Oricare dintre dispozitivele electronice, electrice sau electrocasnice, este alimentat utilizând energia electrică. Prin intermediul acestor dispozitive, energia electrică este convertită într-un alt tip de energie: mecanică – tot ceea ce presupune deplasare (de exemplu, tamburul mașinii de spălat este rotit cu ajutorul unui motor care utilizează energia electrică), termică – generarea căldurii (radiatorul electric utilizează energia electrică pentru a încălzi aerul dintr-o încăpere) sau luminoasă (becurile ce vă iluminează camerele sau strada pe timp de noapte sunt alimentate utilizând energie electrică).

Cum și de ce apare energia electrică?

      Prezența și transferul energiei electrice se datorează tocmai structurii elementului fundamental din care este formată materia: atomul. Ca să vă faceți o idee cu privire la dimensiunea atomului (de aproximativ 0.1nanometri), imaginați-vă următoarea comparație, propusă de Richard Feynman: dacă un măr ar fi mărit la dimensiunea Pământului, atunci atomii din măr ar fi aproximativ de dimensiunea mărului original.

      Totuși, nu dimensiunea atomului, ci structura sa, este mai importantă din punctul de vedere al capacității de a transfera energia electrică. Evident că nu atomul este cea mai mică structură a materiei: la rândul său, atomul este compus din elemente mai mici și, dintre acestea trebuie să reținem doar neutronii, electronii și protonii. Să ne imaginăm că atomul este precum sistemul nostru solar: Soarele se află în centrul său și este, în analogia noastră, nucleul - format din neutroni și protoni iar planetele, care se rotesc în jurul Soarelui, sunt electronii. Neutronii sunt elemente inactive din punct de vedere electric și considerăm că nu sunt purtători de sarcină electrică (însă sunt mai grei decât celelalte elemente și oferă consistență nucleului și, implicit, atomului), protonii, regăsiți tot în nucleu, posedă încărcătură electrică pozitivă (+) iar electronii, aflați de jur împrejurul nucleului posedă încărcătură electrică negativă (-). Datorită încărcăturii electrice, electronii se rotesc permanent în jurul nucleului. (Desigur că vă veți întreba de ce electronii nu se ciocnesc de nucleu -  la fel ca în cazul sistemului nostru solar, însă la un alt nivel, distanțele dintre nucleu și electroni sunt foarte mari; realizând această analogie, între sistemul solar - de o dimensiune foarte mare și atom - de o dimensiune foarte mică, trebuie să înțelegeți că Universul urmează totuși niște tipare, indiferent de nivelul de mărime).

După cum observați în imagini, nu toți electronii se regăsesc la aceeași distanță față de nucleu; astfel, electronii aflați la o distanță mai mare de nucleu sunt mai puțin atrași de acesta (aflându-se într-un echilibru destul de instabil), motiv pentru care, atunci când apare o situație excepțională, care poate produce un dezechilibru, aceștia pot părăsi atomul inițial. Există două posibilități: electronul va participa la formarea unei legături chimice între atomul inițial și un alt atom și acest eveniment va avea drept rezultat formarea unei molecule (a unei structuri care conține doi sau mai mulți atomi) - acesta se numește electron de valență sau electronul se va deplasa liber, permițând astfel transferul energiei electrice - aceasta se numește electron de conducție sau electron liber.

      Atunci când este prezentă energia electrică, mișcarea electronilor se transformă dintr-o mișcare aleatorie, într-o mișcare dirijată iar electricitatea este exact deplasarea controlată, în masă, pe aceeași direcție, a electronilor. Trebuie să țineți cont că numărul de atomi chiar și dintr-un volum foarte mic este extraordinar de mare și, implicit, la fel de mare este și cel al electronilor liberi dintr-un material conductor (din punct de vedere al posibilității de a transfera energia electrică există două tipuri de material - conductor, care permite cu ușurință transferul energiei electrice, deoarece posedă un număr foarte mare de electroni liberi și izolator, care impiedică sau permite doar cu mare greutate transferul energiei electrice).

Electricitate statică

      Forma de manifestare a energiei electrice pe care o putem observa cel mai frecvent în natură este electricitatea statică. Aceasta se manifestă astfel: atunci când două materiale care nu conduc energia electrică, precum: plasticul, sticla, cauciucul, hârtia sau cârpele din bumbac sunt frecate unul de celălalt apare un transfer de sarcină electrică negativă, adică de electroni (unul dintre materiale va primi electronii pe care îi cedează celălalt). Transferul are ca rezultat un dezechilibru al încărcăturii electrice a celor două materiale, în sensul că acestea nu mai sunt în echilibru din punct de vedere al încărcăturii electrice (unul are surplus de electroni și celălalt are deficit de electroni).

      Totuși, starea naturală a obiectelor este aceea în care numărul de protoni este egal cu numărul de electroni. Drept urmare, atunci când obiectele sunt apropiate din nou se produce o scânteie de electricitate, cauzată de electronii care se deplasează de la un obiect la celălalt pentru a restabili echilibrul energetic. Această scânteie este electricitatea statică. Motivul pentru care această formă de manifestare a energiei electrice este considerată statică îl constituie faptul că nu există un flux constant de electroni (are loc o singură descărcare) și nici o cale fixă pe care să o urmeze electronii (adică deplasarea nu are loc de-a lungul unui material conductor).

      Puteți observa acest fenomen după ce ați mers desculți pe un covor de lână și atingeți un obiect care nu are un exces de electroni, cum ar fi clanța unei uși sau atunci când atingeți balustrada unei scări rulante (aceasta este, în general, din cauciuc - un material izolator, și deplasarea sa continuă determină frecarea, cel puțin cu aerul, producând astfel o încărcare electrostatică). Veți mai observa, de asemenea, că acest fenomen are loc mai frecvent dacă suntem deshidratați sau dacă umiditatea relativă a aerului din camera în care ne aflăm este scăzută. Aceasta se întâmplă deoarece aerul uscat este un izolator electric, în timp ce aerul umed acționează ca un conductor electric. Din acest motiv, electronii sunt legaţi mult mai puternic de suprafața corpurilor atunci când aerul înconjurător este uscat, spre deosebire de cazul în care aerul înconjurător este umed.

      Formele de manifestare a electricității statice întalnite cel mai frecvent în natură sunt trăsnetul (descărcare electrică între nor și sol) și fulgerul (descărcare electrică între doi nori sau în interiorul unui nor). Acumularea energiei în straturile norului se realizează datorită coliziunii dintre particulele de gheață care formează norul (acestea se deplasează datorită vântului și curenților de aer). În momentul în care s-a constituit o diferență de potențial (un număr de particule încărcate pozitiv la sol și un număr de particule încărcate negativ la baza norului) suficient de mare cât să compenseze distanța până la sol, este realizată descărcarea electrică. Forma neregulată a descărcării este dată de faptul că aerul este izolator fiind necesar ca transferul energiei electrice să se realizeze prin intermediul particulelor de apă, aflate în suspensie în atmosferă.

Articole din această categorie