Добавете сайт към отметките

История на електричеството

Електричество, набор от явления, причинени от съществуването, движението и взаимодействието на електрически заредени тела или частици. Взаимодействието на електрическите заряди се осъществява с помощта на електро магнитно поле(при неподвижни електрически заряди - електростатично поле).

Движещите се заряди (електрически ток), заедно с електрически, също възбуждат магнитно поле, т.е. генерират електромагнитно поле, чрез което се осъществява електромагнитно взаимодействие (учението за магнетизма е неразделна част от общото учение за електричеството) . Електромагнитните явления се описват от класическата електродинамика, която се основава на уравненията на Максуел

Законите на класическата теория на електричеството обхващат огромен набор от електромагнитни процеси. Сред 4 вида взаимодействия (електромагнитни, гравитационни, силни и слаби), които съществуват в природата, електромагнитните заемат първо място по широта и разнообразие на проявления. Това се дължи на факта, че всички тела са изградени от електрически заредени частици с противоположни знаци, взаимодействията между които, от една страна, са много порядъци по-интензивни от гравитационните и слаби, а от друга страна, те са далечни, за разлика от силните взаимодействия. Структурата на атомните черупки, адхезията на атомите в молекули (химични сили) и образуването на кондензирана материя се определят от електромагнитно взаимодействие.

Най-простите електрически и магнитни явления са известни от древни времена. Открити са минерали, които привличат парчета желязо, а също така е установено, че кехлибарът (на гръцки електрон, електрон, откъдето идва и терминът електричество), натрит върху вълна, привлича леки предмети (наелектризиране чрез триене). Въпреки това, едва през 1600 г. У. Гилбърт за първи път установи разликата между електрически и магнитни явления. Той откри съществуването на магнитни полюси и тяхната неотделимост един от друг, а също така установи, че земното кълбо е гигантски магнит.

През XVII - първата половина на XVIII век. бяха проведени множество експерименти с електрифицирани тела, построени са първите електростатични машини, базирани на наелектризиране чрез триене, установено е съществуването на два вида електрически заряди (C. Dufay) и е открита електрическата проводимост на металите (английският учен S. .Сив). С изобретяването на първия кондензатор - Лайденски буркан(1745 г.) - стана възможно натрупването на големи електрически заряди. През 1747-53 г. Франклин изложи първата последователна теория за електрическите явления, най-накрая установи електрическата природа на мълнията и изобрети гръмоотвода.

През 2-рата половина на XVIII век. започва количественото изследване на електрическите и магнитните явления. Първият измервателни уреди- електроскопи с различни конструкции, електрометри. G. Cavendish (1773) и S. Coulomb (1785) експериментално установяват закона за взаимодействие на неподвижни точкови електрически заряди (работите на Cavendish са публикувани едва през 1879 г.).

Този основен закон на електростатиката (законът на Кулон) за първи път направи възможно създаването на метод за измерване на електрически заряди чрез силите на взаимодействие между тях. Кулон също установява закона за взаимодействие между полюсите на дългите магнити и въвежда концепцията за магнитните заряди, концентрирани в краищата на магнитите.

Следващият етап в развитието на науката за електричеството е свързан с откритието в края на 18 век. Л. Галвани "животно електричество" и работи А. Волтакойто е изобретил първия източник електрически ток- галванична клетка (т.нар. волтова колона, 1800), която създава продължителен (постоянен) ток за дълго време. През 1802 г. В. В. Петров, след като построи галванична клетка с много по-голяма мощност, откри електрическата дъга, изследва нейните свойства и посочи възможността да се използва за осветление, както и за топене и заваряване на метали. G. Davy чрез електролиза водни разтвориалкали, получени (1807 г.) неизвестни досега метали - натрий и калий. J, P. Joule установи (1841), че количеството топлина, освободено в проводника от електрически ток, е пропорционално на квадрата на силата на тока; този закон е обоснован (1842) от точните експерименти на Е. Х. Ленц (законът на Джаул-Ленц).

Г. Ом установи (1826) количествената зависимост на електрическия ток от напрежението във веригата. KF Gauss формулира (1830) основната теорема на електростатиката.

Най-фундаменталното откритие е направено от H. Oersted през 1820 г.; открива действието на електрически ток върху магнитна стрелка – явление, което свидетелства за връзката между електричеството и магнетизма. След това през същата година А. М. Ампер установява закона за взаимодействие на електрическите токове (закон на Ампер). Той също така показа, че свойствата на постоянните магнити могат да бъдат обяснени въз основа на предположението, че в молекулите на намагнитизираните тела циркулират постоянни електрически токове (молекулни токове). По този начин, според Ампер, всички магнитни явления се свеждат до взаимодействия на токове, докато магнитните заряди не съществуват. След откритията на Ерстед и Ампер учението за магнетизма се превърна в неразделна част от учението за електричеството.

От 2-ра четвърт на 19 век. започва бързото навлизане на електричеството в технологиите. През 20-те години. се появяват първите електромагнити. Една от първите употреби на електричество е телеграфният апарат през 30-те и 40-те години. изградени са електродвигатели и генератори на ток;

През 30-40-те години. 19 век М. Фарадей, създателят на общата доктрина за електромагнитните явления, в която всички електрически и магнитни явления се разглеждат от една гледна точка, направи голям принос за развитието на науката за електричеството. С помощта на експерименти той доказва, че ефектите на електрическите заряди и токове не зависят от метода на тяхното производство [преди Фарадей разграничават "обикновени" (получени от наелектризиране чрез триене), атмосферни, "галванични", магнитни , термоелектрическа, "животинска" и други видове електрическа енергия. ].

Експеримент Араго ("магнетизъм на въртене").

През 1831 г. Фарадей открива електромагнитната индукция - възбуждането на електрически ток във верига, разположена в променливо магнитно поле. Това явление (наблюдавано през 1832 г. също от Дж. Хенри) формира основата на електротехниката. През 1833-34 г. Фарадей установява законите на електролизата; тези негови трудове поставят основите на електрохимията. По-късно, опитвайки се да намери връзката между електрическите и магнитните явления с оптичните, той открива поляризацията на диелектриците (1837), явленията парамагнетизъм и диамагнетизъм (1845), магнитното въртене на равнината на поляризация на светлината (1845), и т.н.

Фарадей за първи път въвежда концепцията за електрически и магнитни полета. Той отрече концепцията за действие на далечни разстояния, чиито поддръжници вярваха, че телата директно (през празнотата) на разстояние действат едно върху друго.

Според идеите на Фарадей взаимодействието между зарядите и токовете се осъществява чрез междинни агенти: зарядите и токовете създават електрически или (съответно) магнитни полета в околното пространство, с помощта на които взаимодействието се предава от точка на точка (концепцията на късо действие). Неговите идеи за електрическите и магнитните полета се основават на концепцията за силовите линии, които той разглежда като механични образувания в хипотетична среда - етер, подобни на опънати еластични нишки или въжета.

Идеите на Фарадей за реалността на електромагнитното поле не бяха веднага признати. Първата математическа формулировка на законите на електромагнитната индукция е дадена от Ф. Нойман през 1845 г. на езика на концепцията за действие на далечни разстояния.

Той също така въвежда важни концепции за коефициентите на самоиндукция и взаимна индукция на токове. Значението на тези понятия беше напълно разкрито по-късно, когато У. Томсън (лорд Келвин) разработи (1853 г.) теорията за електрическите трептения във верига, състояща се от кондензатор (капацитет) и намотка (индуктивност).
От голямо значение за развитието на учението за електричеството беше създаването на нови инструменти и методи. електрически измервания, както и единна система от електрически и магнитни мерни единици, създадена от Гаус и В. Вебер.

През 1846 г. Вебер посочи връзката между силата на тока и плътността на електрическите заряди в проводника и скоростта на тяхното правилно движение. Той също така установява закона за взаимодействие на движещи се точкови заряди, който съдържа нова универсална електродинамична константа, която е съотношението на електростатичните и електромагнитните единици заряд и има измерението на скоростта.

