เพิ่มเว็บไซต์ในบุ๊กมาร์ก

ประวัติไฟฟ้า

ไฟฟ้า ชุดของปรากฏการณ์ที่เกิดจากการมีอยู่ การเคลื่อนไหว และปฏิสัมพันธ์ของวัตถุหรืออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ปฏิกิริยาของประจุไฟฟ้าจะดำเนินการโดยใช้electro สนามแม่เหล็ก(ในกรณีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไม่ได้ - สนามไฟฟ้าสถิต)

ประจุเคลื่อนที่ (กระแสไฟฟ้า) ร่วมกับประจุไฟฟ้า กระตุ้นสนามแม่เหล็กด้วย นั่นคือ พวกมันสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (หลักคำสอนของแม่เหล็กเป็นส่วนสำคัญของหลักคำสอนทั่วไปของไฟฟ้า) . ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายโดยไฟฟ้าไดนามิกแบบคลาสสิก ซึ่งอิงตามสมการของแมกซ์เวลล์

กฎของทฤษฎีคลาสสิกของไฟฟ้าครอบคลุมกระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนมาก ในบรรดาปฏิสัมพันธ์ 4 ประเภท (แม่เหล็กไฟฟ้า ความโน้มถ่วง แรงและอ่อน) ที่มีอยู่ในธรรมชาติ แม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นที่แรกในแง่ของความกว้างและความหลากหลายของการสำแดง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าวัตถุทั้งหมดถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าของสัญญาณตรงข้ามซึ่งการโต้ตอบระหว่างกันนั้นมีลำดับความสำคัญมากกว่าแรงโน้มถ่วงและความอ่อนแอและในทางกลับกันคือ ระยะไกลซึ่งแตกต่างจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง โครงสร้างของเปลือกอะตอม การยึดเกาะของอะตอมในโมเลกุล (แรงเคมี) และการก่อตัวของสสารควบแน่นถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่ง่ายที่สุดเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ แร่พบว่าดึงดูดชิ้นส่วนของเหล็ก และยังพบว่าอำพัน (อิเล็กตรอนกรีก อิเล็กตรอน จึงเรียกว่าไฟฟ้า) ถูบนขนสัตว์ ดึงดูดวัตถุเบา (ไฟฟ้าโดยแรงเสียดทาน) อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1600 ว. วชิรกิลเบิร์ตได้สร้างความแตกต่างระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กขึ้นเป็นครั้งแรก เขาค้นพบการมีอยู่ของขั้วแม่เหล็กและความไม่สามารถแยกออกจากกันได้ และยังพิสูจน์ด้วยว่าโลกเป็นแม่เหล็กขนาดยักษ์

ใน XVII - ครึ่งแรกของศตวรรษที่สิบแปด มีการทดลองจำนวนมากกับวัตถุที่ใช้ไฟฟ้าสร้างเครื่องไฟฟ้าสถิตเครื่องแรกที่ใช้กระแสไฟฟ้าโดยแรงเสียดทานสร้างประจุไฟฟ้าของสองประเภท (C. Dufay) และค้นพบการนำไฟฟ้าของโลหะ (นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ S . สีเทา). ด้วยการประดิษฐ์ตัวเก็บประจุตัวแรก - ไลเดน โถ(1745) - เป็นไปได้ที่จะสะสมประจุไฟฟ้าจำนวนมาก ในปี ค.ศ. 1747-53 แฟรงคลินได้กำหนดทฤษฎีปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่สอดคล้องกันเป็นครั้งแรก ในที่สุดก็สร้างลักษณะทางไฟฟ้าของฟ้าผ่า และประดิษฐ์สายล่อฟ้า

ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่สิบแปด เริ่มการศึกษาเชิงปริมาณของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก ครั้งแรก เครื่องมือวัด- อิเล็กโทรสโคปแบบต่างๆ อิเล็กโทรมิเตอร์ G. คาเวนดิช (1773) และ เอส. คูลอมบ์ (ค.ศ. 1785) ได้ทดลองสร้างกฎปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าแบบจุดนิ่ง (งานของคาเวนดิชได้รับการตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2422 เท่านั้น)

กฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิต (กฎของคูลอมบ์) นี้ทำให้สามารถสร้างวิธีการวัดประจุไฟฟ้าโดยแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมันได้เป็นครั้งแรก คูลอมบ์ยังได้กำหนดกฎปฏิสัมพันธ์ระหว่างขั้วของแม่เหล็กแบบยาว และแนะนำแนวคิดของประจุแม่เหล็กที่กระจุกตัวอยู่ที่ปลายแม่เหล็ก

ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการค้นพบเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 L. Galvani "ไฟฟ้าจากสัตว์" และใช้งานได้ ก. โวลตาผู้คิดค้นแหล่งแรก กระแสไฟฟ้า- เซลล์กัลวานิก (คอลัมน์โวลต์ 1800) ซึ่งสร้างกระแสต่อเนื่อง (คงที่) เป็นเวลานาน ในปี ค.ศ. 1802 V.V. Petrov ได้สร้างเซลล์กัลวานิกที่มีกำลังมากกว่ามาก ค้นพบอาร์คไฟฟ้า ตรวจสอบคุณสมบัติของเซลล์และชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้เซลล์ไฟฟ้าในการให้แสงสว่าง รวมถึงการหลอมและการเชื่อมโลหะ G. Davy โดยอิเล็กโทรไลซิส สารละลายน้ำอัลคาไลได้รับ (1807) โลหะที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ - โซเดียมและโพแทสเซียม J, P. Joule ก่อตั้ง (1841) ว่าปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในตัวนำโดยกระแสไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความแรงของกระแส กฎนี้ได้รับการพิสูจน์ (1842) โดยการทดลองที่แน่นอนของ E.H. Lenz (กฎ Joule-Lenz)

G. Ohm ก่อตั้ง (1826) การพึ่งพาเชิงปริมาณของกระแสไฟฟ้ากับแรงดันไฟฟ้าในวงจร KF Gauss ได้คิดค้น (1830) ทฤษฎีบทพื้นฐานของไฟฟ้าสถิต

การค้นพบพื้นฐานที่สุดเกิดขึ้นโดย H. Oersted ในปี 1820; เขาค้นพบการกระทำของกระแสไฟฟ้าบนเข็มแม่เหล็ก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ยืนยันถึงความเชื่อมโยงระหว่างไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็ก ในปีเดียวกันนั้น A.M.Ampere ได้ก่อตั้งกฎปฏิสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้า (กฎของแอมแปร์) เขายังแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติของแม่เหล็กถาวรสามารถอธิบายได้บนพื้นฐานของสมมติฐานที่ว่ากระแสไฟฟ้าคงที่ (กระแสโมเลกุล) หมุนเวียนอยู่ในโมเลกุลของวัตถุที่เป็นแม่เหล็ก ดังนั้น จากข้อมูลของ Ampère ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กทั้งหมดจะลดลงตามปฏิกิริยาของกระแส ในขณะที่ประจุแม่เหล็กไม่มีอยู่จริง นับตั้งแต่การค้นพบ Oersted และ Ampère หลักคำสอนเรื่องสนามแม่เหล็กได้กลายเป็นส่วนสำคัญของหลักคำสอนเรื่องไฟฟ้า

ตั้งแต่ไตรมาสที่ 2 ของศตวรรษที่ 19 เริ่มการรุกอย่างรวดเร็วของไฟฟ้าเข้าสู่เทคโนโลยี ในยุค 20. แม่เหล็กไฟฟ้าตัวแรกปรากฏขึ้น การใช้ไฟฟ้าครั้งแรกอย่างหนึ่งคือเครื่องโทรเลข ในยุค 30 และ 40 มีการสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

ในยุค 30-40 ศตวรรษที่ 19 M. Faraday ผู้สร้างหลักคำสอนทั่วไปของปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กทั้งหมดได้รับการพิจารณาจากมุมมองเดียว มีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่อการพัฒนาวิทยาศาสตร์ของไฟฟ้า ด้วยความช่วยเหลือของการทดลองเขาพิสูจน์ว่าผลกระทบของประจุไฟฟ้าและกระแสไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตของพวกเขา [ก่อนฟาราเดย์พวกเขาแยกแยะระหว่าง "ธรรมดา" (ได้มาจากกระแสไฟฟ้าโดยแรงเสียดทาน) บรรยากาศ "กัลวานิก" แม่เหล็ก , เทอร์โมอิเล็กทริก, "สัตว์" และพลังงานไฟฟ้าประเภทอื่นๆ ].

