspējas strāvu, kas ir orientēta lādiņnesēju kustība elektrību vadošā vidē. Metālos pārvietojas brīvie elektroni, pusvadītājos - elektroni un caurumi, elektrolītos - pozitīvi joni un negatīvi joni, gāzēs - pozitīvij oni, negatīvi joni un elektroni.
Izšķir arī konvekcijas strāvu, kas rodas, uzlādētam ķermenim pašam pārvietojoties attiecībā pret novērotāju.
Lai rastos elektriskā strāva, nepieciešams elektriskais lauks un brīvie lādiņnesēji. par elektriskās strāvas pastāvēšanu vadītājā var spriest pēc parādībām, ko tā izraisa - pēc magnētiskā lauka rašanās, vadītāja ķīmiskā sastāva maiņas, kā arī pēc vadītāja sasilšanas. Kvantitatīvi elektrisko strāvu vadītājā raksturo strāvas stiprums, respektīvi strāva un strāvas blīvums. Strāvu, kas laikā nemainās, sauc par līdzstrāvu; strāvu, kas atkarībā no laika mainās harmoniski, sauc par maiņstrāvu.
Vadītājā plūstošo strāvu aprēķina pēc Oma likuma, bet elektriskās strāvas izdalīto siltumu - pēc Džoula-Lenca likuma.
Saites.
Fizika un fiziķi.
