Legg til nettsted i bokmerker

Elektrisitets historie

Elektrisitet, et sett med fenomener forårsaket av eksistensen, bevegelsen og interaksjonen av elektrisk ladede legemer eller partikler. Samspillet mellom elektriske ladninger utføres ved hjelp av elektro magnetfelt(i tilfelle immobile elektriske ladninger - et elektrostatisk felt).

Bevegende ladninger (elektrisk strøm), sammen med en elektrisk, eksiterer også et magnetfelt, det vil si at de genererer et elektromagnetisk felt som elektromagnetisk interaksjon utføres gjennom (læren om magnetisme er en integrert del av den generelle læren om elektrisitet) . Elektromagnetiske fenomener er beskrevet av klassisk elektrodynamikk, som er basert på Maxwell-ligningene

Lovene til den klassiske teorien om elektrisitet dekker et stort sett av elektromagnetiske prosesser. Blant de 4 typene interaksjoner (elektromagnetiske, gravitasjonsmessige, sterke og svake) som finnes i naturen, tar elektromagnetisk førsteplassen når det gjelder bredde og variasjon av manifestasjoner. Dette skyldes det faktum at alle legemer er bygget av elektrisk ladede partikler med motsatte fortegn, interaksjonene mellom disse på den ene siden er mange størrelsesordener mer intense enn gravitasjonsmessige og svake, og på den annen side er de lang rekkevidde, i motsetning til sterke interaksjoner. Strukturen til atomskall, adhesjonen av atomer til molekyler (kjemiske krefter) og dannelsen av kondensert materiale bestemmes av elektromagnetisk interaksjon.

De enkleste elektriske og magnetiske fenomenene har vært kjent siden antikken. Det ble funnet mineraler som trakk til seg jernbiter, og det ble også funnet at rav (gresk elektron, elektron, derav begrepet elektrisitet), gnidd på ull, tiltrekker seg lette gjenstander (elektrifisering ved friksjon). Det var imidlertid først i 1600 at W. Gilbert først etablerte skillet mellom elektriske og magnetiske fenomener. Han oppdaget eksistensen av magnetiske poler og deres uadskillelighet fra hverandre, og slo også fast at kloden er en gigantisk magnet.

I XVII - 1. halvdel av XVIII århundrer. det ble utført en rekke eksperimenter med elektrifiserte legemer, de første elektrostatiske maskinene basert på elektrifisering ved friksjon ble bygget, eksistensen av elektriske ladninger av to slag ble etablert (C. Dufay), og den elektriske ledningsevnen til metaller ble oppdaget (den engelske forskeren S. Grå). Med oppfinnelsen av den første kondensatoren - Leiden krukke(1745) - det ble mulig å akkumulere store elektriske ladninger. I 1747-53 la Franklin frem den første konsistente teorien om elektriske fenomener, etablerte endelig lynets elektriske natur og oppfant lynavlederen.

I andre halvdel av XVIII århundre. den kvantitative studien av elektriske og magnetiske fenomener begynte. Den første måleinstrumenter- elektroskoper av ulike design, elektrometre. G. Cavendish (1773) og S. Coulomb (1785) etablerte eksperimentelt loven om samspillet mellom elektriske ladninger uten bevegelse (Cavendishs verk ble publisert først i 1879).

Denne grunnleggende loven om elektrostatikk (Coulombs lov) gjorde det for første gang mulig å lage en metode for å måle elektriske ladninger av kreftene i samspillet mellom dem. Coulomb etablerte også loven om samspill mellom polene til lange magneter og introduserte konseptet med magnetiske ladninger konsentrert i endene av magneter.

Det neste trinnet i utviklingen av elektrisitetsvitenskapen er knyttet til oppdagelsen på slutten av 1700-tallet. L. Galvani "animal elektrisitet" og fungerer A. Volta som oppfant den første kilden elektrisk strøm- en galvanisk celle (den såkalte voltsøylen, 1800), som skaper en kontinuerlig (konstant) strøm i lang tid. I 1802 oppdaget V.V. Petrov, etter å ha bygget en galvanisk celle med mye større kraft, den elektriske lysbuen, undersøkte dens egenskaper og påpekte muligheten for å bruke den til belysning, så vel som til smelting og sveising av metaller. G. Davy ved elektrolyse vandige løsninger alkalier mottok (1807) tidligere ukjente metaller - natrium og kalium. J, P. Joule fastslo (1841) at mengden varme som frigjøres i lederen ved elektrisk strøm er proporsjonal med kvadratet av strømstyrken; denne loven ble underbygget (1842) av de eksakte eksperimentene til E.H. Lenz (Joule-Lenz-loven).

G. Ohm etablerte (1826) den kvantitative avhengigheten av den elektriske strømmen av spenningen i kretsen. KF Gauss formulerte (1830) den grunnleggende teoremet for elektrostatikk.

Den mest fundamentale oppdagelsen ble gjort av H. Oersted i 1820; han oppdaget virkningen av en elektrisk strøm på en magnetisk nål - et fenomen som vitnet om sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme. Etter dette, samme år, etablerte A.M.Ampere loven om interaksjon av elektriske strømmer (Amperes lov). Han viste også at egenskapene til permanente magneter kan forklares ut fra antakelsen om at konstante elektriske strømmer (molekylære strømmer) sirkulerer i molekylene til magnetiserte legemer. Altså, ifølge Ampère, er alle magnetiske fenomener redusert til vekselvirkninger av strømmer, mens magnetiske ladninger ikke eksisterer. Siden oppdagelsene av Oersted og Ampère, har læren om magnetisme blitt en integrert del av læren om elektrisitet.

Fra 2. kvartal 1800-tallet. begynte den raske penetrasjonen av elektrisitet i teknologien. På 20-tallet. de første elektromagnetene dukket opp. En av de første bruken av elektrisitet var telegrafapparatet, på 30- og 40-tallet. elektriske motorer og strømgeneratorer ble bygget;

På 30-40-tallet. 1800-tallet M. Faraday, skaperen av den generelle læren om elektromagnetiske fenomener, der alle elektriske og magnetiske fenomener betraktes fra et enkelt synspunkt, ga et stort bidrag til utviklingen av vitenskapen om elektrisitet. Ved hjelp av eksperimenter beviste han at effekten av elektriske ladninger og strømmer ikke er avhengig av produksjonsmetoden [før Faraday skilte de mellom "vanlig" (oppnådd ved elektrifisering ved friksjon), atmosfærisk, "galvanisk", magnetisk , termoelektrisk, "dyre" og andre typer elektrisk energi. ].

Arago-eksperiment ("rotasjonsmagnetisme").

I 1831 oppdaget Faraday elektromagnetisk induksjon - eksiteringen av en elektrisk strøm i en krets som ligger i et vekslende magnetfelt. Dette fenomenet (observert i 1832 også av J. Henry) danner grunnlaget for elektroteknikk. I 1833-34 etablerte Faraday lovene for elektrolyse; disse verkene hans la grunnlaget for elektrokjemi. Senere, i et forsøk på å finne forholdet mellom elektriske og magnetiske fenomener med optiske, oppdaget han polariseringen av dielektrikum (1837), fenomenene paramagnetisme og diamagnetisme (1845), den magnetiske rotasjonen av lysets polariseringsplan (1845), etc.

Faraday introduserte først konseptet elektriske og magnetiske felt. Han benektet begrepet langdistansehandling, hvis talsmenn mente at kropper direkte (gjennom tomrommet) på avstand virker på hverandre.

I følge Faradays ideer utføres samspillet mellom ladninger og strømmer gjennom mellomliggende agenter: ladninger og strømmer skaper elektriske eller (henholdsvis) magnetiske felt i det omkringliggende rommet, ved hjelp av hvilke interaksjonen overføres fra punkt til punkt (konseptet av kortdistansehandling). Hans ideer om elektriske og magnetiske felt var basert på konseptet kraftlinjer, som han betraktet som mekaniske formasjoner i et hypotetisk medium - eter, lik strukket elastiske tråder eller snorer.

Faradays ideer om virkeligheten til det elektromagnetiske feltet ble ikke umiddelbart gjenkjent. Den første matematiske formuleringen av lovene for elektromagnetisk induksjon ble gitt av F. Neumann i 1845 på språket til begrepet langdistansehandling.

Han introduserte også viktige konsepter for koeffisientene for selv- og gjensidig induksjon av strømmer. Betydningen av disse begrepene ble fullstendig avslørt senere, da W. Thomson (Lord Kelvin) utviklet (1853) teorien om elektriske svingninger i en krets bestående av en kondensator (kapasitans) og en spole (induktans).
Av stor betydning for utviklingen av elektrisitetslæren var etableringen av nye instrumenter og metoder. elektriske målinger, samt et enhetlig system av elektriske og magnetiske måleenheter, laget av Gauss og W. Weber.

I 1846 påpekte Weber sammenhengen mellom strømstyrken og tettheten av elektriske ladninger i en leder og hastigheten på deres ordnede bevegelse. Han etablerte også loven om interaksjon av bevegelige punktladninger, som inneholdt en ny universell elektrodynamisk konstant, som er forholdet mellom elektrostatiske og elektromagnetiske ladningsenheter og har dimensjonen hastighet.