การทดลอง Arago ("แม่เหล็กของการหมุน")

ในปี ค.ศ. 1831 ฟาราเดย์ได้ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - การกระตุ้นของกระแสไฟฟ้าในวงจรที่อยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ ปรากฏการณ์นี้ (สังเกตโดย J. Henry ในปี พ.ศ. 2375) เป็นรากฐานของวิศวกรรมไฟฟ้า ในปี พ.ศ. 2376-2577 ฟาราเดย์ได้ก่อตั้งกฎแห่งกระแสไฟฟ้า ผลงานเหล่านี้ของเขาได้วางรากฐานสำหรับไฟฟ้าเคมี ต่อมาพยายามค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กกับปรากฏการณ์ทางแสง เขาค้นพบโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก (1837) ปรากฏการณ์ของพาราแมกเนติกและไดอะแมกเนติก (1845) การหมุนแม่เหล็กของระนาบโพลาไรเซชันของแสง (1845) เป็นต้น

ฟาราเดย์ได้แนะนำแนวคิดเรื่องสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นครั้งแรก เขาปฏิเสธแนวความคิดของการกระทำระยะยาวซึ่งผู้เสนอเชื่อว่าร่างกายโดยตรง (ผ่านความว่างเปล่า) ในระยะไกลทำหน้าที่ซึ่งกันและกัน

ตามความคิดของฟาราเดย์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุและกระแสจะดำเนินการผ่านตัวกลาง: ประจุและกระแสสร้างสนามไฟฟ้าหรือ (ตามลำดับ) สนามแม่เหล็กในพื้นที่โดยรอบด้วยความช่วยเหลือซึ่งปฏิสัมพันธ์จะถูกส่งต่อจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง (แนวคิด ของการกระทำระยะสั้น) ความคิดของเขาเกี่ยวกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีพื้นฐานมาจากแนวความคิดของเส้นแรง ซึ่งเขาถือว่าเป็นการก่อตัวทางกลในตัวกลางตามสมมุติฐาน - อีเธอร์ ซึ่งคล้ายกับด้ายหรือเชือกที่ยืดออกได้

แนวคิดของฟาราเดย์เกี่ยวกับความเป็นจริงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เป็นที่รู้จักในทันที สูตรทางคณิตศาสตร์ครั้งแรกของกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดโดย F. นอยมันน์ในปี ค.ศ. 1845 ในภาษาของแนวคิดของการกระทำระยะไกล

เขายังได้แนะนำแนวคิดที่สำคัญของสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำตนเองและกระแสร่วมกัน ความหมายของแนวคิดเหล่านี้ถูกเปิดเผยอย่างสมบูรณ์ในภายหลัง เมื่อ W. Thomson (Lord Kelvin) พัฒนา (1853) ทฤษฎีการสั่นของไฟฟ้าในวงจรที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุ (ความจุ) และขดลวด (ตัวเหนี่ยวนำ)
สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการพัฒนาหลักคำสอนของไฟฟ้าคือการสร้างเครื่องมือและวิธีการใหม่ การวัดทางไฟฟ้าตลอดจนระบบหน่วยการวัดไฟฟ้าและแม่เหล็กแบบครบวงจรที่สร้างโดย Gauss และ W. Weber

ในปี ค.ศ. 1846 เวเบอร์ได้ชี้ให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างความแรงของกระแสกับความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าในตัวนำกับความเร็วของการเคลื่อนที่อย่างเป็นระเบียบ นอกจากนี้ เขายังได้กำหนดกฎปฏิสัมพันธ์ของประจุที่จุดเคลื่อนที่ ซึ่งมีค่าคงที่อิเล็กโทรไดนามิกสากลใหม่ ซึ่งเป็นอัตราส่วนของประจุไฟฟ้าสถิตและหน่วยประจุแม่เหล็กไฟฟ้า และมีมิติของความเร็ว

ในการกำหนดการทดลอง (Weber and f. Kohlrausch, 1856) ของค่าคงที่นี้ ได้ค่าที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสง นี่เป็นข้อบ่งชี้ที่ชัดเจนเกี่ยวกับการเชื่อมต่อระหว่างปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าและปรากฏการณ์ทางแสง

ในปี พ.ศ. 2404-2516 หลักคำสอนเรื่องไฟฟ้าได้รับการพัฒนาและเสร็จสิ้นในผลงานของเจ. เค. แม็กซ์เวลล์ ตามกฎเชิงประจักษ์ของปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าและการแนะนำสมมติฐานของการสร้างสนามแม่เหล็กด้วยสนามไฟฟ้ากระแสสลับ แม็กซ์เวลล์ได้กำหนดสมการพื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกแบบคลาสสิกซึ่งตั้งชื่อตามเขา ในเวลาเดียวกัน เช่นเดียวกับฟาราเดย์ เขาถือว่าปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระบวนการทางกลบางรูปแบบในอีเธอร์

ผลที่ตามมาหลักของสมการเหล่านี้คือการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายด้วยความเร็วแสง สมการของแมกซ์เวลล์เป็นพื้นฐานของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสง การยืนยันอย่างเด็ดขาดของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์พบได้ในปี พ.ศ. 2429-32 เมื่อจี. เฮิรตซ์ทดลองสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการทดลอง หลังจากการค้นพบนี้ ได้มีการพยายามสร้างการสื่อสารโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ส่งผลให้มีการสร้างวิทยุ และการวิจัยอย่างเข้มข้นได้เริ่มต้นขึ้นในด้านวิศวกรรมวิทยุ

ในตอนท้ายของ XIX - ต้นศตวรรษที่ XX เวทีใหม่ในการพัฒนาทฤษฎีไฟฟ้าเริ่มต้นขึ้น การวิจัยเกี่ยวกับการปล่อยไฟฟ้ามีผลสูงสุดในการค้นพบโดย เจ.เจ. ทอมสัน เกี่ยวกับความไม่ต่อเนื่องของประจุไฟฟ้า ในปี 1897 เขาวัดอัตราส่วนของประจุของอิเล็กตรอนต่อมวลของมัน และในปี 1898 เขาได้กำหนดค่าสัมบูรณ์ของประจุของอิเล็กตรอน H. Lorentz อาศัยการค้นพบ Thomson และข้อสรุปของทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ วางรากฐานของทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างของสสาร ในทฤษฎีอิเล็กตรอนแบบคลาสสิก สสารถือเป็นชุดของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งการเคลื่อนที่อยู่ภายใต้กฎของกลศาสตร์คลาสสิก สมการของแมกซ์เวลล์ได้มาจากสมการของทฤษฎีอิเล็กตรอนโดยการหาค่าเฉลี่ยทางสถิติ