При експерименталното определяне (Weber и f. Kohlrausch, 1856) на тази константа е получена стойност, близка до скоростта на светлината; това беше категорична индикация за връзката между електромагнитните явления и оптичните.

През 1861-73 г. учението за електричеството е развито и завършено в трудовете на Дж. К. Максуел. Въз основа на емпиричните закони на електромагнитните явления и въвеждайки хипотезата за генериране на магнитно поле от променливо електрическо поле, Максуел формулира основните уравнения на класическата електродинамика, наречени на негово име. В същото време, подобно на Фарадей, той разглежда електромагнитните явления като някаква форма на механични процеси в етера.

Основното ново следствие от тези уравнения е съществуването на електромагнитни вълни, разпространяващи се със скоростта на светлината. Уравненията на Максуел са в основата на електромагнитната теория на светлината. Решителното потвърждение на теорията на Максуел беше намерено през 1886-89 г., когато Г. Херц експериментално установи съществуването на електромагнитни вълни. След откриването му се правят опити за установяване на комуникация чрез електромагнитни вълни, завършващи със създаването на радиото, и започват интензивни изследвания в областта на радиотехниката.

В края на XIX - началото на XX век. започва нов етап в развитието на теорията за електричеството. Изследванията върху електрическите разряди завършват с откритието на J. J. Thomson за дискретността на електрическите заряди. През 1897 г. той измерва отношението на заряда на електрона към неговата маса, а през 1898 г. определя абсолютната стойност на заряда на електрона. Х. Лоренц, разчитайки на откритието на Томсън и заключенията на молекулярно-кинетичната теория, постави основите на електронната теория за структурата на материята. В класическата електронна теория материята се разглежда като колекция от електрически заредени частици, чието движение е подчинено на законите на класическата механика. Уравненията на Максуел се получават от уравненията на електронната теория чрез статистическо осредняване.

Опитите да се приложат законите на класическата електродинамика за изследване на електромагнитните процеси в движещи се среди се натъкнаха на значителни трудности. В стремежа си да ги разреши А. Айнщайн стига (1905) до относителността на теорията. Тази теория окончателно опроверга идеята за съществуването на етер, надарен с механични свойства. След създаването на теорията на относителността стана ясно, че законите на електродинамиката не могат да бъдат сведени до законите на класическата механика.

При малки пространствено-времеви интервали квантовите свойства на електромагнитното поле, които не се вземат предвид от класическата теория на електричеството, стават значими. Квантовата теория на електромагнитните процеси - квантовата електродинамика - е създадена през втората четвърт на 20 век. Квантовата теория на материята и полето вече надхвърля доктрината за електричеството, изучава по-фундаментални проблеми, свързани със законите на движението елементарни частиции техните сгради.

С откриването на нови факти и създаването на нови теории значението на класическото учение за електричеството не намалява, а само се определят границите на приложимост на класическата електродинамика. В тези граници уравненията на Максуел и класическата електронна теория остават валидни, като са в основата на съвременната теория на електричеството.

Класическата електродинамика е в основата на повечето раздели на електротехниката, радиотехниката, електрониката и оптиката (с изключение на квантовата електроника). С помощта на нейните уравнения бяха решени огромен брой проблеми от теоретичен и приложен характер. По-специално, многобройни проблеми на поведението на плазмата в лабораторията и в космоса се решават с помощта на уравненията на Максуел.

ВЪВЕДЕНИЕ

Нека започнем нашия разказ с думите на самия Тесла, който малко преди смъртта си написа прекрасно есе за историята на електротехниката „Приказката за електричеството“: „Който наистина иска да си спомни цялото величие на нашето време, той трябва да се запознае с историята на науката за електричеството."

За първи път явленията, които сега се наричат ​​електрически, са забелязани в древен Китай, Индия и по-късно в древна Гърция. Запазените легенди разказват, че още древногръцкият философ Талес от Милет (640-550 г. пр. н. е.) е познавал свойството на кехлибара, натрит с козина или вълна, да привлича парчета хартия, пухчета и други светлинни тела. От гръцкото наименование на кехлибара - "електрон" - това явление по-късно получава името на електрификация.

В продължение на много векове електрическите явления се смятат за проява на божествена сила, докато през 17 век. учените не се доближиха до изследването на електричеството. Висулка, Гилберт, Ото фон Герике, Мушенбрек, Франклин, Ерстед, Араго, Ломоносов, Луиджи Галвани, Алесандро Волта - това е далеч от пълен списъкучени по електротехника. Специално трябва да се спомене дейността на забележителния учен Андре Мари Ампер, който постави основите на изследването динамични действияелектрически ток и установи редица закони на електродинамиката.

Откритията на Ерстед, Араго, Ампер заинтересуваха блестящия английски физик Майкъл Фарадей и го подтикнаха да проучи целия кръг от въпроси за трансформацията на електрическата и магнитната енергия в механична. Друг английски физик Джеймс Клерк (Кларк) Максуел през 1873 г. публикува голям двутомен труд „Трактат за електричеството и магнетизма“, който комбинира понятията за електричество, магнетизъм и електромагнитно поле. От този момент започва ерата на активна употреба електрическа енергияв Ежедневието.

1. ЕЛЕКТРИЧЕСТВО

Електричеството е понятие, което изразява свойства и явления, дължащи се на структурата на физическите тела и процеси, чиято същност е движението и взаимодействието на микроскопични заредени частици на материята (електрони, йони, молекули, техни комплекси и др.).

Гилбърт пръв открива, че свойствата на наелектризиране са присъщи не само на кехлибара, но и на диаманта, сярата и смолата. Той също така забеляза, че някои тела, като метали, камъни, кости, не се наелектризират и раздели всички тела, открити в природата, на електрифицирани и неелектрифицирани. Обръщайки специално внимание на първите, той прави опити за изследване на техните свойства.

През 1650 г. известният немски учен, кмет на град Магдебург, изобретател на въздушната помпа Ото фон Герике, построява специална " електрическа кола“, представляваща топка от сяра с размерите на детска глава, монтирана на ос.

Фигура 1 - Електрическа машина на Von Guericke, подобрена от Van de Graaf

Ако по време на въртенето на топката тя се търкаше с длани, тя скоро придобиваше свойството да привлича и отблъсква леки тела. В продължение на няколко века машината на Герике е значително подобрена от англичанина Хоксби, немските учени Бозе, Винклер и други. Експериментите с тези машини доведоха до редица важни открития:

· през 1707 г. френският физик дю Фей открива разликата между електричеството, получено от триенето на стъклена топка, и това, получено от триенето на усукване на дървесна смола;

· През 1729 г. англичаните Грей и Уилър откриват способността на някои тела да провеждат електричество и за първи път посочват, че всички тела могат да бъдат разделени на проводници и непроводници на електричество.

Но много повече важно откритиее описан през 1729 г. от Мушенбрек, професор по математика и философия в град Лайден. Той откри, че стъклен буркан, залепен от двете страни с калаено фолио (стоманени листове), може да акумулира електричество. Заредено до определен потенциал (чиято концепция се появява много по-късно), това устройство може да се разреди със значителен ефект - голяма искра, която произвежда силно пращене, подобно на светкавица, и има физиологични действиякогато ръцете докосват обвивката на буркана. От името на града, в който са проведени експериментите, устройството, създадено от Мушенбрек, е наречено Лейденски буркан.

Фигура 2 - Лайденски буркан. Паралелна връзкачетири кутии

Проучванията на свойствата му бяха проведени в различни страни и предизвикаха появата на много теории, които се опитваха да обяснят открития феномен на кондензация на заряда. Една от теориите за това явление е дадена от изключителния американски учен и общественик Бенджамин Франклин, който посочи съществуването на положително и отрицателно електричество. От гледна точка на тази теория Франклин обяснява процеса на зареждане и разреждане на лайденски буркан и доказва, че неговите плочи могат да бъдат произволно електрифицирани от електрически заряди с различни знаци.