Ved den eksperimentelle bestemmelsen (Weber og f. Kohlrausch, 1856) av denne konstanten ble det oppnådd en verdi nær lysets hastighet; dette var en klar indikasjon på sammenhengen mellom elektromagnetiske fenomener og optiske.

I 1861-73 ble læren om elektrisitet utviklet og fullført i verkene til J. K. Maxwell. Basert på de empiriske lovene for elektromagnetiske fenomener og introduserte hypotesen om generering av et magnetfelt ved et vekslende elektrisk felt, formulerte Maxwell de grunnleggende ligningene for klassisk elektrodynamikk, oppkalt etter ham. Samtidig betraktet han, i likhet med Faraday, elektromagnetiske fenomener som en form for mekaniske prosesser i eteren.

Den viktigste nye konsekvensen av disse ligningene er eksistensen av elektromagnetiske bølger som forplanter seg med lysets hastighet. Maxwells ligninger dannet grunnlaget for den elektromagnetiske teorien om lys. En avgjørende bekreftelse på Maxwells teori ble funnet i 1886-89, da G. Hertz eksperimentelt etablerte eksistensen av elektromagnetiske bølger. Etter oppdagelsen ble det gjort forsøk på å etablere kommunikasjon ved hjelp av elektromagnetiske bølger, som kulminerte med opprettelsen av radio, og intensiv forskning startet innen radioteknikk.

På slutten av XIX - begynnelsen av XX århundrer. et nytt stadium i utviklingen av teorien om elektrisitet begynte. Forskning på elektriske utladninger kulminerte med oppdagelsen av J. J. Thomson av diskretiteten til elektriske ladninger. I 1897 målte han forholdet mellom elektronets ladning og massen, og i 1898 bestemte han den absolutte verdien av elektronets ladning. H. Lorentz, basert på oppdagelsen av Thomson og konklusjonene fra den molekylær-kinetiske teorien, la grunnlaget for den elektroniske teorien om materiens struktur. I den klassiske elektronteorien betraktes materie som en samling av elektrisk ladede partikler hvis bevegelse er underlagt lovene til klassisk mekanikk. Maxwells ligninger er hentet fra elektronteoriens ligninger ved statistisk gjennomsnitt.

Forsøk på å anvende lovene i klassisk elektrodynamikk på studiet av elektromagnetiske prosesser i bevegelige medier, fikk betydelige vanskeligheter. I et forsøk på å løse dem, kom A. Einstein (1905) til teoriens relativitet. Denne teorien tilbakeviste til slutt ideen om eksistensen av en eter utstyrt med mekaniske egenskaper. Etter opprettelsen av relativitetsteorien ble det åpenbart at elektrodynamikkens lover ikke kan reduseres til lovene i klassisk mekanikk.

Ved små rom-tid-intervaller blir kvanteegenskapene til det elektromagnetiske feltet, som ikke tas i betraktning av den klassiske teorien om elektrisitet, betydelige. Kvanteteorien om elektromagnetiske prosesser - kvanteelektrodynamikk - ble opprettet i 2. kvartal av det 20. århundre. Kvanteteorien om materie og felt går allerede utover læren om elektrisitet, studerer mer grunnleggende problemer angående bevegelseslovene elementærpartikler og deres bygninger.

Med oppdagelsen av nye fakta og etableringen av nye teorier, ble ikke betydningen av den klassiske læren om elektrisitet redusert, bare grensene for anvendelighet av klassisk elektrodynamikk ble bestemt. Innenfor disse grensene forblir Maxwells ligninger og den klassiske elektronteorien gyldige, og er grunnlaget for den moderne teorien om elektrisitet.

Klassisk elektrodynamikk danner grunnlaget for de fleste seksjoner innen elektroteknikk, radioteknikk, elektronikk og optikk (med unntak av kvanteelektronikk). Ved hjelp av ligningene hennes ble et stort antall problemer av teoretisk og anvendt art løst. Spesielt løses mange problemer med plasmaoppførsel i laboratoriet og i rommet ved å bruke Maxwells ligninger.

INTRODUKSJON

La oss starte historien vår med ordene til Tesla selv, som kort før hans død skrev et fantastisk essay om elektroteknikkens historie "The Tale of Electricity": "Hvem som virkelig ønsker å huske all vår tids storhet, han må bli kjent med med historien til vitenskapen om elektrisitet."

For første gang ble fenomenene som nå kalles elektrisk lagt merke til i det gamle Kina, India og senere i antikkens Hellas. De overlevende legendene sier at den gamle greske filosofen Thales fra Milet (640-550 f.Kr.) allerede kjente egenskapen til rav, gnidd med pels eller ull, for å tiltrekke seg papirrester, fluff og andre lette kropper. Fra det greske navnet på rav - "elektron" - fikk dette fenomenet senere navnet elektrifisering.

I mange århundrer ble elektriske fenomener ansett som manifestasjoner av guddommelig kraft, helt til på 1600-tallet. forskere kom ikke i nærheten av studiet av elektrisitet. Pendant, Gilbert, Otto von Guericke, Mushenbreck, Franklin, Oersted, Arago, Lomonosov, Luigi Galvani, Alessandro Volta - det er langt fra full liste elektroforskere. Spesielt bør nevnes aktivitetene til den bemerkelsesverdige vitenskapsmannen André Marie Ampère, som la grunnlaget for studien dynamisk handling elektrisk strøm og etablerte en rekke lover for elektrodynamikk.

Oppdagelsene til Oersted, Arago, Ampère interesserte den briljante engelske fysikeren Michael Faraday og fikk ham til å studere hele spekteret av spørsmål om transformasjon av elektrisk og magnetisk energi til mekanisk energi. En annen engelsk fysiker James Clerk (Clark) Maxwell publiserte i 1873 et stort tobindsverk "Treatise on Electricity and Magnetism", som kombinerte begrepene elektrisitet, magnetisme og elektromagnetisk felt. Fra det øyeblikket begynte æraen med aktiv bruk elektrisk energi i Hverdagen.

1. ELEKTRISITET

Elektrisitet er et konsept som uttrykker egenskaper og fenomener på grunn av strukturen til fysiske kropper og prosesser, hvis essens er bevegelsen og interaksjonen av mikroskopiske ladede partikler av materie (elektroner, ioner, molekyler, deres komplekser, etc.).

Gilbert oppdaget først at egenskapene til elektrifisering er iboende ikke bare i rav, men også i diamant, svovel og harpiks. Han la også merke til at noen kropper, som metaller, steiner, bein, ikke elektrifiserer, og han delte opp alle kropper som finnes i naturen, elektrifiserte og ikke-elektrifiserte. Med spesiell oppmerksomhet til den første gjorde han eksperimenter for å studere egenskapene deres.

I 1650 bygde den berømte tyske vitenskapsmannen, borgermesteren i byen Magdeburg, oppfinneren av luftpumpen, Otto von Guericke, en spesiell " elektrisk bil", som representerer en svovelkule på størrelse med et barnehode, montert på en akse.

Figur 1 - Von Guerickes elektriske maskin, forbedret av Van de Graaf

Hvis den under rotasjonen av ballen ble gnidd med håndflatene, fikk den snart egenskapen til å tiltrekke og frastøte lette kropper. I løpet av flere århundrer ble Guerickes maskin betydelig forbedret av engelskmannen Hawksby, de tyske forskerne Bose, Winkler og andre. Eksperimenter med disse maskinene førte til en rekke viktige funn:

· i 1707 oppdaget den franske fysikeren du Fey forskjellen mellom elektrisiteten oppnådd fra friksjonen til en glasskule og den som oppnås fra friksjonen til en treharpiksvridning;

· I 1729 oppdaget engelskmennene Gray og Wheeler noen kroppers evne til å lede elektrisitet og påpekte for første gang at alle kropper kan deles inn i ledere og ikke-ledere av elektrisitet.

Men mye mer viktig oppdagelse ble beskrevet i 1729 av Mushenbreck, professor i matematikk og filosofi i byen Leiden. Han oppdaget at en glasskrukke, limt på begge sider med tinnfolie (stålplater), var i stand til å samle strøm. Ladet til et visst potensial (konseptet dukket opp mye senere), kunne denne enheten utlades med en betydelig effekt - en stor gnist som produserte en sterk knitring, lik lyn, og hadde fysiologiske handlinger når hendene berører krukkens fôr. Fra navnet på byen der eksperimentene ble utført, ble enheten laget av Mushenbreck kalt Leyden-krukken.

Figur 2 - Leiden krukke. Parallellkobling fire bokser

Studier av dens egenskaper ble utført i forskjellige land og forårsaket fremveksten av mange teorier som prøvde å forklare det oppdagede fenomenet ladningskondensering. En av teoriene om dette fenomenet ble gitt av den fremragende amerikanske vitenskapsmannen og offentlige figuren Benjamin Franklin, som påpekte eksistensen av positiv og negativ elektrisitet. Fra synspunktet til denne teorien forklarte Franklin prosessen med å lade og utlade en Leyden-krukke og beviste at platene kan bli vilkårlig elektrifisert av elektriske ladninger med forskjellige tegn.