ความพยายามที่จะนำกฎของอิเล็กโทรไดนามิกแบบคลาสสิกไปใช้กับการศึกษากระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าในสื่อเคลื่อนที่ประสบปัญหาอย่างมาก ในความพยายามที่จะแก้ไข A. Einstein (1905) ได้มาถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในที่สุดทฤษฎีนี้ก็หักล้างความคิดของการมีอยู่ของอีเธอร์ที่มีคุณสมบัติทางกล หลังจากสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพ เป็นที่ชัดเจนว่ากฎของอิเล็กโทรไดนามิกไม่สามารถลดขนาดลงเป็นกฎของกลศาสตร์คลาสสิกได้

ในช่วงเวลาเล็ก ๆ ของกาลอวกาศ คุณสมบัติควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งไม่ได้นำมาพิจารณาในทฤษฎีไฟฟ้าแบบคลาสสิกจะมีนัยสำคัญ ทฤษฎีควอนตัมของกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้า - ไฟฟ้าควอนตัม - สร้างขึ้นในไตรมาสที่ 2 ของศตวรรษที่ 20 ทฤษฎีควอนตัมของสสารและสนามไปไกลกว่าหลักคำสอนเรื่องไฟฟ้าแล้ว ศึกษาปัญหาพื้นฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับกฎการเคลื่อนที่ อนุภาคมูลฐานและอาคารของพวกเขา

ด้วยการค้นพบข้อเท็จจริงใหม่และการสร้างทฤษฎีใหม่ ความสำคัญของหลักคำสอนคลาสสิกของกระแสไฟฟ้าไม่ได้ลดลง มีเพียงการกำหนดขอบเขตของการบังคับใช้ของอิเล็กโทรไดนามิกแบบคลาสสิกเท่านั้น ภายในขอบเขตเหล่านี้ สมการของแมกซ์เวลล์และทฤษฎีอิเล็กตรอนแบบคลาสสิกยังคงถูกต้อง ซึ่งเป็นรากฐานของทฤษฎีไฟฟ้าสมัยใหม่

อิเล็กโทรไดนามิกแบบคลาสสิกเป็นพื้นฐานของวิศวกรรมไฟฟ้า วิศวกรรมวิทยุ อิเล็กทรอนิกส์ และออปติก (ยกเว้นควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์) ด้วยความช่วยเหลือของสมการของเธอ ปัญหาจำนวนมากของธรรมชาติเชิงทฤษฎีและเชิงประยุกต์ได้รับการแก้ไขแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปัญหามากมายของพฤติกรรมพลาสม่าในห้องปฏิบัติการและในอวกาศได้รับการแก้ไขโดยใช้สมการของแมกซ์เวลล์

การแนะนำ

มาเริ่มเรื่องของเราด้วยคำพูดของเทสลาเองซึ่งไม่นานก่อนที่เขาจะเสียชีวิตได้เขียนเรียงความที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับประวัติศาสตร์วิศวกรรมไฟฟ้า "The Tale of Electricity": "ใครอยากจะจำความยิ่งใหญ่ทั้งหมดของเราในสมัยของเราจริง ๆ เขาต้องคุ้นเคย กับประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์การไฟฟ้า”

เป็นครั้งแรกที่ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าไฟฟ้าถูกพบเห็นในจีนโบราณ อินเดีย และต่อมาใน กรีกโบราณ. ตำนานที่ยังหลงเหลืออยู่กล่าวว่านักปรัชญากรีกโบราณ Thales of Miletus (640-550 ปีก่อนคริสตกาล) รู้จักคุณสมบัติของอำพันที่ถูด้วยขนสัตว์หรือขนสัตว์เพื่อดึงดูดเศษกระดาษ ปุย และวัตถุที่มีน้ำหนักเบาอื่นๆ จากชื่อภาษากรีกสำหรับอำพัน - "อิเล็กตรอน" - ปรากฏการณ์นี้ภายหลังได้รับชื่อของกระแสไฟฟ้า

เป็นเวลาหลายศตวรรษ ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าถือเป็นปรากฏการณ์ของพลังศักดิ์สิทธิ์ จนกระทั่งในศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้เข้ามาใกล้การศึกษาไฟฟ้า จี้, Gilbert, Otto von Guericke, Mushenbreck, Franklin, Oersted, Arago, Lomonosov, Luigi Galvani, Alessandro Volta - ที่อยู่ไกลจาก รายการทั้งหมดนักวิทยาศาสตร์ไฟฟ้า ควรกล่าวถึงเป็นพิเศษเกี่ยวกับกิจกรรมของ André Marie Ampère นักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น ซึ่งเป็นผู้วางรากฐานสำหรับการศึกษา การกระทำแบบไดนามิกกระแสไฟฟ้าและกำหนดกฎของไฟฟ้าไดนามิกจำนวนหนึ่ง

การค้นพบของ Oersted, Arago, Ampère ทำให้ Michael Faraday นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่เก่งกาจสนใจ และกระตุ้นให้เขาศึกษาคำถามทั้งหมดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นพลังงานกล James Clerk (Clark) Maxwell นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษอีกคนหนึ่งในปี 1873 ได้ตีพิมพ์งานสองเล่มใหญ่เรื่อง "Treatise on Electricity and Magnetism" ซึ่งรวมเอาแนวคิดเรื่องไฟฟ้า สนามแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไว้ด้วยกัน จากช่วงเวลานั้นเริ่มยุคของการใช้งานที่ใช้งาน พลังงานไฟฟ้าใน ชีวิตประจำวัน.

1. ไฟฟ้า

ไฟฟ้าเป็นแนวคิดที่แสดงคุณสมบัติและปรากฏการณ์อันเนื่องมาจากโครงสร้างของวัตถุและกระบวนการทางกายภาพ สาระสำคัญคือการเคลื่อนที่และปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่มีประจุด้วยกล้องจุลทรรศน์ของสสาร (อิเล็กตรอน ไอออน โมเลกุล สารเชิงซ้อนของพวกมัน เป็นต้น)

กิลเบิร์ตค้นพบครั้งแรกว่าคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้าไม่เพียงมีอยู่ในอำพันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเพชร กำมะถัน และเรซินด้วย นอกจากนี้ เขายังสังเกตเห็นว่าร่างกายบางอย่าง เช่น โลหะ หิน กระดูก ไม่ได้ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า และเขาได้แบ่งร่างทั้งหมดที่พบในธรรมชาติออกเป็นไฟฟ้าและไม่ใช้ไฟฟ้า เขาทำการทดลองเพื่อศึกษาคุณสมบัติของพวกมันเป็นพิเศษโดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับสิ่งแรก

ในปี ค.ศ. 1650 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันผู้มีชื่อเสียง นายกเทศมนตรีเมืองมักเดบูร์ก ผู้ประดิษฐ์เครื่องสูบลม Otto von Guericke ได้สร้างสิ่งพิเศษ " รถยนต์ไฟฟ้า" แทนลูกกำมะถันขนาดเท่าศีรษะเด็ก ติดอยู่บนแกน

รูปที่ 1 - เครื่องจักรไฟฟ้าของ Von Guericke ปรับปรุงโดย Van de Graaf

ถ้าในระหว่างการหมุนของลูกบอล มันถูกถูด้วยฝ่ามือ ในไม่ช้ามันก็ได้คุณสมบัติในการดึงดูดและขับไล่วัตถุที่มีน้ำหนักเบา ในช่วงหลายศตวรรษที่ผ่านมา เครื่องจักรของ Guericke ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญโดยชาวอังกฤษ Hawksby, นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Bose, Winkler และคนอื่นๆ การทดลองกับเครื่องจักรเหล่านี้นำไปสู่การค้นพบที่สำคัญหลายประการ:

· ในปี ค.ศ. 1707 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ดู เฟย์ ได้ค้นพบความแตกต่างระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ได้จากการเสียดสีของลูกบอลแก้วกับค่าที่ได้จากการเสียดสีของการบิดเรซินของต้นไม้

· ในปี ค.ศ. 1729 ชาวอังกฤษ เกรย์ และ วีลเลอร์ ค้นพบความสามารถของวัตถุบางตัวในการนำไฟฟ้า และเป็นครั้งแรกที่ชี้ให้เห็นว่าวัตถุทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นตัวนำไฟฟ้าและวัตถุที่ไม่เป็นตัวนำไฟฟ้าได้

แต่อีกมากมาย การค้นพบที่สำคัญอธิบายไว้ในปี ค.ศ. 1729 โดย Mushenbreck ศาสตราจารย์ด้านคณิตศาสตร์และปรัชญาในเมืองไลเดน เขาค้นพบว่าโถแก้วที่ติดแผ่นฟอยล์ไว้ทั้งสองข้าง (แผ่นเหล็ก) สามารถสะสมกระแสไฟฟ้าได้ ชาร์จด้วยศักยภาพบางอย่าง (แนวคิดที่ปรากฏขึ้นในภายหลัง) อุปกรณ์นี้สามารถปลดปล่อยออกมาได้อย่างมีนัยยะสำคัญ - ประกายไฟขนาดใหญ่ที่ทำให้เกิดเสียงแตกที่รุนแรงเช่นสายฟ้าแลบและมี การกระทำทางสรีรวิทยาเมื่อมือสัมผัสซับในโถ จากชื่อของเมืองที่ทำการทดลอง อุปกรณ์ที่สร้างโดย Mushenbreck เรียกว่าขวด Leyden

รูปที่ 2 - ขวดไลเดน การเชื่อมต่อแบบขนานสี่กระป๋อง

การศึกษาคุณสมบัติของมันได้ดำเนินการในประเทศต่าง ๆ และทำให้เกิดทฤษฎีมากมายที่พยายามอธิบายปรากฏการณ์ที่ค้นพบของการควบแน่นของประจุ หนึ่งในทฤษฎีของปรากฏการณ์นี้ได้รับจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่โดดเด่นและบุคคลสาธารณะ Benjamin Franklin ซึ่งชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของไฟฟ้าบวกและลบ จากมุมมองของทฤษฎีนี้ แฟรงคลินอธิบายกระบวนการชาร์จและการคายประจุขวดเลย์เดน และพิสูจน์ว่าแผ่นเปลือกโลกสามารถถูกทำให้เป็นไฟฟ้าโดยพลการด้วยประจุไฟฟ้าที่มีสัญญาณต่างกัน

แฟรงคลินเช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย M.V. Lomonosov และ G. Richman ให้ความสนใจอย่างมากกับการศึกษากระแสไฟฟ้าในบรรยากาศการปล่อยฟ้าผ่า (ฟ้าผ่า) อย่างที่คุณทราบ Richman เสียชีวิตจากการทดลองเกี่ยวกับการศึกษาฟ้าผ่า ในปี ค.ศ. 1752 เบนจามิน แฟรงคลิน ได้ประดิษฐ์สายล่อฟ้า สายล่อฟ้า (ใช้ "สายล่อฟ้า" ที่ไพเราะกว่าในชีวิตประจำวันด้วย) - อุปกรณ์ที่ติดตั้งในอาคารและโครงสร้างและทำหน้าที่ป้องกันฟ้าผ่า ประกอบด้วยสามส่วนที่เชื่อมต่อถึงกัน:

ในปี ค.ศ. 1785 เอส. คูลอมบ์ได้ค้นพบกฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิต จากการทดลองจำนวนมาก คูลอมบ์ได้กำหนดกฎหมายดังต่อไปนี้:

แรงของปฏิกิริยาของประจุคงที่ในสุญญากาศเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของโมดูลประจุและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน - , :

ในปี ค.ศ. 1799 แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าแห่งแรกถูกสร้างขึ้น - เซลล์กัลวานิกและแบตเตอรี่ของเซลล์ เซลล์กัลวานิก (แหล่งกระแสเคมี) - อุปกรณ์ที่ให้คุณแปลงพลังงาน ปฏิกิริยาเคมีใน งานไฟฟ้า. ตามหลักการทำงาน หลัก (ครั้งเดียว) รอง (แบตเตอรี่) และเซลล์เชื้อเพลิงจะแตกต่างกัน เซลล์กัลวานิกประกอบด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่นำไอออนและอิเล็กโทรดที่แตกต่างกันสองขั้ว (ครึ่งเซลล์) กระบวนการออกซิเดชันและการลดลงของเซลล์กัลวานิกจะถูกแยกออกจากกันในเชิงพื้นที่ ขั้วบวกของเซลล์กัลวานิกเรียกว่า แคโทด, เชิงลบ - ขั้วบวก. อิเล็กตรอนออกจากเซลล์ผ่านแอโนดและเดินทางในวงจรภายนอกไปยังแคโทด

ผลงานของนักวิชาการชาวรัสเซีย Aepinus, Kraft และคนอื่น ๆ เปิดเผยคุณสมบัติที่สำคัญมากของประจุไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง แต่พวกเขาทั้งหมดศึกษาไฟฟ้าในสถานะนิ่งหรือปล่อยทันทีนั่นคือคุณสมบัติของไฟฟ้าสถิตย์ การเคลื่อนไหวของเขาแสดงออกในรูปแบบของการปลดปล่อยเท่านั้น ยังไม่มีใครทราบเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า นั่นคือ การเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของกระแสไฟฟ้า

หนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่ตรวจสอบคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้าอย่างลึกซึ้งในปี 1801-102 คือ V.V. Petrov นักวิชาการจากเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นรายนี้ ซึ่งสร้างแบตเตอรี่ที่ใหญ่ที่สุดในโลกในช่วงหลายปีที่ผ่านมาจากวงกลมทองแดงและสังกะสี 4,200 วง ทำให้เกิดความเป็นไปได้ในการใช้กระแสไฟฟ้ากับตัวนำความร้อนในทางปฏิบัติ นอกจากนี้ Petrov ยังสังเกตปรากฏการณ์การปล่อยไฟฟ้าระหว่างปลายถ่านหินที่เจือจางเล็กน้อยทั้งในอากาศและในก๊าซและสุญญากาศอื่น ๆ ซึ่งเรียกว่าอาร์คไฟฟ้า V.V. Petrov ไม่เพียงแต่อธิบายปรากฏการณ์ที่เขาค้นพบเท่านั้น แต่ยังชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่จะใช้มันในการจุดไฟหรือหลอมโลหะ และด้วยเหตุนี้จึงแสดงความคิดของ การใช้งานจริงกระแสไฟฟ้า. จากนี้ไป ประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมไฟฟ้าในฐานะสาขาเทคโนโลยีอิสระควรเริ่มต้นขึ้น

การทดลองกับกระแสไฟฟ้าได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์มากมายจากประเทศต่างๆ ในปี 1802 นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Romagnosi ค้นพบความเบี่ยงเบนของเข็มแม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำที่อยู่ใกล้เคียง ในตอนท้ายของปี พ.ศ. 2362 ปรากฏการณ์นี้ได้รับการสังเกตอีกครั้งโดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Oersted ซึ่งในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2363 ได้ตีพิมพ์แผ่นพับเป็นภาษาละตินภายใต้ชื่อ "การทดลองเกี่ยวกับการกระทำของความขัดแย้งทางไฟฟ้าบนเข็มแม่เหล็ก" ในงานนี้ กระแสไฟฟ้าเรียกว่า "ความขัดแย้งทางไฟฟ้า"