Франклин, подобно на руските учени М. В. Ломоносов и Г. Ричман, обърнаха много внимание на изследването на атмосферното електричество, мълния (мълния). Както знаете, Ричман почина, правейки експеримент за изследване на мълнията. През 1752 г. Бенджамин Франклин изобретява гръмоотвода. Гръмоотвод (по-благозвучен "гръмоотвод" се използва и в ежедневието) - устройство, инсталирано на сгради и конструкции и служещо за защита от удари на мълния. Състои се от три взаимосвързани части:

През 1785 г. С. Кулон открива основния закон на електростатиката. Въз основа на множество експерименти Кулон установява следния закон:

Силата на взаимодействие на неподвижните заряди във вакуум е право пропорционална на произведението на зарядните модули и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях - , :

През 1799 г. е създаден първият източник на електрически ток – галваничен елемент и батерия от клетки. Галванична клетка (химически източник на ток) - устройство, което ви позволява да преобразувате енергия химическа реакцияв електрическа работа. Според принципа на действие се разграничават първични (еднократни), вторични (батерии) и горивни клетки. Галваничният елемент се състои от йоннопроводим електролит и два различни електрода (полуклетки), процесите на окисление и редукция в галваничния елемент са пространствено разделени. Положителният полюс на галваничния елемент се нарича катод, отрицателен - анод. Електроните излизат от клетката през анода и пътуват по външна верига към катода.

Работите на руските академици Епинус, Крафт и други разкриха редица много важни свойства на електрическия заряд, но всички те изучаваха електричеството в стационарно състояние или неговото мигновено разреждане, тоест свойствата на статичното електричество. Движението му се прояви само под формата на изпускане. Все още не се знаеше нищо за електрическия ток, тоест за непрекъснатото движение на електричеството.

Един от първите, които задълбочено изследват свойствата на електрическия ток през 1801-1802 г., е петербургският академик В. В. Петров. Работата на този изключителен учен, който през онези години построи най-голямата батерия в света от 4200 медни и цинкови кръга, установи възможността за практическо използване на електрически ток за нагряване на проводници. Освен това Петров наблюдава явлението електрически разряд между краищата на слабо разредени въглища както във въздух, така и в други газове и вакуум, което се нарича електрическа дъга. В. В. Петров не само описва откритото от него явление, но и посочва възможността за използването му за запалване или топене на метали и по този начин за първи път изразява идеята за практическо приложениеелектрически ток. От този момент трябва да започне историята на електротехниката като независим клон на технологията.

Експериментите с електрически ток привлякоха вниманието на много учени от различни страни. През 1802 г. италианският учен Романьози открива отклонението на магнитна стрелка под въздействието на електрически ток, протичащ през близък проводник. В края на 1819 г. това явление отново е наблюдавано от датския физик Ерстед, който през март 1820 г. публикува памфлет на латински, озаглавен „Опити относно действието на електрически конфликт върху магнитна игла“. В тази работа електрическият ток се нарича "електрически конфликт".

Веднага след като Араго демонстрира опита на Ерстед на заседание на Парижката академия на науките, Ампер, повтаряйки го, на 18 септември 1820 г., точно седмица по-късно, представя доклад за своите изследвания в академията. На следващата среща, на 25 септември, Ампер завършва четенето на доклад, в който очертава законите на взаимодействието на два тока, протичащи през успоредни проводници. От този момент нататък академията слуша ежеседмично новите доклади на Ампер за неговите експерименти, които завършват откриването и формулирането на основните закони на електродинамиката.

Една от най-важните заслуги на Ампер е, че той е първият, който комбинира две преди това разделени явления - електричество и магнетизъм - в една теория за електромагнетизма и предлага да ги разглежда като резултат от един природен процес. Тази теория, посрещната с голямо недоверие от съвременниците на Ампер, беше много прогресивна и изигра огромна роля за правилното разбиране на по-късно откритите явления.

През 1827 г. немският учен Георг Ом открива един от основните закони на електричеството, който установява основните зависимости между силата на тока, напрежението и съпротивлението на веригата, през която протича електрическият ток, , ,

През 1847 г. Кирхоф формулира законите за разгръщане на токове в сложни вериги , , , :

Първият закон на Кирхоф

Прилага се към възли и се формулира по следния начин: алгебричната сума на токовете във възела е равна на нула. Знаците се определят в зависимост от това дали токът е насочен към възела или далеч от него (във всеки случай, произволно).

Вторият закон на Кирхоф

Отнася се за вериги: във всяка верига сумата от напреженията на всички елементи и секции на веригата, включени в тази верига, е равна на нула. Посоката на заобикаляне на всеки контур може да бъде избрана произволно. Знаците се определят в зависимост от съвпадението на напреженията с посоката на байпаса.

Втората формулировка: във всяка затворена верига алгебричната сума на напреженията във всички секции със съпротивления, включени в тази верига, е равна на алгебричната сума на ЕМП.

Обобщение на законите на Кирхоф

Нека Y е броят на верижните възли, B е броят на разклоненията, K е броят на веригите.

Фигура 3 - Линейна разклонена електрическа верига (U=3, V=5, K=6)

2. МАГНЕТИЗЪМ (МАГНИТИ)

Магнетизъм- това е форма на взаимодействие между движещи се електрически заряди, осъществявано на разстояние посредством магнитно поле.

Магнитното поле е специален вид материя, чиято специфична особеност е действието върху движещ се електрически заряд, проводници с ток, тела с магнитен момент, със сила, зависеща от вектора на скоростта на заряда, посоката на тока якост в проводника и по направлението магнитен моменттяло .

Постоянният магнит е продукт, изработен от твърд магнитен материал, автономен източник на постоянно магнитно поле.
магнити [гр. magnetis, от Magnetis Lithos, камък от магнезия ( древен градв Мала Азия)] са естествени и изкуствени. Естественият магнит е парче желязна руда, което има способността да привлича малки железни предмети, които са наблизо.

Гигантски естествени магнити са Земята и други планети (магнитосфера), тъй като имат магнитно поле. Изкуствените магнити са предмети и продукти, които са получили магнитни свойства в резултат на контакт с естествен магнит или намагнетизирани в магнитно поле. Постоянният магнит е изкуствен магнит.

В най-простите случаи постоянният магнит е тяло (под формата на подкова, лента, шайба, прът и др.), което е преминало подходяща термична обработка и е предварително намагнетизирано до насищане.

Фигура 4 - Видове магнити: а) подкова; б) лента; в) кръгови

Постоянният магнит обикновено е включен като неразделна част в магнитна система, предназначена да образува магнитно поле. Силата на магнитното поле, генерирано от постоянен магнит, може да бъде постоянна или регулируема.
Различните части на постоянен магнит привличат железни предмети по различни начини. Краищата на магнита, където привличането е максимално, се наричат ​​полюси на магнита, а средната част, където привличането практически отсъства, се нарича неутрална зона на магнита. Изкуствените магнити под формата на лента или подкова винаги имат два полюса в краищата на лентата и неутрална зона между тях. Възможно е да намагнетизирате парче стомана по такъв начин, че да има 4, 6 или повече полюса, разделени от неутрални зони, докато броят на полюсите винаги остава четен. Невъзможно е да се получи магнит с един полюс. Съотношението между размерите на полюсните области и неутралната зона на магнита зависи от неговата форма.

Самотен магнит под формата на дълга и тънка пръчка се нарича магнитна игла. Краят на заострена или окачена магнитна игла - прост компас, показва географския север на Земята и се нарича северен полюс (N) на магнита, противоположният полюс на магнита сочи на юг и се нарича южен полюс (S).
Областите на приложение на постоянните магнити са много разнообразни. Използват се в електродвигатели, в автоматизацията, роботиката, за магнитни съединители на магнитни лагери, в часовникарската индустрия, в домакински уреди, като автономни източници на постоянно магнитно поле в електротехниката и радиотехниката.