Franklin, som de russiske forskerne M. V. Lomonosov og G. Richman, ga mye oppmerksomhet til studiet av atmosfærisk elektrisitet, lynutladning (lyn). Som du vet, døde Richman og gjorde et eksperiment på studiet av lyn. I 1752 oppfant Benjamin Franklin lynavlederen. Lynavleder (mer veltalende "lynavleder" brukes også i hverdagen) - en enhet som er installert på bygninger og strukturer og tjener til å beskytte mot lynnedslag. Består av tre sammenkoblede deler:

I 1785 oppdaget S. Coulomb den grunnleggende loven om elektrostatikk. Basert på en rekke eksperimenter etablerte Coulomb følgende lov:

Samhandlingskraften til stasjonære ladninger i et vakuum er direkte proporsjonal med produktet av ladningsmodulene og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem - , :

I 1799 ble den første kilden til elektrisk strøm opprettet - en galvanisk celle og et batteri av celler. Galvanisk celle (kjemisk strømkilde) - en enhet som lar deg konvertere energi kjemisk reaksjon i elektrisk arbeid. I henhold til driftsprinsippet skilles primære (engangs), sekundære (batterier) og brenselceller. Den galvaniske cellen består av en ioneledende elektrolytt og to forskjellige elektroder (halvceller), prosessene med oksidasjon og reduksjon i den galvaniske cellen er romlig adskilt. Den positive polen til en galvanisk celle kalles katode, negativ - anode. Elektronene går ut av cellen gjennom anoden og beveger seg i en ekstern krets til katoden.

Verkene til russiske akademikere Aepinus, Kraft og andre avslørte en rekke svært viktige egenskaper ved elektrisk ladning, men de studerte alle elektrisitet i stasjonær tilstand eller dens øyeblikkelige utladning, det vil si egenskapene til statisk elektrisitet. Bevegelsen hans manifesterte seg bare i form av en utslipp. Ingenting var ennå kjent om elektrisk strøm, det vil si om den kontinuerlige bevegelsen av elektrisitet.

En av de første som grundig undersøkte egenskapene til elektrisk strøm i 1801-1802 var St. Petersburg-akademikeren V.V. Petrov. Arbeidet til denne fremragende forskeren, som bygde det største batteriet i verden i disse årene fra 4200 kobber- og sinksirkler, etablerte muligheten for praktisk bruk av elektrisk strøm til varmeledere. I tillegg observerte Petrov fenomenet med en elektrisk utladning mellom endene av lett fortynnet kull både i luft og i andre gasser og vakuum, som ble kalt en elektrisk lysbue. V. V. Petrov beskrev ikke bare fenomenet han oppdaget, men påpekte også muligheten for å bruke det til belysning eller smelting av metaller, og uttrykte dermed for første gang ideen om praktisk anvendelse elektrisk strøm. Fra dette øyeblikket bør historien til elektroteknikk som en uavhengig gren av teknologi begynne.

Eksperimenter med elektrisk strøm tiltrakk seg oppmerksomheten til mange forskere fra forskjellige land. I 1802 oppdaget den italienske forskeren Romagnosi avviket til en magnetisk nål under påvirkning av en elektrisk strøm som strømmer gjennom en nærliggende leder. På slutten av 1819 ble dette fenomenet igjen observert av den danske fysikeren Oersted, som i mars 1820 ga ut en brosjyre på latin med tittelen "Experiments Concerning the Action of Electric Conflict on a Magnetic Needle". I dette arbeidet ble en elektrisk strøm kalt en "elektrisk konflikt".

Så snart Arago demonstrerte Oersteds erfaring på et møte i Paris Academy of Sciences, leverte Ampère den 18. september 1820, nøyaktig en uke senere, en rapport om forskningen hans til akademiet. På neste møte, den 25. september, leste Ampère ferdig en rapport der han skisserte lovene for samspillet mellom to strømmer som strømmer gjennom parallelle ledere. Fra det øyeblikket lyttet akademiet ukentlig til Ampères nye rapporter om eksperimentene hans, som fullførte oppdagelsen og formuleringen av elektrodynamikkens grunnleggende lover.

En av de viktigste fordelene til Ampère var at han var den første som kombinerte to tidligere adskilte fenomener - elektrisitet og magnetisme - til en teori om elektromagnetisme og foreslo å betrakte dem som et resultat av en enkelt naturprosess. Denne teorien, møtt med stor mistillit av Ampères samtidige, var veldig progressiv og spilte en stor rolle i den riktige forståelsen av senere oppdagede fenomener.

I 1827 oppdaget den tyske forskeren Georg Ohm en av de grunnleggende lovene for elektrisitet, som etablerer hovedforholdet mellom strømstyrken, spenningen og motstanden til kretsen som den elektriske strømmen flyter gjennom, , ,

I 1847 formulerte Kirchhoff lovene for distribusjon av strømmer i komplekse kretser , , , :

Kirchhoffs første lov

Den brukes på noder og er formulert som følger: den algebraiske summen av strømmene i noden er lik null. Tegnene bestemmes avhengig av om strømmen er rettet til noden eller bort fra den (i alle fall vilkårlig).

Kirchhoffs andre lov

Gjelder kretser: i enhver krets er summen av spenningene på alle elementer og deler av kretsen inkludert i denne kretsen lik null. Retningen for å omgå hver kontur kan velges vilkårlig. Tegn bestemmes avhengig av sammenfall av spenninger med bypassretningen.

Den andre formuleringen: i enhver lukket krets er den algebraiske summen av spenninger i alle seksjoner med motstander inkludert i denne kretsen lik den algebraiske summen av EMF.

Generalisering av Kirchhoffs lover

La Y være antall kjeden noder, B antall grener, K antall kretser.

Figur 3 - Lineær forgrenet elektrisk krets (U=3, V=5, K=6)

2. MAGNETISME (MAGNETER)

Magnetisme- det er en form for interaksjon mellom bevegelige elektriske ladninger utført på avstand ved hjelp av et magnetfelt.

Et magnetfelt er en spesiell type materie, et spesifikt trekk som er virkningen på en elektrisk ladning i bevegelse, strømførende ledere, kropper med et magnetisk moment, med en kraft avhengig av ladningshastighetsvektoren, strømmens retning styrke i dirigenten og på retningen magnetisk moment kropp .

En permanent magnet er et produkt laget av et hardt magnetisk materiale, en autonom kilde til et konstant magnetfelt.
magneter [gr. magnetis, fra Magnetis Lithos, en stein fra Magnesia ( eldgammel by i Lilleasia)] er naturlige og kunstige. En naturlig magnet er et stykke jernmalm, som har evnen til å tiltrekke seg små jerngjenstander som er i nærheten.

Gigantiske naturlige magneter er Jorden og andre planeter (Magnitosphere) da de har et magnetfelt. Kunstige magneter er gjenstander og produkter som har fått magnetiske egenskaper som følge av kontakt med en naturlig magnet eller magnetisert i et magnetfelt. En permanent magnet er en kunstig magnet.

I de enkleste tilfellene er en permanent magnet en kropp (i form av en hestesko, stripe, skive, stang osv.) som har gjennomgått passende varmebehandling og er forhåndsmagnetisert til metning.

Figur 4 - Typer magneter: a) hestesko; b) stripe; c) sirkulær

En permanent magnet er vanligvis inkludert som en integrert del i et magnetisk system designet for å danne et magnetfelt. Styrken til magnetfeltet generert av en permanent magnet kan enten være konstant eller justerbar.
Ulike deler av en permanent magnet tiltrekker seg jerngjenstander på forskjellige måter. Endene av magneten, hvor tiltrekningen er maksimal, kalles magnetens poler, og den midtre delen, hvor attraksjonen praktisk talt er fraværende, kalles magnetens nøytrale sone. Kunstige magneter i form av en stripe eller en hestesko har alltid to poler i endene av stripen og en nøytral sone mellom dem. Det er mulig å magnetisere et stålstykke på en slik måte at det vil ha 4, 6 eller flere poler adskilt av nøytrale soner, mens antall poler alltid forblir jevnt. Det er umulig å få en magnet med én pol. Forholdet mellom dimensjonene til polområdene og den nøytrale sonen til en magnet avhenger av dens form.

En enslig magnet i form av en lang og tynn stang kalles en magnetnål. Enden av en spiss eller suspendert magnetisk nål - enkelt kompass, angir den geografiske norden av jorden, og kalles nordpolen (N) til magneten, magnetens motsatte pol, peker mot sør, og kalles sørpolen (S).
Bruksområdene for permanente magneter er svært forskjellige. De brukes i elektriske motorer, i automasjon, robotikk, for magnetiske koblinger av magnetiske lagre, i klokkeindustrien, i husholdningsapparater, som autonome kilder til et konstant magnetfelt i elektroteknikk og radioteknikk.