ทันทีที่ Arago สาธิตประสบการณ์ของ Oersted ในการประชุม Paris Academy of Sciences Ampère ย้ำอีกครั้งในวันที่ 18 กันยายน ค.ศ. 1820 หนึ่งสัปดาห์ต่อมา ได้ส่งรายงานเกี่ยวกับงานวิจัยของเขาไปยังสถาบันการศึกษา ในการประชุมครั้งถัดไป เมื่อวันที่ 25 กันยายน แอมแปร์อ่านรายงานจบซึ่งเขาได้สรุปกฎของการมีปฏิสัมพันธ์ของกระแสสองกระแสที่ไหลผ่านตัวนำคู่ขนาน นับจากนั้นเป็นต้นมา สถาบันการศึกษาได้ฟังรายงานใหม่ของ Ampere เกี่ยวกับการทดลองของเขาทุกสัปดาห์ ซึ่งได้เสร็จสิ้นการค้นพบและกำหนดกฎพื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกส์

ข้อดีอย่างหนึ่งที่สำคัญที่สุดของแอมแปร์คือเขาเป็นคนแรกที่รวมปรากฏการณ์สองอย่างที่แยกกันก่อนหน้านี้ - ไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก - เข้าเป็นทฤษฎีหนึ่งของแม่เหล็กไฟฟ้าและเสนอให้พิจารณาปรากฏการณ์เหล่านี้อันเป็นผลมาจากกระบวนการเดียวของธรรมชาติ ทฤษฎีนี้พบกับความไม่ไว้วางใจอย่างมากจากคนรุ่นเดียวกันของ Ampère มีความก้าวหน้าอย่างมากและมีบทบาทอย่างมากในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ที่ค้นพบในภายหลังอย่างถูกต้อง

ในปี ค.ศ. 1827 Georg Ohm นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ค้นพบกฎพื้นฐานประการหนึ่งของไฟฟ้า ซึ่งสร้างความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างความแรงของกระแส แรงดัน และความต้านทานของวงจรที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน , ,

ในปี ค.ศ. 1847 Kirchhoff ได้กำหนดกฎหมายสำหรับการปรับใช้กระแสในวงจรที่ซับซ้อน , , , :

กฎข้อที่หนึ่งของเคิร์ชฮอฟฟ์

มันถูกนำไปใช้กับโหนดและถูกกำหนดดังนี้: ผลรวมเชิงพีชคณิตของกระแสในโหนดมีค่าเท่ากับศูนย์ สัญญาณจะถูกกำหนดขึ้นอยู่กับว่ากระแสถูกส่งไปยังโหนดหรือห่างจากโหนด (ในกรณีใด ๆ โดยพลการ)

กฎข้อที่สองของ Kirchhoff

ใช้กับวงจร: ในวงจรใด ๆ ผลรวมของแรงดันไฟฟ้าในทุกองค์ประกอบและส่วนของวงจรที่รวมอยู่ในวงจรนี้จะเท่ากับศูนย์ สามารถเลือกทิศทางของการข้ามแต่ละรูปร่างได้ตามต้องการ สัญญาณถูกกำหนดขึ้นอยู่กับความบังเอิญของแรงดันไฟฟ้ากับทิศทางของบายพาส

สูตรที่สอง: ในวงจรปิดใดๆ ผลรวมเชิงพีชคณิตของแรงดันไฟฟ้าในทุกส่วนที่มีความต้านทานรวมอยู่ในวงจรนี้จะเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของ EMF

ลักษณะทั่วไปของกฎหมายของ Kirchhoff

ให้ Y เป็นจำนวนโหนดลูกโซ่ B จำนวนกิ่ง K จำนวนวงจร

รูปที่ 3 - วงจรไฟฟ้าเชิงเส้นกิ่ง (U=3, V=5, K=6)

2. แม่เหล็ก (แม่เหล็ก)

แม่เหล็ก- มันเป็นรูปแบบของปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ที่กระทำในระยะไกลโดยใช้สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กเป็นสสารชนิดพิเศษ ลักษณะเฉพาะคือ การกระทำของประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ ตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้า วัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็ก โดยแรงขึ้นอยู่กับเวกเตอร์ความเร็วประจุ ทิศทางของกระแส ความแข็งแรงในตัวนำและทิศทาง โมเมนต์แม่เหล็กร่างกาย .

แม่เหล็กถาวรคือผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กแข็ง ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กคงที่ในตัวเอง
แม่เหล็ก [gr. magnetis จาก Magnetis Lithos หินจาก Magnesia ( เมืองโบราณในเอเชียไมเนอร์)] เป็นธรรมชาติและประดิษฐ์ แม่เหล็กธรรมชาติคือแร่เหล็กชนิดหนึ่งซึ่งมีความสามารถในการดึงดูดวัตถุเหล็กขนาดเล็กที่อยู่ใกล้เคียง

แม่เหล็กธรรมชาติขนาดยักษ์คือโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น (แมกนิโตสเฟียร์) เนื่องจากมีสนามแม่เหล็ก แม่เหล็กประดิษฐ์เป็นวัตถุและผลิตภัณฑ์ที่ได้รับคุณสมบัติแม่เหล็กอันเป็นผลมาจากการสัมผัสกับแม่เหล็กธรรมชาติหรือถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก แม่เหล็กถาวรคือแม่เหล็กเทียม

ในกรณีที่ง่ายที่สุด แม่เหล็กถาวรคือตัวเครื่อง (ในรูปของเกือกม้า แถบ วงแหวน แกน ฯลฯ) ที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนอย่างเหมาะสมและถูกทำให้เป็นแม่เหล็กล่วงหน้าจนอิ่มตัว

รูปที่ 4 - ประเภทของแม่เหล็ก: ก) เกือกม้า; b) แถบ; ค) วงกลม

แม่เหล็กถาวรมักจะรวมไว้เป็นส่วนสำคัญในระบบแม่เหล็กที่ออกแบบมาเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กถาวรสามารถเป็นค่าคงที่หรือปรับได้
ส่วนต่างๆ ของแม่เหล็กถาวรดึงดูดวัตถุที่เป็นเหล็กในลักษณะต่างๆ ปลายแม่เหล็กซึ่งแรงดึงดูดสูงสุดเรียกว่าขั้วแม่เหล็ก และส่วนตรงกลางซึ่งไม่มีแรงดึงดูดในทางปฏิบัติ เรียกว่าโซนกลางของแม่เหล็ก แม่เหล็กประดิษฐ์ในรูปแบบของแถบหรือเกือกม้ามักจะมีสองขั้วที่ปลายแถบและโซนที่เป็นกลางระหว่างพวกเขา เป็นไปได้ที่จะดึงดูดชิ้นส่วนของเหล็กในลักษณะที่จะมีเสา 4, 6 หรือมากกว่าคั่นด้วยโซนที่เป็นกลางในขณะที่จำนวนเสายังคงเท่ากันเสมอ เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับแม่เหล็กด้วยขั้วเดียว อัตราส่วนระหว่างขนาดของส่วนขั้วกับโซนที่เป็นกลางของแม่เหล็กขึ้นอยู่กับรูปร่างของมัน