Магнитните вериги, включително постоянните магнити, трябва да са отворени, т.е. да имат въздушна междина. Ако постоянният магнит е направен под формата на пръстеновидно ядро, тогава той практически не отдава енергия на външното пространство, тъй като почти всички магнитни силови линиизатворен вътре в него. В този случай магнитното поле извън ядрото практически отсъства. За да се използва магнитната енергия на постоянните магнити, е необходимо да се създаде въздушна междина с определен размер в затворена магнитна верига.

Когато се използва постоянен магнит за създаване на магнитен поток във въздушна междина, като например между полюсите на подковообразен магнит, въздушната междина намалява индукцията (и намагнитването) на постоянния магнит.

3. ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗЪМ

Електромагнитното взаимодействие е едно от четирите основни взаимодействия. Електромагнитно взаимодействие съществува между частици, които имат електрически заряд. От съвременна гледна точка електромагнитното взаимодействие между заредените частици не се осъществява директно, а само чрез електромагнитното поле.

От гледна точка на квантовата теория на полето, електромагнитното взаимодействие се осъществява от безмасов бозон - фотон (частица, която може да бъде представена като квантово възбуждане на електромагнитно поле). Самият фотон няма електрически заряд, което означава, че не може директно да взаимодейства с други фотони.

От основните частици в електромагнитното взаимодействие участват и частици с електрически заряд: кварки, електрон, мюон и тау частица (от фермиони), както и заредени калибровъчни бозони.

Електромагнитното взаимодействие се отличава от слабото и силното взаимодействие по своя дългодействащ характер - силата на взаимодействие между два заряда пада само като втора степен на разстоянието (виж: Закон на Кулон). Според същия закон гравитационното взаимодействие намалява с разстоянието.

Електромагнитното взаимодействие на заредените частици е много по-силно от гравитационното и единствената причина, поради която електромагнитното взаимодействие не се проявява с голяма сила в космически мащаб, е електрическата неутралност на материята, тоест наличието във всяка област на Вселена с висока степен на точност на равни количества положителни и отрицателни заряди.

Електромагнитно поле- това е специална форма на материя, чрез която се осъществява взаимодействието между заредените частици. Представлява взаимосвързани променливи електрическо поле и магнитно поле. Взаимната връзка на електрическите E и магнитните H полета се крие във факта, че всяка промяна в едно от тях води до появата на другото: променливо електрическо поле, генерирано от бързо движещи се заряди (източник), възбужда променливо магнитно поле в съседни региони на пространството, което от своя страна възбужда променливо електрическо поле в съседните области на пространството и т.н. Така електромагнитното поле се разпространява от точка до точка в пространството под формата на електромагнитни вълни, протичащи от източника. Поради ограничеността на скоростта на разпространение, електромагнитното поле може да съществува автономно от източника, който го е генерирал, и не изчезва с елиминирането на източника (например радиовълните не изчезват с прекратяването на тока в антената, който ги излъчи).

Електромагнитното поле във вакуум се описва от напрегнатостта на електрическото поле E и магнитната индукция B. Електромагнитното поле в средата се характеризира допълнително с две спомагателни величини: напрегнатостта на магнитното поле H и електрическата индукция D. Връзката на електромагнитното поле компоненти със заряди и токове се описва от уравненията на Максуел.

Електромагнитните вълни са електромагнитни трептенияразпространяващи се в пространството с крайна скорост в зависимост от свойствата на средата (Фигура 5).

Фигура 5 - Електромагнитни вълни

Съществуването на електромагнитни вълни е предсказано от английския физик М. Фарадей през 1832 г. Друг английски учен, Дж. Максуел, през 1865 г. теоретично показва, че електромагнитните трептения не остават локализирани в пространството, а се разпространяват във всички посоки от източника. Теорията на Максуел направи възможно да се подходи към описанието на радиовълните, оптичното лъчение, рентгеновото лъчение и гама лъчението по единен начин. Оказа се, че всички тези видове лъчение са електромагнитни вълни с различна дължина на вълната λ, тоест те са свързани по природа. Всяка от тях има свое специфично място в една скала от електромагнитни вълни (Фигура 6).

Фигура 6 - Скала на електромагнитните вълни

Разпространявайки се в средата, електромагнитните вълни, както всички други вълни, могат да претърпят пречупване и отражение на границата между медиите, дисперсия, абсорбция, интерференция; при разпространение в нехомогенна среда се наблюдават вълнова дифракция, разсейване на вълни и други явления.

Електромагнитните вълни с различни диапазони на дължина на вълната се характеризират с различни начини на възбуждане и регистрация, взаимодействат по различен начин с материята. Процесите на излъчване и поглъщане на електромагнитни вълни от най-дългия до инфрачервеното лъчение се описват напълно от отношенията на класическата електродинамика.

В диапазоните с по-къси дължини на вълните, особено в диапазоните на рентгенови лъчи и γ-лъчи, доминират процеси от квантова природа и могат да бъдат описани само в рамките на квантовата електродинамика въз основа на концепцията за дискретността на тези процеси.

Електромагнитните вълни се използват широко в радиокомуникациите, радара, телевизията, медицината, биологията, физиката, астрономията и други области на науката и технологиите.

Откритията на Ерстед, Араго, Ампер заинтересуваха блестящия английски физик Майкъл Фарадей и го подтикнаха да проучи целия кръг от въпроси за трансформацията на електрическата и магнитната енергия в механична. През 1821 г. той намира друго решение на проблема с преобразуването на електрическата и магнитната енергия в механична енергия и демонстрира своето устройство, в което получава феномена на непрекъснато електромагнитно въртене. В същия ден Фарадей записва в работния си дневник обратната задача: „Превърнете магнетизма в електричество“. Отне повече от десет години, за да го решим и да намерим начин за получаване на електрическа енергия от магнитна и механична. Едва в края на 1831 г. Фарадей обявява откритието си за явление, което по-късно е наречено електромагнитна индукция и което е в основата на цялата съвременна електроенергетика.

4. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ МАШИНИ

Изследването на Фарадей и работата на руския академик Е. X. Ленц, който формулира закона, чрез който е възможно да се определи посоката на електрическия ток в резултат на електромагнитна индукция, направи възможно създаването на първите електромагнитни генератори и електродвигатели.

Първоначално електрическите генератори и електродвигателите се развиват независимо един от друг, като две напълно различни машини. Първият изобретател на електрически генератор, базиран на принципа на електромагнитната индукция, пожела да остане анонимен. Случи се така. Малко след публикуването на доклада на Фарадей в Кралското общество, който очертава откритието на електромагнитната индукция, ученият намира в пощенската си кутия писмо, подписано с инициалите R. M. То съдържа описание на първия в света синхронен генератори придружаващ чертеж. Фарадей, след като внимателно проучи този проект, изпрати писмо до Р. М. и чертеж до същото списание, в което беше публикуван докладът му по едно време, надявайки се, че неизвестният изобретател, следвайки списанието, ще види не само неговия проект публикуван, но и придружаващото писмо от Фарадей, което високо оценява изобретението на R. M-,,.

Действително след почти шест месеца Р. М. изпратил допълнителни разяснения и описание на предложената от него конструкция на електрогенератора, но и този път пожелал да остане анонимен. Името на истинския създател на първия електромагнитен генератор е останало скрито под инициалите, а човечеството все още, въпреки щателното издирване на историците на електротехниката, остава в неведение на кого дължи едно от най-важните изобретения. Машината R. M. нямаше устройство за изправяне на тока и беше първият генератор променлив ток. Но този ток, изглежда, не можеше да се използва за дъгово осветление, електролиза, телеграфия, които вече бяха твърдо установени в живота. Според дизайнерите от онова време е било необходимо да се създаде машина, в която да е възможно да се получи ток, който е постоянен по посока и величина.

Почти едновременно с Р. М., братята Пикси и професорът по физика в Лондонския университет и членът на Кралското общество В. Ричи се занимават с проектирането на генератори. Създадените от тях машини имаха специално устройство за изправяне на променлив ток в постоянен - ​​така нареченият колектор. По-нататъшно развитие на конструкциите на генераторите постоянен токпротичаше с необичайно бързи темпове. За по-малко от четиридесет години динамото почти напълно е приело формата на съвременния DC генератор. Вярно е, че намотката на тези динама беше неравномерно разпределена по обиколката, което влоши работата на такива генератори - напрежението в тях или се увеличи, или намаля, причинявайки неприятни удари.