Magnetiske kretser, inkludert permanente magneter, må være åpne, dvs. ha en luftspalte. Hvis en permanent magnet er laget i form av en ringformet kjerne, gir den praktisk talt ikke energi til det ytre rommet, siden nesten alle magnetiske kraftlinjer låst inne i den. I dette tilfellet er magnetfeltet utenfor kjernen praktisk talt fraværende. For å bruke den magnetiske energien til permanente magneter, er det nødvendig å lage et luftgap av en viss størrelse i en lukket magnetisk krets.

Når en permanent magnet brukes til å skape magnetisk fluks i et luftgap, for eksempel mellom polene til en hesteskomagnet, reduserer luftgapet induksjonen (og magnetiseringen) av den permanente magneten.

3. ELEKTROMAGNETISME

Den elektromagnetiske interaksjonen er en av de fire grunnleggende interaksjonene. Elektromagnetisk interaksjon eksisterer mellom partikler som har en elektrisk ladning. Fra et moderne synspunkt utføres den elektromagnetiske interaksjonen mellom ladede partikler ikke direkte, men bare gjennom det elektromagnetiske feltet.

Fra kvantefeltteoriens synspunkt bæres den elektromagnetiske interaksjonen av et masseløst boson - et foton (en partikkel som kan representeres som en kvanteeksitasjon av et elektromagnetisk felt). Fotonet i seg selv har ikke en elektrisk ladning, noe som betyr at det ikke kan samhandle direkte med andre fotoner.

Av de fundamentale partiklene deltar også partikler med elektrisk ladning i elektromagnetisk interaksjon: kvarker, et elektron, en myon og en tau-partikkel (fra fermioner), samt ladede gauge-bosoner.

Den elektromagnetiske vekselvirkningen skiller seg fra de svake og sterke vekselvirkningene ved sin langdistansenatur - kraften til vekselvirkningen mellom to ladninger faller av bare som andre potens av avstanden (se: Coulombs lov). I følge samme lov avtar gravitasjonsinteraksjonen med avstanden.

Den elektromagnetiske interaksjonen mellom ladede partikler er mye sterkere enn den gravitasjonsmessige, og den eneste grunnen til at den elektromagnetiske interaksjonen ikke manifesterer seg med stor kraft på en kosmisk skala er den elektriske nøytraliteten til materie, det vil si tilstedeværelsen i hver region av Univers med høy grad av nøyaktighet av like mengder positive og negative ladninger.

Elektromagnetisk felt- dette er en spesiell form for materie, gjennom hvilken interaksjonen mellom ladede partikler utføres. Representerer sammenhengende variabler elektrisk felt og magnetfelt. Den gjensidige forbindelsen mellom de elektriske E- og magnetiske H-feltene ligger i det faktum at enhver endring i ett av dem fører til utseendet til det andre: et vekslende elektrisk felt generert av raskt bevegelige ladninger (kilde) eksiterer et vekslende magnetfelt i tilstøtende områder av rommet, som igjen eksiterer et vekslende elektrisk felt i de tilstøtende områdene av rommet, etc. Dermed forplanter det elektromagnetiske feltet seg fra punkt til punkt i rommet i form av elektromagnetiske bølger som løper fra kilden. På grunn av forplantningshastighetens endelighet, kan det elektromagnetiske feltet eksistere autonomt fra kilden som genererte det og forsvinner ikke med eliminering av kilden (for eksempel forsvinner ikke radiobølger med avslutningen av strømmen i antennen som sendte dem ut).

Det elektromagnetiske feltet i vakuum er beskrevet av den elektriske feltstyrken E og den magnetiske induksjonen B. Det elektromagnetiske feltet i mediet er i tillegg karakterisert ved to hjelpestørrelser: den magnetiske feltstyrken H og den elektriske induksjonen D. Forbindelsen av det elektromagnetiske feltet komponenter med ladninger og strømmer er beskrevet av Maxwells ligninger.

Elektromagnetiske bølger er elektromagnetiske oscillasjoner forplanter seg i rommet med en begrenset hastighet avhengig av mediets egenskaper (Figur 5).

Figur 5 - Elektromagnetiske bølger

Eksistensen av elektromagnetiske bølger ble spådd av den engelske fysikeren M. Faraday i 1832. En annen engelsk vitenskapsmann, J. Maxwell, viste i 1865 teoretisk at elektromagnetiske svingninger ikke forblir lokalisert i rommet, men forplanter seg i alle retninger fra kilden. Maxwells teori gjorde det mulig å nærme seg beskrivelsen av radiobølger, optisk stråling, røntgenstråling og gammastråling på en enhetlig måte. Det viste seg at alle disse typene stråling er elektromagnetiske bølger med forskjellige bølgelengder λ, det vil si at de er beslektet i naturen. Hver av dem har sin spesifikke plass i en enkelt skala av elektromagnetiske bølger (Figur 6).

Figur 6 - Skala av elektromagnetiske bølger

Forplanter seg i media, elektromagnetiske bølger, som alle andre bølger, kan oppleve brytning og refleksjon i grensesnittet mellom media, spredning, absorpsjon, interferens; ved forplantning i inhomogene medier observeres bølgediffraksjon, bølgespredning og andre fenomener.

Elektromagnetiske bølger med forskjellige bølgelengdeområder er preget av forskjellige måter for eksitasjon og registrering, interagerer forskjellig med materie. Prosessene med emisjon og absorpsjon av elektromagnetiske bølger fra den lengste til IR-stråling er ganske fullstendig beskrevet av relasjonene til klassisk elektrodynamikk.

I områdene med kortere bølgelengder, spesielt i områdene røntgen og γ-stråler, dominerer prosesser av kvantenatur og kan bare beskrives innenfor rammen av kvanteelektrodynamikk basert på konseptet om disse prosessenes diskrethet.

Elektromagnetiske bølger er mye brukt i radiokommunikasjon, radar, fjernsyn, medisin, biologi, fysikk, astronomi og andre områder innen vitenskap og teknologi.

Oppdagelsene til Oersted, Arago, Ampère interesserte den briljante engelske fysikeren Michael Faraday og fikk ham til å studere hele spekteret av spørsmål om transformasjon av elektrisk og magnetisk energi til mekanisk energi. I 1821 fant han en annen løsning på problemet med å konvertere elektrisk og magnetisk energi til mekanisk energi og demonstrerte enheten sin, der han oppnådde fenomenet kontinuerlig elektromagnetisk rotasjon. Samme dag skrev Faraday i sin arbeidsdagbok det omvendte problemet: «Gjør magnetisme til elektrisitet». Det tok mer enn ti år å løse det og finne en måte å få elektrisk energi fra magnetisk og mekanisk. Først på slutten av 1831 kunngjorde Faraday sin oppdagelse av et fenomen, som senere ble kalt elektromagnetisk induksjon og som danner grunnlaget for all moderne elektrisk kraftindustri.

4. ELEKTRISKE MASKINER

Studiet av Faraday og arbeidet til den russiske akademikeren E. X. Lenz, som formulerte loven som det var mulig å bestemme retningen til den elektriske strømmen som følge av elektromagnetisk induksjon, gjorde det mulig å lage de første elektromagnetiske generatorene og elektriske motorene.

I utgangspunktet utviklet elektriske generatorer og elektriske motorer seg uavhengig av hverandre, som to helt forskjellige maskiner. Den første oppfinneren av en elektrisk generator basert på prinsippet om elektromagnetisk induksjon ønsket å være anonym. Det skjedde slik. Kort tid etter publiseringen av Faradays rapport i Royal Society, som skisserte oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon, fant forskeren i postkassen sin et brev signert med initialene R. M. Det inneholdt en beskrivelse av verdens første synkron generator og tilhørende tegning. Faraday, etter å ha undersøkt dette prosjektet nøye, sendte et brev til R. M. og en tegning til det samme tidsskriftet som rapporten hans ble publisert på en gang, i håp om at den ukjente oppfinneren, etter journalen, ville se ikke bare prosjektet hans publisert, men også det medfølgende brevet fra Faraday, som setter stor pris på oppfinnelsen til R. M-,,.

Etter nesten seks måneder sendte R. M. faktisk ytterligere forklaringer og en beskrivelse av utformingen av den elektriske generatoren foreslått av ham, men denne gangen ønsket han også å være anonym. Navnet på den sanne skaperen av den første elektromagnetiske generatoren har holdt seg skjult under initialene, og menneskeheten forblir fortsatt i mørket, til tross for grundige søk fra elektroingeniørhistorikere, som den skylder en av de viktigste oppfinnelsene. R. M.-maskinen hadde ikke en enhet for å likerette strømmen og var den første generatoren vekselstrøm. Men denne strømmen så ut til å ikke kunne brukes til lysbuebelysning, elektrolyse, telegrafi, som allerede var godt etablert i livet. Det var nødvendig, ifølge datidens designere, å lage en maskin der det ville være mulig å oppnå en strøm som var konstant i retning og størrelse.