แม่เหล็กเดี่ยวในรูปแบบของแท่งยาวและบางเรียกว่าเข็มแม่เหล็ก ปลายเข็มแม่เหล็กแหลมหรือห้อย - เข็มทิศง่ายระบุตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ทิศเหนือของโลก เรียกว่า ขั้วเหนือ (N) ของแม่เหล็ก ขั้วตรงข้ามของแม่เหล็ก ชี้ไปทางทิศใต้ เรียกว่า ขั้วใต้ (S)
ขอบเขตการใช้แม่เหล็กถาวรมีความหลากหลายมาก ใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้า ในระบบอัตโนมัติ หุ่นยนต์ สำหรับข้อต่อแม่เหล็กของตลับลูกปืนแม่เหล็ก ในอุตสาหกรรมนาฬิกา เครื่องใช้ในครัวเรือนเป็นแหล่งอิสระของสนามแม่เหล็กคงที่ในวิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมวิทยุ

ต้องเปิดวงจรแม่เหล็กรวมถึงแม่เหล็กถาวร กล่าวคือ มีช่องว่างอากาศ หากแม่เหล็กถาวรทำขึ้นในรูปของแกนวงแหวนก็จะไม่ปล่อยพลังงานไปยังพื้นที่ภายนอกเนื่องจากแม่เหล็กเกือบทั้งหมด เส้นแรงถูกขังอยู่ในนั้น ในกรณีนี้ สนามแม่เหล็กที่อยู่นอกแกนกลางนั้นไม่มีอยู่จริง ในการใช้พลังงานแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร จำเป็นต้องสร้างช่องว่างอากาศในขนาดที่แน่นอนในวงจรแม่เหล็กปิด

เมื่อใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อสร้างฟลักซ์แม่เหล็กในช่องว่างอากาศ เช่น ระหว่างขั้วของแม่เหล็กเกือกม้า ช่องว่างอากาศจะลดการเหนี่ยวนำ (และการทำให้เป็นแม่เหล็ก) ของแม่เหล็กถาวร

3. แม่เหล็กไฟฟ้า

ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในสี่ปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน มีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า จากมุมมองที่ทันสมัย ​​ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอนุภาคที่มีประจุไม่ได้เกิดขึ้นโดยตรง แต่ผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น

จากมุมมองของทฤษฎีสนามควอนตัม ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะดำเนินการโดยโบซอนที่ไม่มีมวล - โฟตอน (อนุภาคที่สามารถแสดงเป็นการกระตุ้นควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) โฟตอนเองไม่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าโฟตอนไม่สามารถโต้ตอบกับโฟตอนอื่นๆ ได้โดยตรง

อนุภาคมูลฐาน อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ายังมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ควาร์ก อิเล็กตรอน มิวออน และอนุภาคเอกภาพ (จากเฟอร์มิออน) เช่นเดียวกับโบซอนที่มีประจุ

อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าแตกต่างจากอันตรกิริยาที่อ่อนและแรงตามลักษณะระยะไกล—แรงของปฏิกิริยาระหว่างประจุทั้งสองจะตกลงมาเมื่อกำลังสองของระยะทางเท่านั้น (ดู: กฎของคูลอมบ์) ตามกฎเดียวกัน ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงจะลดลงตามระยะทาง

อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของอนุภาคที่มีประจุนั้นแรงกว่าอนุภาคโน้มถ่วงมาก และเหตุผลเดียวที่ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ปรากฏออกมาด้วยแรงมหาศาลในระดับจักรวาลก็คือความเป็นกลางทางไฟฟ้าของสสาร กล่าวคือ การมีอยู่ในแต่ละภูมิภาคของ จักรวาลที่มีความแม่นยำสูงของประจุบวกและลบในปริมาณที่เท่ากัน

สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- นี่เป็นสสารรูปแบบพิเศษซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุ แสดงตัวแปรที่สัมพันธ์กันระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก การเชื่อมต่อซึ่งกันและกันของสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก H นั้นเกิดจากความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในหนึ่งในนั้นนำไปสู่การปรากฏตัวของอีกสนามหนึ่ง: สนามไฟฟ้ากระแสสลับที่เกิดจากประจุที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว (แหล่งกำเนิด) กระตุ้นสนามแม่เหล็กสลับในพื้นที่ที่อยู่ติดกัน ของพื้นที่ซึ่งในทางกลับกันกระตุ้นสนามไฟฟ้ากระแสสลับในพื้นที่ที่อยู่ติดกันของอวกาศ ฯลฯ ดังนั้นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะแพร่กระจายจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในอวกาศในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่วิ่งจากแหล่งกำเนิด เนื่องจากความจำกัดของความเร็วการแพร่กระจาย สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถดำรงอยู่ได้เองจากแหล่งกำเนิดที่สร้างมันขึ้นมาและไม่หายไปพร้อมกับการกำจัดแหล่งกำเนิด (เช่น คลื่นวิทยุจะไม่หายไปพร้อมกับการสิ้นสุดของกระแสในเสาอากาศที่ ปล่อยออกมา)

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศอธิบายโดยความแรงของสนามไฟฟ้า E และการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B สนามแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลางมีลักษณะพิเศษเพิ่มเติมด้วยปริมาณเสริมสองค่า: ความแรงของสนามแม่เหล็ก H และการเหนี่ยวนำไฟฟ้า D การเชื่อมต่อของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ส่วนประกอบที่มีประจุและกระแสอธิบายโดยสมการของแมกซ์เวลล์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือ การสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าการขยายพันธุ์ในอวกาศด้วยความเร็วจำกัดขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลาง (ภาพที่ 5)

รูปที่ 5 - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ M. Faraday ทำนายการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2375 เจแม็กซ์เวลล์นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษอีกคนหนึ่งในปี พ.ศ. 2408 แสดงให้เห็นว่าการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้ถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในอวกาศ แต่แพร่กระจายไปในทุกทิศทางจากแหล่งกำเนิด ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ทำให้สามารถเข้าใกล้คำอธิบายของคลื่นวิทยุ รังสีแสง รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมาในลักษณะที่เป็นหนึ่งเดียว ปรากฎว่ารังสีเหล่านี้ทั้งหมดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกัน λ กล่าวคือมีความสัมพันธ์กันในธรรมชาติ แต่ละคนมีตำแหน่งเฉพาะในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระดับเดียว (รูปที่ 6)

รูปที่ 6 - มาตราส่วนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

การแพร่กระจายในสื่อ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับคลื่นอื่น ๆ สามารถสัมผัสกับการหักเหและการสะท้อนที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลาง การกระจาย การดูดกลืน การรบกวน เมื่อแพร่กระจายในสื่อที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันจะสังเกตการเลี้ยวเบนของคลื่นการกระเจิงของคลื่นและปรากฏการณ์อื่น ๆ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงความยาวคลื่นต่างกันมีลักษณะของการกระตุ้นและการลงทะเบียนต่างกัน โดยมีปฏิสัมพันธ์กับสสารต่างกัน กระบวนการของการปล่อยและการดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากรังสีอินฟราเรดที่ยาวที่สุดนั้นอธิบายได้ค่อนข้างครบถ้วนโดยความสัมพันธ์ของอิเล็กโทรไดนามิกส์แบบคลาสสิก

ในช่วงความยาวคลื่นที่สั้นกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงของรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา กระบวนการของธรรมชาติควอนตัมมีอิทธิพลเหนือและสามารถอธิบายได้ภายในกรอบของควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกตามแนวคิดเรื่องความไม่ต่อเนื่องของกระบวนการเหล่านี้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารทางวิทยุ เรดาร์ โทรทัศน์ การแพทย์ ชีววิทยา ฟิสิกส์ ดาราศาสตร์ และสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอื่นๆ