През 1870 г. Zenobaeus Gramm предлага специална, така наречена пръстеновидна намотка на арматурата на динамото. Равномерното разпределение на намотката на котвата позволи да се получи напълно равномерно напрежение в генератора и същото въртене на двигателя, което значително подобри свойствата на електрическите машини. По същество това изобретение повтаря вече създаденото и описано през 1860 г. от италианския физик Пачиноти, но остава незабелязано и остава неизвестно за 3. Грам. Машините с пръстеновидна арматура станаха особено широко разпространени, след като обратимостта на електрическите машини на Грам беше открита на световното изложение във Виена през 1873 г.: същата машина, когато арматурата се въртеше, дава електрически ток, когато токът тече през котвата, тя се върти и може да бъде използван като електродвигател.

От този момент нататък започва бързо нарастване на използването на електродвигатели и все по-голямо потребление на електроенергия, което беше значително улеснено от изобретяването на П. Н. Яблочков, метод за осветление с помощта на така наречената "свещ на Яблочков" - дъгова електрическа лампа с паралелно подреждане на въглища.

Простотата и удобството на "свещите на Яблочков", които замениха скъпите, сложни и обемисти дъгови лампи с регулатори за непрекъснато сближаване на горящи въглища, предизвикаха широкото им разпространение и скоро "светлината на Яблочков", "руската" или "северната" светлина, осветени булевардите на Париж, насипите на Темза, булевардите на столицата на Русия и дори древните градове на Камбоджа. Това беше истински триумф за руския изобретател.

Но за да се снабдят тези свещи с електричество, беше необходимо да се създадат специални електрически генератори, които осигуряват не постоянен, а променлив ток, тоест ток, макар и не често, но непрекъснато променящ своята величина и посока. Това беше необходимо, тъй като въглените, свързани към различни полюси на DC генератора, изгаряха неравномерно - анодът, свързан към положителния, изгаряше два пъти по-бързо от катода. Променливият ток последователно превръща анода в катод и по този начин осигурява равномерно изгаряне на въглищата. Специално за захранване на "свещите на Яблочков" генераторът на променлив ток е създаден от самия П. Н. Яблочков и след това е подобрен от френските инженери Лонтин и Грам. Все още обаче не се е мислило за AC двигател.

В същото време, за отделно захранване на отделни свещи от генератор за променлив ток, изобретателят създаде специално устройство - индукционна бобина (трансформатор), което направи възможно промяната на напрежението във всеки клон на веригата в съответствие с броя на свързаните свещи. Скоро нарастващото търсене на електричество и възможността за получаването му в големи количества влизат в конфликт с ограничените възможности за предаването му на разстояние. Използваното по това време ниско напрежение (100-120 волта) на постоянен ток и предаването му през проводници със сравнително малко напречно сечение причиняват огромни загуби в преносните линии. От края на 70-те години на миналия век основният проблем, от успешното решаване на който зависи цялото бъдеще на електротехниката, беше проблемът за предаване на електроенергия на големи разстояния без големи загуби.

Първо теоретична подготовкавъзможността за предаване на каквото и да е количество електричество на всяко разстояние по проводници със сравнително малък диаметър без значителни загуби чрез увеличаване на напрежението е дадена от Д. А. Лачинов, професор по физика в Санкт Петербургския лесотехнически институт, през юли 1880 г. След това френският физик и електроинженер Марсел Депре през 1882 г. на Мюнхенското електрическо изложение извършва пренос на електричество от няколко конски сили на разстояние от 57 километра с ефективност от 38 процента.

По-късно Депре прави редица експерименти, извършвайки пренос на електричество на разстояние от сто километра и довеждайки мощността на предаване до няколкостотин киловата. По-нататъшното увеличаване на разстоянието изисква значително увеличение на напрежението. Депре го докара до 6 хиляди волта и се увери, че изолацията на пластините в колектора на генератори и двигатели за постоянен ток не позволява достигането на по-високо напрежение.

Въпреки всички тези трудности, в началото на 80-те години развитието на промишлеността и концентрацията на производството все по-настоятелно налагат създаването на нов двигател, по-усъвършенстван от широко разпространената парна машина. Вече беше ясно, че е изгодно да се строят електроцентрали в близост до находища на въглища или на реки с голям спад на водата, докато се строят фабрики по-близо до източници на суровини. Това често изискваше пренос на огромни количества електроенергия до обектите на нейното потребление на големи разстояния. Такова предаване би било целесъобразно само при прилагане на напрежение от десетки хиляди волта. Но беше невъзможно да се получи такова напрежение в DC генератори. Променлив ток и трансформатор дойдоха на помощ: използвайки ги, те започнаха да произвеждат променлив ток с ниско напрежение, след което го увеличиха до всяка необходима стойност, предаваха го на разстояние високо напрежение, а на мястото на потребление отново намалете до необходимото ниво и използвайте в пантографите.

Все още нямаше AC двигатели. В края на краищата, още в началото на 80-те години електричеството се консумира главно за енергийни нужди. DC двигатели за шофиране най-много различни машиниизползвани все по-често. Създаването на електрически двигател, който може да работи с променлив ток, се превърна в основна задача на електротехниката. В търсене на нови пътища винаги е необходимо да се обръщаме назад. Имало ли е нещо в историята на електротехниката, което да подскаже пътя към създаването на двигател с променлив ток? Търсенията в миналото са били успешни. Те си спомнят: през 1824 г. Араго демонстрира опит, който бележи началото на много плодотворни изследвания. Става дума за демонстрация на "магнетизъм на въртене". Меден (немагнитен) диск беше увлечен от въртящ се магнит.

Възникна идеята, възможно ли е чрез замяна на диска с намотки и въртящия се магнит с въртящо се магнитно поле да се създаде електродвигател с променлив ток? Вероятно е възможно, но как да получите въртенето на магнитното поле?

През тези години мн различни начини AC приложения. Един добросъвестен историк на електротехниката ще трябва да назове различните физици и инженери, които се опитаха да създадат AC двигатели в средата на 80-те години. Той няма да забрави да припомни експериментите на Бейли (1879), Марсел Депре (1883), Брадли (1887), произведенията на Венстрьом, Хаселвандер и много други. Предложенията несъмнено бяха много интересни, но нито едно от тях не можеше да задоволи индустрията: техните електрически двигатели бяха или обемисти и неикономични, или сложни и ненадеждни. Самият принцип за изграждане на прости икономични и надеждни AC двигатели все още не е открит.

През този период Никола Тесла започва, както вече знаем, търсенето на решение на този проблем. Той пое по свой собствен път, разсъждавайки върху същността на опита на Араго, и предложи радикално решение на проблема, което веднага се оказа приемливо за практически цели. Обратно в Будапеща през пролетта на 1882 г., Тесла ясно си представя, че ако намотките на магнитните полюси на електродвигател по някакъв начин се захранват от два различни променливи тока, различаващи се един от друг само във фазовото изместване, тогава редуването на тези токове ще предизвика променливото образуване на северния и южния полюс или ротационното магнитно поле. Въртящото се магнитно поле също трябва да увлича намотката на ротора на машината.

След като изгради специален източник на двуфазен ток (двуфазен генератор) и същия двуфазен електродвигател, Тесла реализира идеята си. И въпреки че неговите машини са структурно много несъвършени, принципът на въртящото се магнитно поле, приложен в първите модели на Тесла, се оказва правилен.