Nesten samtidig med R.M. var Pixie-brødrene og professoren i fysikk ved University of London og et medlem av Royal Society V. Ricci engasjert i utformingen av generatorer. Maskinene de laget hadde en spesiell innretning for å likerette vekselstrøm til likestrøm – den såkalte kollektoren. Videreutvikling av generatordesign likestrøm gikk i et uvanlig raskt tempo. På mindre enn førti år har dynamoen nesten fullstendig tatt form av den moderne DC-generatoren. Riktignok var viklingen av disse dynamoene ujevnt fordelt rundt omkretsen, noe som forverret driften av slike generatorer - spenningen i dem enten økte eller reduserte, noe som forårsaket ubehagelige støt.

I 1870 foreslo Zenobaeus Gramm en spesiell, såkalt ringvikling av dynamo-armaturen. Den jevne fordelingen av armaturviklingen gjorde det mulig å oppnå en helt jevn spenning i generatoren og samme rotasjon av motoren, noe som forbedret egenskapene til elektriske maskiner betydelig. I hovedsak gjentok denne oppfinnelsen det som allerede var skapt og beskrevet i 1860 av den italienske fysikeren Pachinnoti, men gikk ubemerket hen og forble ukjent for 3. Gram. Maskiner med ringanker ble spesielt utbredt etter at reversibiliteten til Gramms elektriske maskiner ble oppdaget på verdensutstillingen i Wien i 1873: den samme maskinen, når ankeret roterte, ga elektrisk strøm, når det gikk strøm gjennom ankeret, roterte det og kunne brukes som elektrisk motor.

Fra den tiden begynte en rask vekst i bruken av elektriske motorer og et stadig økende forbruk av elektrisitet, noe som ble i stor grad lettet av oppfinnelsen av P. N. Yablochkov, en metode for belysning ved bruk av det såkalte "Yablochkov-stearinlyset" - et lysbue elektrisk lampe med et parallelt arrangement av kull.

Enkelheten og bekvemmeligheten til "Yablochkovs stearinlys", som erstattet dyre, komplekse og klumpete lysbuelamper med regulatorer for kontinuerlig konvergens av brennende kull, forårsaket deres utbredte distribusjon, og snart "Yablochkovs lys", "russisk" eller "nordlig" lys, opplyste boulevardene i Paris, voller Themsen, avenyene i hovedstaden i Russland og til og med de gamle byene i Kambodsja. Dette var en virkelig triumf for den russiske oppfinneren.

Men for å forsyne disse lysene med elektrisitet, var det nødvendig å lage spesielle elektriske generatorer som ikke gir direkte, men vekselstrøm, det vil si strøm, men ikke ofte, men kontinuerlig endre størrelse og retning. Dette var nødvendig fordi kullene koblet til forskjellige poler på DC-generatoren brant ujevnt - anoden koblet til plussen brant ut dobbelt så raskt som katoden. Vekselstrøm gjorde vekselvis anoden til en katode og sikret dermed jevn forbrenning av kull. Spesielt for å drive "Yablochkovs stearinlys", ble en vekselstrømgenerator laget av P. N. Yablochkov selv, og deretter forbedret av de franske ingeniørene Lontin og Gram. Det er imidlertid ennå ikke tenkt på en AC-motor.

Samtidig, for den separate strømforsyningen til individuelle stearinlys fra en vekselstrømgenerator, opprettet oppfinneren en spesiell enhet - en induksjonsspole (transformator), som gjorde det mulig å endre spenningen i enhver gren av kretsen iht. antall tilkoblede lys. Snart kom den økende etterspørselen etter elektrisitet og muligheten for å skaffe den i store mengder i konflikt med de begrensede mulighetene for å overføre den over avstand. Den lave spenningen (100-120 volt) av likestrøm som ble brukt på den tiden og dens overføring gjennom ledninger med et relativt lite tverrsnitt forårsaket store tap i overføringslinjer. Siden slutten av 70-tallet av forrige århundre var hovedproblemet, på den vellykkede løsningen som hele fremtiden for elektroteknikk var avhengig av, problemet med å overføre elektrisitet over lange avstander uten store tap.

Først teoretisk bakgrunn muligheten for å overføre en hvilken som helst mengde elektrisitet uansett avstand over ledninger med relativt liten diameter uten betydelige tap ved å øke spenningen ble gitt av D. A. Lachinov, professor i fysikk ved St. Petersburg Forestry Institute, i juli 1880. Etter dette utførte den franske fysikeren og elektroingeniøren Marcel Despres i 1882 på Münchens elektriske utstilling overføring av elektrisitet på flere hestekrefter over en avstand på 57 kilometer med en virkningsgrad på 38 prosent.

Senere gjorde Despres en rekke eksperimenter, og utførte overføring av elektrisitet over en avstand på hundre kilometer og brakte overføringseffekten til flere hundre kilowatt. En ytterligere økning i avstand krevde en betydelig økning i spenningen. Deprez brakte det opp til 6 tusen volt og sørget for at isolasjonen til platene i kollektoren til generatorer og likestrømsmotorer ikke tillot en høyere spenning.

Til tross for alle disse vanskelighetene, på begynnelsen av 80-tallet, krevde utviklingen av industrien og konsentrasjonen av produksjonen mer og mer presserende etablering av en ny motor, mer avansert enn den utbredte dampmaskinen. Det var allerede klart at det var lønnsomt å bygge kraftverk i nærheten av kullforekomster eller på elver med stort vannfall, samtidig som man bygger fabrikker nærmere kilder til råstoff. Dette krevde ofte overføring av enorme mengder elektrisitet til forbruksobjektene over lange avstander. En slik overføring vil bare være hensiktsmessig når det påføres en spenning på titusenvis av volt. Men det var umulig å oppnå en slik spenning i DC-generatorer. Vekselstrøm og en transformator kom til unnsetning: ved å bruke dem begynte de å produsere lavspent vekselstrøm, deretter øke den til en ønsket verdi, overføre den over en avstand høyspenning, og på forbruksstedet, reduser igjen til det nødvendige nivået og bruk i strømavtakere.

Det var ingen AC-motorer ennå. Tross alt, allerede på begynnelsen av 80-tallet, ble elektrisitet forbrukt hovedsakelig til strømbehov. DC-motorer for å kjøre mest ulike maskiner brukes stadig oftere. Å lage en elektrisk motor som kan gå på vekselstrøm har blitt hovedoppgaven til elektroteknikk. På jakt etter nye veier er det alltid nødvendig å se tilbake. Var det noe i elektroteknikkens historie som kunne antyde veien til opprettelsen av en vekselstrømsmotor? Søk i det siste har vært vellykket. De husket: tilbake i 1824 demonstrerte Arago en opplevelse som markerte begynnelsen på mange fruktbare studier. Det er et spørsmål om demonstrasjon av "rotasjonsmagnetisme". En kobber (ikke magnetisk) skive ble medført av en roterende magnet.

Ideen oppsto, er det mulig, ved å erstatte skiven med svingete svinger, og den roterende magneten med et roterende magnetfelt, å lage en elektrisk vekselstrømmotor? Sannsynligvis er det mulig, men hvordan får man rotasjonen av magnetfeltet?

I løpet av disse årene har mange ulike måter AC-applikasjoner. En samvittighetsfull historiker innen elektroteknikk må nevne de forskjellige fysikerne og ingeniørene som prøvde å lage vekselstrømsmotorer på midten av 80-tallet. Han vil ikke glemme å huske eksperimentene til Bailey (1879), Marcel Despres (1883), Bradley (1887), verkene til Wenstrom, Haselwander og mange andre. Forslagene var utvilsomt veldig interessante, men ingen av dem kunne tilfredsstille industrien: deres elektriske motorer var enten klumpete og uøkonomiske, eller komplekse og upålitelige. Selve prinsippet om å bygge enkle økonomiske og pålitelige AC-motorer er ennå ikke funnet.

Det var i denne perioden Nikola Tesla begynte, som vi allerede vet, søket etter en løsning på dette problemet. Han gikk sine egne veier, ved å reflektere over essensen av Aragos erfaring, og foreslo en radikal løsning på problemet som umiddelbart viste seg å være akseptabel for praktiske formål. Tilbake i Budapest våren 1882 forestilte Tesla seg tydelig at hvis viklingene til de magnetiske polene til en elektrisk motor på en eller annen måte ble drevet av to forskjellige vekselstrømmer, som bare var forskjellige fra hverandre i faseforskyvning, ville vekslingen av disse strømmene forårsake den vekslende dannelsen av nord- og sørpolen eller rotasjonsmagnetfeltet. Det roterende magnetiske feltet skal også involvere viklingen av maskinens rotoren.

Etter å ha bygget en spesiell kilde for to-fase strøm (to-fase generator) og den samme to-fase elektriske motoren, realiserte Tesla ideen sin. Og selv om maskinene hans var strukturelt svært ufullkomne, viste prinsippet om et roterende magnetfelt, brukt i de aller første Tesla-modellene, seg å være riktig.

Etter å ha vurdert alle mulige tilfeller av faseskift, slo Tesla seg på et skifte på 90 °, det vil si på en tofasestrøm. Dette var ganske logisk - før man lager elektriske motorer med et stort antall faser, bør man starte med en to-fase strøm. Men en annen faseforskyvning kan også brukes: med 120° ( trefase strøm). Uten å analysere teoretisk og forstå alle mulige tilfeller, uten engang å sammenligne dem med hverandre (dette er Teslas store feil), fokuserte han all sin oppmerksomhet på tofasestrøm, skapte tofasegeneratorer og elektriske motorer, og nevnte bare kort flerfasestrømmer i hans patentsøknader og muligheten for deres søknad.