การค้นพบของ Oersted, Arago, Ampère ทำให้ Michael Faraday นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่เก่งกาจสนใจ และกระตุ้นให้เขาศึกษาคำถามทั้งหมดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นพลังงานกล ในปี ค.ศ. 1821 เขาพบวิธีแก้ปัญหาอื่นในการแปลงพลังงานไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นพลังงานกลและสาธิตอุปกรณ์ของเขา ซึ่งเขาได้รับปรากฏการณ์การหมุนแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ในวันเดียวกันนั้น ฟาราเดย์เขียนปัญหาผกผันในไดอารี่งานของเขาว่า "เปลี่ยนสนามแม่เหล็กให้เป็นไฟฟ้า" ต้องใช้เวลามากกว่าสิบปีในการแก้ปัญหาและหาวิธีรับพลังงานไฟฟ้าจากแม่เหล็กและเครื่องกล เมื่อปลายปี พ.ศ. 2374 ฟาราเดย์ได้ประกาศการค้นพบปรากฏการณ์หนึ่งซึ่งต่อมาเรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและเป็นพื้นฐานของอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าสมัยใหม่ทั้งหมด

4. เครื่องจักรไฟฟ้า

การศึกษาของฟาราเดย์และผลงานของนักวิชาการชาวรัสเซีย E.X. Lenz ผู้กำหนดกฎหมายซึ่งเป็นไปได้ที่จะกำหนดทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้สามารถสร้างเครื่องกำเนิดแม่เหล็กไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้าเครื่องแรกได้

ในขั้นต้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้าพัฒนาขึ้นโดยแยกจากกัน โดยเป็นเครื่องจักรสองเครื่องที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ผู้ประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าคนแรกที่มีพื้นฐานอยู่บนหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประสงค์จะไม่เปิดเผยตัวตน มันเกิดขึ้นเช่นนี้ ไม่นานหลังจากการตีพิมพ์รายงานของฟาราเดย์ต่อราชสมาคมซึ่งระบุถึงการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์พบจดหมายที่ลงนามด้วยอักษรย่อ R. M. ในกล่องจดหมายของเขา ซึ่งมีคำอธิบายว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสและการวาดภาพประกอบ ฟาราเดย์ตรวจสอบโครงการนี้อย่างรอบคอบแล้วจึงส่งจดหมายถึง R. M. และภาพวาดไปยังวารสารเดียวกันซึ่งรายงานของเขาถูกตีพิมพ์ในคราวเดียวโดยหวังว่านักประดิษฐ์ที่ไม่รู้จักตามวารสารจะเห็นไม่เพียง แต่โครงการของเขาที่ตีพิมพ์ แต่ยัง จดหมายแนบจากฟาราเดย์ ซึ่งชื่นชมการประดิษฐ์ของอาร์. เอ็ม-,,.

อันที่จริง หลังจากเกือบหกเดือน R. M. ได้ส่งคำอธิบายเพิ่มเติมและคำอธิบายเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เขาเสนอ แต่คราวนี้ก็ประสงค์ที่จะไม่เปิดเผยตัวเช่นกัน ชื่อของผู้สร้างที่แท้จริงของเครื่องกำเนิดแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องแรกยังคงถูกซ่อนไว้ภายใต้ชื่อย่อ และมนุษยชาติยังคงแม้ว่าการค้นหานักประวัติศาสตร์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าอย่างละเอียดถี่ถ้วน ก็ยังคงอยู่ในความมืดมิดซึ่งเป็นหนี้สิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดชิ้นหนึ่ง เครื่อง R. M. ไม่มีอุปกรณ์สำหรับแก้ไขกระแสและเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรก กระแสสลับ. แต่ดูเหมือนว่ากระแสนี้ไม่สามารถใช้สำหรับแสงอาร์คอิเล็กโทรไลซิสโทรเลขซึ่งได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างมั่นคงในชีวิต ตามที่นักออกแบบในเวลานั้นจำเป็นต้องสร้างเครื่องจักรที่สามารถรับกระแสที่มีทิศทางและขนาดคงที่ได้

เกือบพร้อมกันกับ R. M. พี่น้อง Pixie และศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยลอนดอนและสมาชิกของ Royal Society V. Ricci มีส่วนร่วมในการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องที่พวกเขาสร้างขึ้นมีอุปกรณ์พิเศษสำหรับแก้ไขกระแสสลับเป็นกระแสตรง - ตัวสะสมที่เรียกว่า การพัฒนาเพิ่มเติมของการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสตรงดำเนินไปอย่างรวดเร็วผิดปกติ ภายในเวลาไม่ถึงสี่สิบปี ไดนาโมได้เข้ามาอยู่ในรูปของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่ทันสมัยเกือบทั้งหมด จริงอยู่ที่การพันของไดนาโมเหล่านี้มีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอรอบ ๆ เส้นรอบวงซึ่งทำให้การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวแย่ลง - แรงดันไฟฟ้าในตัวเครื่องเพิ่มขึ้นหรือลดลงทำให้เกิดแรงกระแทกที่ไม่พึงประสงค์

ในปี พ.ศ. 2413 Zenobaeus Gramm ได้เสนอวงแหวนพิเศษที่เรียกว่าขดลวดไดนาโม การกระจายที่สม่ำเสมอของขดลวดกระดองทำให้สามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่สม่ำเสมออย่างสมบูรณ์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและการหมุนของเครื่องยนต์แบบเดียวกันซึ่งปรับปรุงคุณสมบัติของเครื่องจักรไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ โดยพื้นฐานแล้ว การประดิษฐ์นี้ทำซ้ำสิ่งที่ได้สร้างขึ้นและอธิบายไว้ในปี 1860 โดยนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Pachinnoti แต่ไม่มีใครสังเกตเห็นและยังคงไม่ทราบถึง 3 กรัม เครื่องจักรที่มีกระดองวงแหวนเริ่มแพร่หลายเป็นพิเศษหลังจากค้นพบการกลับกันของเครื่องจักรไฟฟ้าของแกรมม์ที่งาน Vienna World Exhibition ในปี 1873: เครื่องเดียวกันเมื่ออาร์เมเจอร์หมุนได้ให้กระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสไหลผ่านอาร์มาเจอร์ก็หมุนได้ ใช้เป็นมอเตอร์ไฟฟ้า

นับแต่นั้นเป็นต้นมา การเติบโตอย่างรวดเร็วของการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าและการใช้ไฟฟ้าที่เพิ่มมากขึ้นได้เริ่มต้นขึ้น ซึ่งได้รับการอำนวยความสะดวกอย่างมากจากการประดิษฐ์ของ P. N. Yablochkov ซึ่งเป็นวิธีการให้แสงสว่างโดยใช้สิ่งที่เรียกว่า "เทียน Yablochkov" - ตะเกียงไฟฟ้าอาร์คที่มีการจัดเรียงถ่านหินแบบขนาน

ความเรียบง่ายและความสะดวกสบายของ "เทียนของ Yablochkov" ซึ่งแทนที่โคมไฟอาร์คที่มีราคาแพงซับซ้อนและมีขนาดใหญ่ด้วยตัวควบคุมสำหรับการบรรจบกันอย่างต่อเนื่องของการเผาไหม้ถ่านหินทำให้เกิดการกระจายอย่างกว้างขวางและในไม่ช้า "แสงของ Yablochkov", "รัสเซีย" หรือ "ทางเหนือ" ส่องสว่างไปตามถนนในกรุงปารีส เขื่อนแม่น้ำเทมส์ ถนนในเมืองหลวงของรัสเซีย และแม้แต่เมืองโบราณของกัมพูชา นี่เป็นชัยชนะที่แท้จริงของนักประดิษฐ์ชาวรัสเซีย