След като разгледа всички възможни случаи на фазово изместване, Тесла се спря на изместване от 90 °, тоест на двуфазен ток. Това беше съвсем логично - преди да се създадат електродвигатели с голям брой фази, трябва да се започне с двуфазен ток. Но може да се приложи и друго фазово изместване: със 120° ( трифазен ток). Без да анализира теоретично и да осмисли всички възможни случаи, без дори да ги сравнява помежду си (това е голямата грешка на Тесла), той съсредоточи цялото си внимание върху двуфазния ток, създавайки двуфазни генератори и електродвигатели, и само накратко спомена многофазните токове в своите патентни заявки.и възможността за тяхното приложение.

Но Тесла не беше единственият учен, който си спомни опита на Араго и намери решение на важен проблем. През същите години изследванията в областта на променливите токове са извършени от италианския физик Галилео Ферарис, представител на Италия на много международни конгреси на електротехници (1881 и 1882 г. в Париж, 1883 г. във Виена и др.). Подготвяйки лекции по оптика, той стигна до идеята за възможността за създаване на експеримент, демонстриращ свойствата на светлинните вълни. За да направи това, Ferraris подсили меден цилиндър върху тънка нишка, върху която действаха две магнитни полета, изместени под ъгъл от 90 °. Когато токът се включи в бобините, които последователно създават магнитни полета в едната или другата от тях, цилиндърът под въздействието на тези полета се завърта и усуква нишката, в резултат на което тя се издига с определена стойност . Това устройство идеално симулира явлението, известно като поляризация на светлината.

Ferraris не възнамерява да използва модела си за никакви електрически цели. Това беше само лекционен инструмент, чиято изобретателност се криеше в умелото приложение на електродинамичния феномен за демонстрации в областта на оптиката.

Ferraris не се ограничава до този модел. Във втория, по-усъвършенстван модел, той успя да постигне въртене на цилиндъра със скорост до 900 оборота в минута. Но отвъд определени граници, без значение колко силата на тока, който създава магнитните полета, се увеличи във веригата (с други думи, без значение колко се увеличи изразходваната мощност), не беше възможно да се постигне увеличение на броя на революции. Изчисленията показаха, че мощността на втория модел не надвишава 3 вата.

Несъмнено Ферарис, като не само оптик, но и електротехник, не можеше да не разбере значението на своите експерименти. Въпреки това, по собствено признание, никога не му е хрумвало да приложи този принцип при създаването на електродвигател с променлив ток. Най-многото, което си представяше, беше да го използва за измерване на силата на тока и дори започна да проектира такова устройство.

На 18 март 1888 г. в Торинската академия на науките Ферарис направи доклад „Електродинамично въртене, произведено от променливи токове“. В него той говори за своите експерименти и се опитва да докаже, че е невъзможно да се получи ефективност от повече от 50 процента в такова устройство. Ферарис беше искрено убеден, че доказвайки нецелесъобразността на използването на променливи магнитни полета за практически цели, той прави голяма услуга на науката. Докладът на Ferraris изпревари доклада на Никола Тесла в Американския институт на електроинженерите. Но заявката, подадена за патент още през октомври 1887 г., свидетелства за несъмнения приоритет на Tesla пред Ferrari. Що се отнася до публикацията, статията на Ферарис, достъпна за четене от всички електротехници по света, е публикувана едва през юни 1888 г., тоест след широко известния доклад на Тесла.

На твърдението на Ферарис, че е започнал работа по изследването на въртящо се магнитно поле през 1885 г., Тесла имаше всички основания да възрази, че той се е занимавал с този проблем още в Грац, намерил е решение през 1882 г., а през 1884 г. в Страсбург демонстрира работещ модел на неговия двигател.Но, разбира се, не е само въпрос на приоритет. Несъмнено и двамата учени направиха едно и също откритие независимо един от друг: Ферарис не можеше да знае за заявката за патент на Тесла, както последният не можеше да знае за работата на италианския физик.

Много по-важно е, че Г. Ферарис, след като е открил феномена на въртящото се магнитно поле и е изградил своя модел с мощност 3 вата, не е мислил за практическото им използване. Освен това, ако беше прието погрешното заключение на Ферарис за нецелесъобразността на използването на променливи многофазни токове, тогава човечеството щеше да бъде насочено по грешен път още няколко години и да бъде лишено от възможността за широко използване на електричество в най-много различни индустриипроизводство и живот. Заслугата на Никола Тесла се състои в това, че въпреки много препятствия и скептично отношение към променливия ток, той на практика доказва възможността за използване на многофазен ток. Създадените от него първи двуфазни електродвигатели, въпреки че имаха редица недостатъци, привлякоха вниманието на електроинженерите от цял ​​свят и предизвикаха интерес към неговите предложения.

Въпреки това, една статия на Галилео Ферарис в списание "Atti di Turino" изигра огромна роля в развитието на електротехниката. Тя беше препечатана от голямо английско списание и изданието с тази статия попадна в ръцете на друг учен, вече заслужено признат за създател на съвременната трифазна електротехника.

5. Трансформатор на Тесла

Трансформаторите на Tesla са известни с разнообразните си конструкции, от най-простите с искрова междина до модерни схеми с високочестотни главни осцилатори за първична намотка, направени както на полупроводникови, така и на лампови вериги.

Схема на най-простия трансформатор на Тесла:

В елементарната си форма трансформаторът на Tesla се състои от две бобини, първична и вторична, и сноп, състоящ се от искрова междина (прекъсвач, английската версия на Spark Gap често се среща), кондензатор, тороид (не винаги се използва) и терминал (показан като „изход“ на диаграмата) .

Фигура 7 - Най-простата схемаТрансформатор на Тесла

Фигура 8 - Трансформатор на Тесла в действие

Първичната намотка е изградена от 5-30 (за VTTC - намотка на Тесла на лампа - броят на навивките може да бъде до 60) навивки от проводник с голям диаметър или медна тръба, а вторичната от много навивки от тел с по-малък диаметър. Първичната намотка може да бъде плоска (хоризонтална), конична или цилиндрична (вертикална). За разлика от много други трансформатори, тук няма феромагнитна сърцевина. По този начин взаимната индуктивност между двете бобини е много по-малка от конвенционалните трансформатори с феромагнитна сърцевина. Този трансформатор също така практически няма магнитен хистерезис, феноменът на забавяне на промяната на магнитната индукция спрямо промяната на тока и други недостатъци, въведени от наличието на феромагнетик в полето на трансформатора.

Първичната намотка, заедно с кондензатора, образува осцилаторна верига, която включва нелинеен елемент - искрова междина (искрова междина). Отводът в най-простия случай е обикновен газов; обикновено изработени от масивни електроди (понякога с радиатори), което е направено за по-голяма устойчивост на износване, когато през електрическа дъга между тях протичат големи токове.

Вторичната намотка също образува осцилаторна верига, където капацитивната връзка между тороида, крайното устройство, навивките на самата намотка и други електропроводими елементи на веригата със земята изпълнява ролята на кондензатор. Терминалното устройство (терминал) може да бъде направено под формата на диск, заострен щифт или сфера. Терминалът е проектиран да произвежда дълги, предвидими искри. Геометрията и относителната позиция на частите на трансформатора на Tesla оказват значително влияние върху неговата производителност, което е подобно на проблема при проектирането на всякакви високоволтови и високочестотни устройства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Навлезлите в ежедневието ни неща, които използват електричество, са плод на научно-техническата мисъл на много поколения учени. Често разбирането за практическата стойност и значението на откритите явления идва късно или идва със следващото поколение учени.

Все пак трябва да се отбележи, че именно развитието на електротехниката допринесе за ускоряването на технологичния прогрес. Създаването и развитието на електрически машини с постоянен и променлив ток направи възможно проектирането на гъвкави системи за управление, които не могат да бъдат приложени на двигатели, използващи енергията на газ и течност. Развитието на микропроцесорната технология направи възможно създаването на мощни компютри, които участват в експериментите на физиците теоретични, които откриват тайните на Вселената (LHC в CERN).