Men Tesla var ikke den eneste vitenskapsmannen som husket Aragos erfaring og fant en løsning på et viktig problem. I de samme årene ble forskning innen vekselstrøm utført av den italienske fysikeren Galileo Ferraris, representanten for Italia på mange internasjonale kongresser for elektrikere (1881 og 1882 i Paris, 1883 i Wien og andre). Ved å forberede forelesninger om optikk kom han til ideen om muligheten for å sette opp et eksperiment som demonstrerer egenskapene til lysbølger. For å gjøre dette forsterket Ferraris en kobbersylinder på en tynn tråd, som ble påvirket av to magnetiske felt forskjøvet i en vinkel på 90 °. Når strømmen slås på i spolene, som vekselvis skaper magnetiske felt i den ene eller den andre av dem, snur og vrir sylinderen, under påvirkning av disse feltene, tråden, som et resultat av at den stiger med en viss mengde . Denne enheten simulerte perfekt fenomenet kjent som polarisering av lys.

Ferraris hadde ikke til hensikt å bruke modellen hans til noen elektriske formål. Det var bare et forelesningsinstrument, hvis oppfinnsomhet lå i den dyktige anvendelsen av det elektrodynamiske fenomenet for demonstrasjoner innen optikk.

Ferraris var ikke begrenset til denne modellen. I den andre, mer avanserte modellen klarte han å oppnå sylinderrotasjon med en hastighet på opptil 900 omdreininger per minutt. Men utover visse grenser, uansett hvor mye styrken til strømmen som skapte magnetfeltene økte i kretsen (med andre ord, uansett hvor mye kraftforbruket økte), var det ikke mulig å oppnå en økning i antall revolusjoner. Beregninger viste at effekten til den andre modellen ikke oversteg 3 watt.

Ferraris, som ikke bare er optiker, men også elektriker, kunne utvilsomt ikke annet enn å forstå betydningen av eksperimentene hans. Men etter hans egen innrømmelse falt det ham aldri inn å bruke dette prinsippet til å lage en elektrisk vekselstrømmotor. Det meste han så for seg var å bruke den til å måle strømmens styrke, og begynte til og med å designe en slik enhet.

18. mars 1888 ved Turin Academy of Sciences laget Ferraris en rapport "Elektrodynamisk rotasjon produsert av vekselstrømmer." I den snakket han om eksperimentene sine og prøvde å bevise at det var umulig å oppnå en effektivitet på mer enn 50 prosent i en slik enhet. Ferraris var oppriktig overbevist om at ved å bevise uhensiktsmessigheten av å bruke vekslende magnetiske felt til praktiske formål, gjorde han en stor tjeneste for vitenskapen. Ferraris' rapport var i forkant av Nikola Teslas rapport ved American Institute of Electrical Engineers. Men søknaden om patent tilbake i oktober 1887 vitner om Teslas utvilsomme prioritet over Ferraris. Når det gjelder publikasjonen, ble Ferraris sin artikkel, tilgjengelig for lesing for alle elektrikere i verden, publisert først i juni 1888, det vil si etter Teslas viden kjente rapport.

Til Ferraris' påstand om at han hadde begynt arbeidet med studiet av et roterende magnetfelt i 1885, hadde Tesla all grunn til å innvende at han hadde håndtert dette problemet tilbake i Graz, funnet en løsning i 1882 og i 1884 i Strasbourg demonstrert en arbeidsmodell av motoren hans, men det er selvfølgelig ikke bare et spørsmål om prioritering. Utvilsomt gjorde begge forskerne den samme oppdagelsen uavhengig av hverandre: Ferraris kunne ikke ha visst om Teslas patentsøknad, akkurat som sistnevnte ikke kunne ha visst om arbeidet til den italienske fysikeren.

Det er mye viktigere at G. Ferraris, etter å ha oppdaget fenomenet et roterende magnetfelt og etter å ha bygget sin modell med en effekt på 3 watt, ikke tenkte på deres praktiske bruk. Dessuten, hvis den feilaktige konklusjonen til Ferraris om uhensiktsmessigheten av å bruke vekslende flerfasestrømmer hadde blitt akseptert, ville menneskeheten blitt ledet på feil vei i flere år til og fratatt muligheten for utstrakt bruk av elektrisitet i det meste. ulike bransjer produksjon og liv. Fortjenesten til Nikola Tesla ligger i det faktum at han, til tross for mange hindringer og en skeptisk holdning til vekselstrøm, praktisk talt beviste gjennomførbarheten av å bruke flerfasestrøm. De første tofasede strømmotorene han skapte, selv om de hadde en rekke mangler, vakte oppmerksomhet fra elektroingeniører over hele verden og vakte interesse for forslagene hans.

Imidlertid spilte en artikkel av Galileo Ferraris i tidsskriftet "Atti di Turino" en stor rolle i utviklingen av elektroteknikk. Den ble trykt på nytt av et stort engelsk magasin, og problemet med denne artikkelen falt i hendene på en annen vitenskapsmann, nå fortjent anerkjent som skaperen av moderne trefaset elektroteknikk.

5. Tesla-transformator

Tesla-transformatorer er kjent for sine ulike design, fra de enkleste med gnistgap til moderne kretser med høyfrekvente masteroscillatorer for sine primærvikling, laget både på halvleder og på lampekretser.

Oppsett av den enkleste Tesla-transformatoren:

I sin elementære form består Tesla-transformatoren av to spoler, primær og sekundær, og en sele som består av et gnistgap (bryter, den engelske versjonen av Spark Gap finnes ofte), en kondensator, en toroid (ikke alltid brukt) og en terminal (vist som en "utgang" i diagrammet) .

Figur 7 - Den enkleste kretsen Tesla transformator

Figur 8 - Tesla-transformator i aksjon

Primærspolen er bygget fra 5-30 (for VTTC - Tesla-spolen på en lampe - antall omdreininger kan være opptil 60) omdreininger av ledning med stor diameter eller kobberrør, og den sekundære av mange vindinger av tråd med mindre diameter. Primærspolen kan være flat (horisontal), konisk eller sylindrisk (vertikal). I motsetning til mange andre transformatorer er det ingen ferromagnetisk kjerne her. Dermed er den gjensidige induktansen mellom de to spolene mye mindre enn konvensjonelle transformatorer med en ferromagnetisk kjerne. Denne transformatoren har også praktisk talt ingen magnetisk hysterese, fenomenet forsinkelse i endringen i magnetisk induksjon i forhold til endringen i strøm, og andre ulemper introdusert av tilstedeværelsen av en ferromagnet i transformatorens felt.

Primærspolen, sammen med kondensatoren, danner en oscillerende krets, som inkluderer et ikke-lineært element - et gnistgap (gnistgap). Avlederen er i det enkleste tilfellet en vanlig gass; vanligvis laget av massive elektroder (noen ganger med radiatorer), som er laget for større slitestyrke når høye strømmer flyter gjennom en elektrisk lysbue mellom dem.

Den sekundære spolen danner også en oscillerende krets, der den kapasitive koblingen mellom toroiden, terminalenheten, svingene på selve spolen og andre elektrisk ledende elementer i kretsen med jorden utfører rollen som en kondensator. Terminalanordningen (terminalen) kan være laget i form av en skive, en spisset pinne eller en kule. Terminalen er designet for å produsere lange, forutsigbare gnister. Geometrien og den relative posisjonen til delene av Tesla-transformatoren påvirker ytelsen i stor grad, som ligner på problemet med å designe høyspennings- og høyfrekvente enheter.

KONKLUSJON

Ting som bruker elektrisitet som har blitt kjent i vårt daglige liv, er fruktene av den vitenskapelige og tekniske tanken til mange generasjoner av forskere. Ofte kom forståelsen av den praktiske verdien og betydningen av de oppdagede fenomenene sent eller kom med neste generasjon vitenskapsmenn.

Det skal imidlertid bemerkes at det var utviklingen av elektroteknikk som bidro til å akselerere den teknologiske utviklingen. Opprettelsen og utviklingen av elektriske maskiner med likestrøm og vekselstrøm gjorde det mulig å designe fleksible kontrollsystemer, som ikke kunne implementeres på motorer som bruker energien til gass og væske. Utviklingen av mikroprosessorteknologi har gjort det mulig å lage kraftige datamaskiner som deltar i eksperimentene til teoretiske fysikere som oppdager universets hemmeligheter (LHC ved CERN).

Det er min dype overbevisning at det fortsatt er mange mysterier, mysterier og store funn igjen innen elektroteknikk.