Дълбоко съм убеден, че в областта на електротехниката са останали още доста мистерии, загадки и големи открития.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. В.З. Озерников „Неслучайни произшествия. Истории за велики открития и изключителни учени"

2. Л. С. Жданов, В. А. Маранджян “Курс по физика”

3. Наръчник на ученика, под редакцията на А. Баръшков

4. M.I. Блудов "Разговори по физика"

5. M.I. Яковлева " Физиологични механизмидействието на електромагнитните полета"

6. А.А.Боровой, Е.Б. Финкелщайн, А. Н. Херубимов "Закони на електромагнетизма"

7. Т.Е. Иродов Електромагнетизъм. Основни закони. Курс по физика.

8. В.П. Сафронов, Б.Б. Конкин, V.A.Vagan "Физика: кратък курс"

Дял от физиката, който изучава електрическите явления: взаимодействието между заредени тела, явленията на поляризацията и преминаването на електрически ток.
Връзката между електрическите и магнитните явления се изучава от електромагнетизма. Електродинамиката, включително електричеството и магнетизма, също изучава електромагнитните вълни.
Приложните науки, като електротехника, електрохимия и др., основават знанията си върху електричеството.
Древногръцкият философ Талес от Милет е един от първите изследователи на електричеството.Електрическите явления са били познати в древността на древните гърци, финикийците и жителите на Месопотамия. Фактът, че при триене кехлибарът придобива способността да привлича леки предмети към себе си, е описан през 600-те години пр. н. е. Талес от Милет. Талес обаче не разграничи електричеството от магнетизма, смятайки това за едно явление, само кехлибарът придобива такова странно свойство по време на триене, а в магнетита то е постоянно.
Нова стъпка в изучаването на електрическите явления е направена през 1600 г. от английския лекар Уилям Гилбърт. След провеждане на изследвания върху електрически и магнитни явления, той публикува книга, в която заключава, че свойствата на постоянния магнит и способността на търкания кехлибар да привлича предмети са определено различни явления. Гилбърт започна да използва латинската дума електрически токБурщински, за описание на такъв имот. В книгата си Гилбърт също стига до извода, че Земята е магнит и затова стрелката на компаса сочи към полюса.
Постоянен магнит най-простият примермагнитен дипол. В средата на 17 век Ото фон Герике изобретява електростатичния генератор.
Експериментите на Стивън Грей показаха, че електричеството може да се предава до 800 фута с намокрени проводници с нажежаема жичка, ако се избягва контакт със земята и се използва изолация. Така започнаха изследванията върху токовете и се поставиха основите за разделянето на материалите на проводници и диелектрици.
Шарл дю Фу отвори две различни видовеелектричество, наричайки ги "стъклени" и "смолисти", сега те се наричат ​​положителни и отрицателни заряди, демонстрирайки, че еднаквите заряди се отблъскват, а различните - привличат. Дю Фу също разделя веществата на проводници и изолатори, наричайки ги "електрици" и "неелектрици".
Експериментите на Бенджамин Франклин, проведени през 1752 г., показват, че светкавицата е електрическа по природа.
Бенджамин Франклин САЩ, политик и изобретател. Провежда изследвания върху електричеството през 18 век. През 1791 г. Луиджи Галвани публикува откритията на биоелектричеството. През 1800 г. Алесандро Волта построява първата батерия от волтови стълбове. нов типИзточникът на ток беше много по-надежден от електростатичните генератори, които бяха използвани преди това. През 1820 г. Андре Мари Ампер открива връзката между електричеството и магнетизма. През 1821 г. Майкъл Фарадей изобретява електрическия мотор, а през 1827 г. Георг Ом установява математически закон, описващ тока в електрическа верига.
Томас Едисън Трудно е да се изброят всички научни открития в областта на електрическите явления през първата половина на 19 век. Откриването на електромагнитната индукция от Фарадей през 1831 г. проправи пътя за производството и използването на електрическа енергия в голям мащаб, а краят на 19 век е ерата на многобройни изобретения в областта на електротехниката. До края на века, благодарение на усилията на такива изтъкнати учени като Никола Тесла, Томас Алва Едисон, Вернер фон Сименс, лорд Келвин, Галилео Ферарис и много други, електричеството се превърна от научен интерес във водеща сила на втората индустриална революция.
Електрическата дъга осигурява визуална демонстрация на електрически ток Основни елементи на електрическа верига Съвременната физика счита електромагнитното взаимодействие за едно от основните взаимодействия. Електрическият заряд е свойство на елементарните частици, сред които най-важни, предвид тяхната устойчивост, са електронът и протонът. Всички вещества са съставени от атоми, в центъра на които има положително заредено ядро, а около ядрото има отрицателно заредени електрони. Повечето атоми в света около тях имат неутрален брой електрони, равен на броя на протоните, но подвижните електрони могат да напуснат атом, образувайки положителни йони, или да се присъединят към неутрален атом, образувайки отрицателни йони. Ако във всяко физическо тяло броят на електроните се различава от броя на протоните, тогава такова тяло получава макроскопичен електрически заряд. Този процес се нарича електрификация.
Еднаквите заряди се отблъскват, а различните - привличат. Числено взаимодействието между зарядите се описва от закона на Кулон.
Ако зарядите се поставят в непрекъсната среда, тогава взаимодействието между тях се променя поради явление, наречено диелектрична поляризация. Диелектричната поляризация възниква поради изместването на електроните спрямо ядрата на атомите във външната електрическо полеили поради въртенето на молекули със собствен диполен момент. В резултат на това силата, действаща върху заряд от други заряди, се определя не само от големината на тези заряди и тяхното местоположение, но и от намалените диполни моменти на атомите и молекулите на средата. На малки електрически полетав сравнение с вътрешноатомните полета, способността на веществото да се поляризира се описва от проницаемост.
Под действието на силата на Кулон заредените частици се движат, образувайки електрически ток. Електрическият ток създава магнитно поле, чрез което може да бъде регистриран. Друга последица от преминаването на електрически ток през вещество е отделянето на топлина.
Зависимостите от способността за провеждане на електрически ток на дадено вещество могат да бъдат разделени на проводници и диелектрици.
От края на 19-ти век електрическите явления играят все по-важна роля в производството и ежедневието. Електричеството е в центъра на нашата култура, от осветлението и домакинските уреди до мощните електрически двигатели, използвани в производството.
производство

Прочетете повече в статията Енергия

Основно предназначено за използване в производството и бита, електричеството се генерира от електроцентрали, където механична енергиявъртенето на парните турбини се преобразува в електричество от електрически генератори. Топлината, необходима за загряване на парата, която върти турбините, идва главно от изкопаеми горива. Освен топлоелектрическите централи, значителна част от електроенергията се произвежда от атомни електроцентрали и водноелектрически централи. В последния случай се използват възобновяеми енергийни източници. Други възобновяеми енергийни източници са вятърната енергия, която се използва от все по-популярните вятърни паркове в съвременната епоха. Директното използване на слънчевата енергия е възможно благодарение на слънчевите клетки.
Енергията, произведена от електроцентралите, се разпространява чрез електрическата мрежа в домовете, фабриките и фабриките на хората.
В допълнение към производството и разпределението на електрическа енергия по мрежата, такива източници на електрическа енергия като електрохимични батерии и акумулатори също се използват широко, което позволява получаването на електрически ток. малко напрежениенеобходими за работата на преносими електронни устройства.
Използване
През 1870 г. се появява лампата с нажежаема жичка, която става първият домакински уред, който изисква електрическа мрежавъв всеки човешки дом и институция. Още преди появата си електричеството се използва от телеграфа и телефона като важни средства за комуникация. Важните домакински електрически уреди включват: радио, телевизор, грамофон, пералня, хладилник, климатик, парно и много други. Много от тези уреди използват електрически двигател, изобретен от Майкъл Фарадей. С развитието на електрониката компютрите се появяват и в домовете на хората.
Производството също широко използва мощни електрически двигатели, но електрическите явления се прилагат и при електроформоване, топене на метали, заваряване и много други начини.

Електротехник за час, лесно и просто!

Убедени сме, че ако имате затруднения с електрозахранването на вашето жилищно помещение, офис, крайградска къща или друг обект, ние можем да ви се притечем на помощ.