BIBLIOGRAFI

1. V.Z. Ozernikov «Ikke-tilfeldige ulykker. Historier om store funn og fremragende forskere"

2. L.S. Zhdanov, V.A. Marandzhyan "Fysikkkurs"

3. Skolebarns håndbok, redigert av A. Barashkov

4. M.I. Bludov "Samtaler om fysikk"

5. M.I. Yakovleva " Fysiologiske mekanismer virkning av elektromagnetiske felt"

6. A.A. Borovoy, E.B. Finkelstein, A.N. Kherubimov "Laws of electromagnetism"

7. I.E. Irodov Elektromagnetisme. Grunnleggende lover. Fysikkkurs.

8. V.P. Safronov, B.B. Konkin, V.A.Vagan "Fysikk: Et kort kurs"

En gren av fysikk som studerer elektriske fenomener: samspillet mellom ladede legemer, fenomenene polarisering og passasje av en elektrisk strøm.
Sammenhengen mellom elektriske og magnetiske fenomener studeres ved elektromagnetisme. Elektrodynamikk, inkludert elektrisitet og magnetisme, studerer også elektromagnetiske bølger.
Anvendte vitenskaper, som elektroteknikk, elektrokjemi, etc., baserer sin kunnskap på elektrisitet.
Den antikke greske filosofen Thales av Milet var en av de første forskerne innen elektrisitet.Elektriske fenomener var kjent i antikken for de gamle grekerne, fønikerne og innbyggerne i Mesopotamia. Det faktum at rav, når det gnis, får evnen til å tiltrekke lette gjenstander til seg selv, ble beskrevet på 600-tallet f.Kr. Thales of Miletus. Thales skilte imidlertid ikke elektrisitet fra magnetisme, og vurderte dette som ett fenomen, bare rav får en så merkelig egenskap under friksjon, og i magnetitt er den konstant.
Et nytt steg i studiet av elektriske fenomener ble gjort i 1600 av den engelske legen William Gilbert. Etter å ha forsket på elektriske og magnetiske fenomener, publiserte han en bok der han konkluderte med at egenskapene til en permanent magnet og evnen til gnidd rav til å tiltrekke seg gjenstander definitivt er forskjellige fenomener. Gilbert begynte å bruke det latinske ordet elektrisitet Burshtin-aktig, for å beskrive en slik egenskap. I sin bok kom Gilbert også frem til at Jorden er en magnet, og at det er derfor kompassnålen peker mot polen.
Permanent magnet det enkleste eksempelet magnetisk dipol. På midten av 1600-tallet oppfant Otto von Guericke den elektrostatiske generatoren.
Stephen Grays eksperimenter viste at elektrisitet kunne overføres opp til 800 fot med fuktede filamentledere, hvis jordkontakt ble unngått og isolasjon ble brukt. Dermed startet forskning på strømmer og la grunnlaget for separasjon av materialer i ledere og dielektriske stoffer.
Charles du Fou åpnet to forskjellige typer elektrisitet, kaller dem "glassaktige" og "harpiksaktige" nå kalles de positive og negative ladninger, noe som viser at like ladninger frastøter og ulikt ladninger tiltrekker seg. Du Fou delte også stoffer inn i ledere og isolatorer, og kalte dem "elektriske" og "ikke-elektriske".
Eksperimentene til Benjamin Franklin, utført i 1752, viste at lyn er elektrisk i naturen.
Benjamin Franklin USA, politiker og oppfinner. Utførte forskning på elektrisitet på 1700-tallet. I 1791 publiserte Luigi Galvani oppdagelsene av bioelektrikk. I 1800 bygde Alessandro Volta det første batteriet med voltaiske søyler. ny type Strømkilden var mye mer pålitelig enn de elektrostatiske generatorene som hadde vært brukt tidligere. I 1820 oppdaget André Marie Ampère sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme. I 1821 oppfant Michael Faraday den elektriske motoren, og i 1827 etablerte Georg Ohm en matematisk lov som beskrev strømmen i elektrisk krets.
Thomas Edison Det er vanskelig å regne opp alle de vitenskapelige funnene innen elektriske fenomener i første halvdel av 1800-tallet. Oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon av Faraday i 1831 banet vei for produksjon og bruk av elektrisk energi i stor skala, og slutten av 1800-tallet var æraen for en rekke oppfinnelser innen elektroteknikk. Ved slutten av århundret, gjennom innsatsen til så eminente forskere som Nikola Tesla, Thomas Alva Edison, Werner von Siemens, Lord Kelvin, Galileo Ferraris og mange andre, ble elektrisitet fra vitenskapelig interesse til den ledende kraften i den andre industrielle revolusjonen.
En elektrisk lysbue gir en visuell demonstrasjon av elektrisk strøm Grunnleggende elementer i en elektrisk krets Moderne fysikk anser den elektromagnetiske interaksjonen som en av de grunnleggende interaksjonene. Elektrisk ladning er en egenskap til elementærpartikler, blant hvilke de viktigste, gitt deres stabilitet, er elektronet og protonet. Alle stoffer er sammensatt av atomer, i sentrum av disse er det en positivt ladet kjerne, og rundt kjernen er det negativt ladede elektroner. De fleste atomer i verden rundt dem har et nøytralt antall elektroner lik antall protoner, men mobile elektroner kan forlate et atom, danne positive ioner, eller slå seg sammen med et nøytralt atom, og danne negative ioner. Hvis antallet elektroner i en fysisk kropp er forskjellig fra antallet protoner, mottar et slikt legeme en makroskopisk elektrisk ladning. Denne prosessen kalles elektrifisering.
Lik ladninger frastøter, og i motsetning til ladninger tiltrekker seg. Numerisk er samspillet mellom ladninger beskrevet av Coulomb-loven.
Hvis ladninger plasseres i et kontinuerlig medium, endres interaksjonen mellom dem på grunn av et fenomen som kalles dielektrisk polarisering. Dielektrisk polarisering oppstår på grunn av forskyvning av elektroner i forhold til kjernene til atomer i den ytre elektrisk felt eller på grunn av rotasjon av molekyler med sitt eget dipolmoment. Som et resultat bestemmes kraften som virker på en ladning fra andre ladninger ikke bare av størrelsen på disse ladningene og deres plassering, men også av de reduserte dipolmomentene til atomene og molekylene i mediet. I det små elektriske felt sammenlignet med intraatomiske felt, er et stoffs evne til å polarisere beskrevet av permittivitet.
Under påvirkning av Coulomb-kraften beveger ladede partikler seg og danner en elektrisk strøm. En elektrisk strøm skaper et magnetfelt som den kan registreres med. En annen konsekvens av at en elektrisk strøm går gjennom et stoff er frigjøring av varme.
Avhengigheter av evnen til å lede en elektrisk strøm til et stoff kan deles inn i ledere og dielektriske stoffer.
Siden slutten av 1800-tallet har elektriske fenomener spilt en stadig viktigere rolle i produksjon og hverdagsliv. Elektrisitet er i sentrum av vår kultur, fra belysning og husholdningsapparater til kraftige elektriske motorer som brukes i produksjonen.
Produksjon

Les mer i artikkelen Energi

Hovedsakelig beregnet for bruk i produksjon og hverdagsliv, elektrisitet genereres av kraftverk, hvor mekanisk energi rotasjon av dampturbiner omdannes til elektrisitet av elektriske generatorer. Varmen som trengs for å varme opp dampen som snur turbinene kommer hovedsakelig fra fossilt brensel. I tillegg til termiske kraftverk, produseres en betydelig del av elektrisiteten av kjernekraftverk og vannkraftverk. I sistnevnte tilfelle brukes fornybare energikilder. Andre fornybare energikilder er vindenergi, som brukes av stadig mer populære vindparker i moderne tid. Direkte bruk av solenergi er mulig takket være solceller.
Energien som produseres av kraftverk distribueres gjennom det elektriske nettverket i folks hjem, fabrikker og fabrikker.
I tillegg til produksjon og distribusjon av elektrisk energi over nettverket, er slike kilder til elektrisk energi som elektrokjemiske batterier og akkumulatorer også mye brukt, som gjør det mulig å oppnå elektrisk strøm. liten spenning nødvendig for drift av bærbare elektroniske enheter.
Bruk
På 1870-tallet dukket det opp glødelampen, som ble det første husholdningsapparatet som krevde elektrisk nettverk inn i ethvert menneskelig hjem og institusjon. Allerede før den dukket opp, ble elektrisitet brukt av telegrafen og telefonen som viktige kommunikasjonsenheter. Viktige elektriske husholdningsapparater inkluderer: radio, TV, platespiller, vaskemaskin, kjøleskap, klimaanlegg, varmeapparat og mange andre. Mange av disse apparatene bruker en elektrisk motor oppfunnet av Michael Faraday. Med utviklingen av elektronikk dukket også datamaskiner opp i menneskers hjem.
Produksjon gjør også utstrakt bruk av kraftige elektriske motorer, men elektriske fenomener brukes også på elektroforming, metallsmelting, sveising og mange andre måter.

Elektriker i en time, enkelt og greit!

Vi er overbevist om at hvis du har problemer med strømforsyningen til boarealet ditt, kontoret, forstadshuset eller andre gjenstander, så kan vi komme deg til unnsetning.

Alle mesterne har lang erfaring med den type arbeid som tilbys og vil utvilsomt hjelpe deg med å løse alle problemene knyttet til elektrisitet for deg.

Hvor begynte det? Jeg tror at knapt noen vil gi et eksakt, uttømmende svar på dette spørsmålet. Men likevel, la oss prøve å finne ut av det.

Fenomener knyttet til elektrisitet ble sett i det gamle Kina, India og det gamle Hellas flere århundrer før begynnelsen av vår tidsregning. Nær 600 f.Kr., som de overlevende legendene sier, kjente den gamle greske filosofen Thales av Milet til egenskapen til rav gnidd på ull for å tiltrekke seg lette gjenstander. Forresten, ordet "elektron" kalte de gamle grekerne rav. Ordet "elektrisitet" kom også fra ham. Men grekerne observerte bare fenomenene elektrisitet, men kunne ikke forklare.

Bare i 1600 hofflegen til den engelske dronningen Elizabeth William Gilbert, ved hjelp av sitt elektroskop, beviste at ikke bare gnidd rav, men også andre mineraler har evnen til å tiltrekke seg lette kropper: diamant, safir, opal, ametyst, etc. Samme år, han utgir verket «On the Magnet and magnetic bodies», hvor han skisserte en hel mengde kunnskap om magnetisme og elektrisitet.

I 1650 Tysk vitenskapsmann og deltidsborgmester i Magdeburg Otto von Guericke lager den første "elektriske maskinen". Det var en kule støpt av svovel, under rotasjon og gnidning av hvilken lette kropper ble tiltrukket og frastøtt. Deretter ble bilen hans forbedret av tyske og franske forskere.

I 1729 Engelskmannen Stephen Gray oppdaget visse stoffers evne til å lede elektrisitet. Han introduserte faktisk først konseptet med ledere og ikke-ledere av elektrisitet.

I 1733 Den franske fysikeren Charles Francois Dufay oppdaget to typer elektrisitet: «tjære» og «glass». Den ene vises i rav, silke, papir; den andre - i glass, edelstener, ull.

I 1745 Nederlandsk fysiker og matematiker ved Universitetet i Leiden Pieter van Muschenbroek oppdaget at en glasskrukke dekket med tinnfolie kan lagre elektrisitet. Muschenbroek kalte det Leyden-krukken. Det var egentlig den første elektriske kondensatoren.

I 1747 Fysiker Jean Antoine Nollet, medlem av Paris Academy of Sciences, oppfant elektroskopet, det første instrumentet for å vurdere elektrisk potensial. Han formulerte også teorien om virkningen av elektrisitet på levende organismer og avslørte egenskapen til elektrisitet til å "tømme" raskere fra skarpere kropper.

I 1747-1753. Amerikansk vitenskapsmann og statsmann Benjamin Franklin gjorde en rekke studier og relaterte funn. Han introduserte konseptet med to ladede stater, som fortsatt brukes: «+» og «-» . Han forklarte handlingen til Leyden-krukken, og etablerte den avgjørende rollen til dielektrikumet mellom de ledende platene. Etablert lynets elektriske natur. Han foreslo ideen om en lynavleder, etter å ha fastslått at metallpunkter koblet til bakken fjerner elektriske ladninger fra ladede kropper. Han fremmet ideen om en elektrisk motor. Han var den første som brukte en elektrisk gnist for å tenne krutt.

I 1785-1789. Den franske fysikeren Charles Augustin Coulomb publiserer en serie artikler om samspillet mellom elektriske ladninger og magnetiske poler. Utfører beviset for plasseringen av elektriske ladninger på overflaten av lederen. Introduserer begrepene magnetisk moment og polarisering av ladninger.

I 1791 Den italienske legen og anatomen Luigi Galvani oppdaget forekomsten av elektrisitet når to forskjellige metaller kommer i kontakt med en levende organisme. Effekten han oppdaget ligger til grunn for moderne elektrokardiografer.

I 1795 en annen italiensk vitenskapsmann Alessandro Volta, som undersøkte effekten oppdaget av hans forgjenger, beviste at en elektrisk strøm oppstår mellom et par forskjellige metaller atskilt av en spesiell ledende væske.

I 1801 Den russiske forskeren Vasily Vladimirovich Petrov etablerte muligheten for praktisk bruk av elektrisk strøm for varmeledere, observerte fenomenet en elektrisk lysbue i vakuum og forskjellige gasser. Han fremmet ideen om å bruke strøm til belysning og smelting av metaller.

I 1820 Den danske fysikeren Hans Christian Oersted etablerte forbindelsen mellom elektrisitet og magnetisme, som la grunnlaget for dannelsen av moderne elektroteknikk. Samme år formulerte den franske fysikeren André Marie Ampère en regel for å bestemme virkningsretningen til en elektrisk strøm på et magnetfelt. Han var den første som kombinerte elektrisitet og magnetisme og formulerte lovene for samspillet mellom elektriske og magnetiske felt.

I 1827 Den tyske forskeren Georg Simon Ohm oppdaget sin lov (Ohms lov) - en av de grunnleggende lovene for elektrisitet, som etablerer forholdet mellom strøm og spenning.

I 1831 Den engelske fysikeren Michael Faraday oppdaget fenomenet elektromagnetisk induksjon, som fører til dannelsen av en ny industri - elektroteknikk.

I 1847 Den tyske fysikeren Gustav Robert Kirchhoff formulerte lovene for strømmer og spenninger i elektriske kretser.

Slutten av det 19. - begynnelsen av det 20. århundre var fullt av funn relatert til elektrisitet. Ett funn skapte en hel kjede av funn over flere tiår. Elektrisitet fra forskningsemnet begynte å bli et forbruksobjekt. Det begynte å bli mye introdusert i forskjellige produksjonsområder. Elektriske motorer, generatorer, telefon, telegraf, radio ble oppfunnet og skapt. Introduksjonen av elektrisitet i medisinen begynner.

I 1878 gatene i Paris ble opplyst av buelampene til Pavel Nikolaevich Yablochkov. De første kraftverkene dukker opp. For ikke så lenge siden, tilsynelatende noe utrolig og fantastisk, blir elektrisitet en kjent og uunnværlig assistent for menneskeheten.

Om elektrisitetens historie, kort. Elektrisitet er en gren av fysikk som snakker om egenskapene og fenomenene knyttet til samspillet mellom ladede partikler.

Oppdagelsene gjort i dette området av fysikkvitenskapen har radikalt påvirket livene våre. Derfor bør man aldri glemme hvordan denne vitenskapen begynte. Elektrisitetens historie går tilbake til antikken. Om elektrisitetens historie, kort.

Den elektriske ladningen ble først oppdaget av Thales fra Milet så tidlig som 600 f.Kr. e. Han la merke til at rav, slitt på et stykke ull, får fantastiske egenskaper for å tiltrekke seg lette ikke-elektrifiserte gjenstander (lo og papirbiter). Begrepet "elektrisitet" ble først introdusert av den engelske vitenskapsmannen Tudor Gilbert i sin bok On Magnetic Properties, Magnetic Bodies, and the Great Magnet - the Earth. I sin bok beviste han at ikke bare rav, men også andre stoffer har egenskapen til å bli elektrifisert. Og på midten av 1600-tallet skapte den kjente vitenskapsmannen Otto von Guericke en elektrostatisk maskin der han oppdaget egenskapen til ladede objekter for å frastøte hverandre. Så de grunnleggende konseptene i elektrisitetsseksjonen begynte å dukke opp. Om elektrisitetens historie.

Allerede i 1729 etablerte den franske fysikeren Charles Dufay eksistensen av to typer ladninger. Han kalte slike ladninger "glassaktige" og "harpiksholdige", men snart introduserte den tyske forskeren Georg Lichtenberg konseptet med negativt og positivt ladet ladning. Og i 1745 den første noensinne elektrisk kondensator- den såkalte Leyden-banken.

Men muligheten til å formulere de grunnleggende konseptene og oppdagelsene i vitenskapen om elektrisitet var bare mulig når kvantitativ forskning dukket opp. Så begynte tiden for oppdagelsen av de grunnleggende lovene for elektrisitet. Loven om samhandling av elektroniske ladninger ble oppdaget i 1785 av den franske forskeren Charles Coulomb ved å bruke systemet med torsjonsbalanser han skapte.

Nesten samtidig, i 1800, oppfant den italienske eksperimentatoren Volt den første likestrømskilden i menneskelivet - en elementær galvanisk celle. De store oppdagelsene knyttet til arbeidet til Joule, Ohm og Lenz, som studerer manifestasjonen av elektrisk strøm i en krets, ble kjent. Faraday i 1831 og 1834 oppdager elektromagnetisk induksjon og de berømte elektrolyselovene.

Så tidlig som på 1600-tallet begynte det elektriske begrepet materie å ta form, ifølge hvilket alle fysiske legemer uten unntak er særegne komplekser av samvirkende partikler. Derfor, i fremtiden, mange fysiske egenskaper kropper er bestemt av lovene som ble formulert i antikken. Vitenskapen om elektrisitet står ikke stille og hvert år kommer det flere og flere nye oppdagelser innen dette vitenskapsfeltet. På vår nettside om elektrisitet vil du alltid være oppdatert med all den nye forskningen om elektrisitets historie.