Всички майстори имат богат опит в предлаганата работа и несъмнено ще ви помогнат да решите вместо вас всички трудности, свързани с електричеството.

Откъде започна? Мисля, че едва ли някой ще даде точен, изчерпателен отговор на този въпрос. Но все пак нека се опитаме да го разберем.

Феномени, свързани с електричеството, са наблюдавани в древен Китай, Индия и древна Гърция няколко века преди началото на нашата ера. Близо до 600 г. пр.н.е., както казват оцелелите легенди, древногръцкият философ Талес от Милет е познавал свойството на кехлибара, натрит върху вълна, да привлича леки предмети. Между другото, думата "електрон" древните гърци наричат ​​кехлибар. От него идва и думата "електричество". Но гърците само наблюдавали феномена на електричеството, но не можели да обяснят.

само през 1600 гпридворният лекар на английската кралица Елизабет Уилям Гилбърт, използвайки своя електроскоп, доказва, че не само търканият кехлибар, но и други минерали имат способността да привличат светлинни тела: диамант, сапфир, опал, аметист и др. През същата година той публикува работата „За магнита и магнитните тела“, където очертава цял набор от знания за магнетизма и електричеството.

През 1650гГерманският учен и почасов бургомистър на Магдебург Ото фон Герике създава първата „електрическа машина“. Това беше топка, излята от сяра, по време на въртене и триене на която леките тела се привличаха и отблъскваха. Впоследствие колата му е подобрена от немски и френски учени.

През 1729гАнгличанинът Стивън Грей открива способността на някои вещества да провеждат електричество. Всъщност той пръв въвежда концепцията за проводници и непроводници на електричество.

През 1733гФренският физик Шарл Франсоа Дюфе открива два вида електричество: "катран" и "стъкло". Едната се появява в кехлибар, коприна, хартия; вторият - в стъкло, скъпоценни камъни, вълна.

През 1745гХоландският физик и математик от университета в Лайден Питер ван Мушенбрук откри, че стъклен буркан, покрит с калаено фолио, може да съхранява електричество. Мушенбрук го нарече Лайденския буркан. По същество това беше първият електрически кондензатор.

През 1747гФизикът Жан Антоан Ноле, член на Парижката академия на науките, изобретява електроскопа, първият инструмент за оценка на електрическия потенциал. Той също така формулира теорията за действието на електричеството върху живите организми и разкрива свойството на електричеството да „изтича“ по-бързо от по-острите тела.

През 1747-1753г.американски учен и държавникБенджамин Франклин прави редица изследвания и свързани с тях открития. Той въвежда концепцията за две заредени състояния, която все още се използва: «+» и «-» . Той обяснява действието на Лайденския буркан, като установява решаващата роля на диелектрика между проводимите пластини. Установява електрическата природа на мълнията. Той предложи идеята за гръмоотвод, като установи, че металните точки, свързани със земята, премахват електрически заряди от заредени тела. Той представи идеята за електрически двигател. Той е първият, който използва електрическа искра за запалване на барут.

През 1785-1789г.Френският физик Шарл Огюстен Кулон публикува серия от статии за взаимодействието на електрически заряди и магнитни полюси. Извършва доказване на местоположението на електрическите заряди върху повърхността на проводника. Въвежда понятията магнитен момент и поляризация на зарядите.

През 1791гИталианският лекар и анатом Луиджи Галвани открива появата на електричество, когато два различни метала влязат в контакт с жив организъм. Откритият от него ефект е в основата на съвременните електрокардиографи.

През 1795гдруг италиански учен Алесандро Волта, изследвайки ефекта, открит от неговия предшественик, доказа, че възниква електрически ток между двойка различни метали, разделени от специална проводяща течност.

През 1801гРуският учен Василий Владимирович Петров установява възможността за практическо използване на електрически ток за нагряване на проводници, наблюдава явлението електрическа дъга във вакуум и различни газове. Той предложи идеята за използване на ток за осветление и топене на метали.

През 1820гДатският физик Ханс Кристиан Ерстед установява връзката между електричеството и магнетизма, което поставя основата за формирането на съвременната електротехника. През същата година френският физик Андре Мари Ампер формулира правило за определяне посоката на действие на електрически ток върху магнитно поле. Той е първият, който комбинира електричеството и магнетизма и формулира законите за взаимодействие между електрическите и магнитните полета.

През 1827гГерманският учен Георг Симон Ом открива своя закон (закон на Ом) - един от основните закони на електричеството, установяващ връзката между тока и напрежението.

През 1831гАнглийският физик Майкъл Фарадей открива явлението електромагнитна индукция, което води до формирането на нова индустрия - електротехниката.

През 1847гГерманският физик Густав Роберт Кирхоф формулира законите за токовете и напреженията в електрическите вериги.

Краят на 19-ти - началото на 20-ти век е пълен с открития, свързани с електричеството. Едно откритие породи цяла верига от открития в продължение на няколко десетилетия. Електричеството от обект на изследване започна да се превръща в обект на потребление. Започва да се въвежда широко в различни области на производството. Изобретени и създадени са електродвигатели, генератори, телефон, телеграф, радио. Започва въвеждането на електричеството в медицината.

През 1878гулиците на Париж бяха осветени от дъговите лампи на Павел Николаевич Яблочков. Появяват се първите електроцентрали. Не толкова отдавна, изглеждайки нещо невероятно и фантастично, електричеството се превръща в познат и незаменим помощник на човечеството.

За историята на електричеството накратко. Електричеството е дял от физиката, който говори за свойствата и явленията, свързани с взаимодействието на заредени частици.

Откритията, направени в тази област на науката физика, радикално повлияха на живота ни. Затова никога не бива да забравяме как е започнала тази наука. Историята на електричеството датира от древни времена. За историята на електричеството накратко.

Електрическият заряд е открит за първи път от Талес от Милет още през 600 г. пр.н.е. д. Той забеляза, че кехлибарът, носен върху парче вълна, придобива удивителни свойства да привлича леки неелектризирани предмети (пух и парчета хартия). Терминът "електричество" е въведен за първи път от английския учен Тюдор Гилбърт в книгата му "За магнитните свойства, магнитните тела и големия магнит - Земята". В книгата си той доказа, че не само кехлибарът, но и други вещества имат свойството да се наелектризират. А в средата на 17-ти век известният учен Ото фон Герике създава електростатична машина, в която открива свойството на заредените обекти да се отблъскват. Така започнаха да се появяват основните понятия в раздела за електричеството. За историята на електричеството.

Още през 1729 г. френският физик Шарл Дюфе установява съществуването на два вида заряди. Той нарича такива заряди „стъклени“ и „смолисти“, но скоро немският учен Георг Лихтенберг въвежда концепцията за отрицателно и положително заредени заряди. И през 1745 г. първият в историята електрически кондензатор- така наречената Лайденска банка.

Но възможността да се формулират основните понятия и открития в науката за електричеството беше възможна едва когато се появиха количествени изследвания. Тогава започна времето на откриване на основните закони на електричеството. Законът за взаимодействие на електронни заряди е открит през 1785 г. от френския учен Шарл Кулон, използвайки създадената от него система от торсионни везни.

Почти по същото време, през 1800 г., италианският експериментатор Волт изобретява първия източник на постоянен ток в човешкия живот - елементарен галваничен елемент. Големите открития, свързани с работата на Джаул, Ом и Ленц, изучаващи проявата на електрически ток във верига, станаха известни. Фарадей през 1831 и 1834 г. открива електромагнитната индукция и известните закони на електролизата.

Така още през 17 век започва да се оформя електрическата концепция за материята, според която всички физически тела без изключение са своеобразни комплекси от взаимодействащи си частици. Следователно в бъдеще мн физични свойстватела се определят от законите, които са формулирани в древността. Науката за електричеството не стои неподвижна и всяка година има все повече и повече нови открития в тази област на науката. На нашия уебсайт за електричество винаги ще бъдете в крак с всички нови изследвания за историята на електричеството.