แต่ในการจัดหาไฟฟ้าให้กับเทียนเหล่านี้ จำเป็นต้องสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพิเศษซึ่งไม่ได้จ่ายกระแสตรง แต่เป็นกระแสสลับ นั่นคือกระแสแม้ว่าจะไม่บ่อยนัก แต่เปลี่ยนขนาดและทิศทางอย่างต่อเนื่อง นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพราะถ่านที่เชื่อมต่อกับขั้วต่าง ๆ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงถูกเผาไหม้อย่างไม่สม่ำเสมอ - ขั้วบวกที่เชื่อมต่อกับขั้วบวกถูกเผาไหม้เร็วเป็นสองเท่าของแคโทด กระแสสลับสลับขั้วบวกให้กลายเป็นแคโทดและทำให้ถ่านเผาไหม้สม่ำเสมอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเปิดเครื่อง "เทียนไขของ Yablochkov" เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถูกสร้างขึ้นโดย P. N. Yablochkov เองแล้วจึงปรับปรุงโดยวิศวกรชาวฝรั่งเศส Lontin และ Gram อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการคิดเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

ในเวลาเดียวกันสำหรับการจ่ายไฟแยกของเทียนแต่ละอันจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับผู้ประดิษฐ์ได้สร้างอุปกรณ์พิเศษ - ขดลวดเหนี่ยวนำ (หม้อแปลงไฟฟ้า) ซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าในสาขาใด ๆ ของวงจรตามจำนวน เทียนที่เชื่อมต่อ ในไม่ช้าความต้องการไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นและความเป็นไปได้ที่จะได้รับในปริมาณมากก็ขัดแย้งกับความเป็นไปได้ที่จำกัดในการส่งสัญญาณในระยะไกล แรงดันไฟฟ้าต่ำ (100-120 โวลต์) ของกระแสตรงที่ใช้ในขณะนั้นและการส่งผ่านสายไฟที่มีส่วนตัดขวางที่ค่อนข้างเล็กทำให้เกิดการสูญเสียอย่างมากในสายส่ง ตั้งแต่ปลายยุค 70 ของศตวรรษที่ผ่านมาปัญหาหลักในการแก้ปัญหาที่ประสบความสำเร็จซึ่งอนาคตทั้งหมดของวิศวกรรมไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปัญหาของการส่งไฟฟ้าในระยะทางไกลโดยไม่มีการสูญเสียมาก

อันดับแรก พื้นหลังทางทฤษฎี D. A. Lachinov ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ St. Petersburg Forestry Institute ในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 1880 ได้ให้ความเป็นไปได้ในการส่งกระแสไฟฟ้าจำนวนเท่าใดก็ได้ในระยะทางใดๆ ผ่านสายไฟที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางค่อนข้างเล็กโดยไม่มีการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญ ต่อจากนี้ นักฟิสิกส์และวิศวกรไฟฟ้าชาวฝรั่งเศส Marcel Despres ในปี พ.ศ. 2425 ที่งานนิทรรศการไฟฟ้ามิวนิกได้ดำเนินการส่งกระแสไฟฟ้าหลายแรงม้าในระยะทาง 57 กิโลเมตรโดยมีประสิทธิภาพ 38 เปอร์เซ็นต์

ต่อมา Despres ได้ทำการทดลองหลายครั้ง โดยดำเนินการส่งไฟฟ้าในระยะทางหนึ่งร้อยกิโลเมตร และนำกำลังส่งไปหลายร้อยกิโลวัตต์ ระยะทางที่เพิ่มขึ้นอีกจำเป็นต้องมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก Deprez นำไฟฟ้าสูงถึง 6,000 โวลต์และทำให้แน่ใจว่าฉนวนของเพลตในตัวสะสมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์กระแสตรงไม่อนุญาตให้ใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

แม้จะมีปัญหาเหล่านี้ทั้งหมด แต่ในตอนต้นของยุค 80 การพัฒนาอุตสาหกรรมและความเข้มข้นของการผลิตนั้นต้องการการสร้างเครื่องยนต์ใหม่อย่างเร่งด่วนมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งล้ำหน้ากว่าเครื่องยนต์ไอน้ำที่แพร่หลาย เป็นที่แน่ชัดแล้วว่าการสร้างโรงไฟฟ้าใกล้กับแหล่งถ่านหินหรือในแม่น้ำที่มีปริมาณน้ำลดลงมากนั้นสามารถทำกำไรได้ในขณะที่สร้างโรงงานให้ใกล้กับแหล่งวัตถุดิบมากขึ้น สิ่งนี้มักจะต้องส่งกระแสไฟฟ้าจำนวนมากไปยังวัตถุที่ใช้ไปในระยะทางไกล การส่งสัญญาณดังกล่าวจะเหมาะสมก็ต่อเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าหลายหมื่นโวลต์เท่านั้น แต่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง กระแสสลับและหม้อแปลงเข้ามาช่วยเหลือ: เมื่อใช้พวกมันพวกเขาเริ่มผลิตกระแสสลับแรงดันต่ำจากนั้นเพิ่มเป็นค่าที่ต้องการส่งในระยะไกล ไฟฟ้าแรงสูงและ ณ สถานที่บริโภค ให้ลดระดับที่ต้องการอีกครั้งและใช้ในสำเนาคัดลอก

ยังไม่มีมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ท้ายที่สุดแล้วในช่วงต้นทศวรรษ 80 มีการใช้ไฟฟ้าเพื่อความต้องการพลังงานเป็นหลัก มอเตอร์กระแสตรงสำหรับการขับขี่มากที่สุด เครื่องต่างๆใช้บ่อยขึ้นเรื่อยๆ การสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าที่สามารถทำงานบนกระแสสลับได้กลายเป็นงานหลักของวิศวกรรมไฟฟ้า ในการค้นหาเส้นทางใหม่ จำเป็นต้องมองย้อนกลับไปเสมอ มีอะไรในประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมไฟฟ้าที่สามารถแนะนำวิธีการสร้างมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับได้หรือไม่? การค้นหาในอดีตประสบความสำเร็จ พวกเขาจำได้ว่า: ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2367 Arago ได้แสดงให้เห็นถึงประสบการณ์ที่เป็นจุดเริ่มต้นของการศึกษาที่มีผลมากมาย เป็นคำถามของการสาธิต "แรงดึงดูดของการหมุน" แผ่นทองแดง (ไม่ใช่แม่เหล็ก) ถูกแม่เหล็กหมุน

แนวคิดนี้เกิดขึ้นโดยการเปลี่ยนดิสก์ด้วยการหมุนที่คดเคี้ยวและแม่เหล็กหมุนด้วยสนามแม่เหล็กหมุนเพื่อสร้างมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ? อาจเป็นไปได้ แต่จะหมุนสนามแม่เหล็กได้อย่างไร?

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาหลายคน วิธีต่างๆแอปพลิเคชั่น AC นักประวัติศาสตร์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่มีมโนธรรมจะต้องตั้งชื่อนักฟิสิกส์และวิศวกรหลายคนที่พยายามสร้างมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับในช่วงกลางทศวรรษที่ 80 เขาจะไม่ลืมที่จะระลึกถึงการทดลองของ Bailey (1879), Marcel Despres (1883), Bradley (1887), ผลงานของ Wenstrom, Haselwander และอื่น ๆ อีกมากมาย ข้อเสนอนี้น่าสนใจอย่างไม่ต้องสงสัย แต่ไม่มีข้อเสนอใดที่สามารถตอบสนองอุตสาหกรรมได้: มอเตอร์ไฟฟ้าของพวกเขามีขนาดใหญ่และไม่ประหยัดหรือซับซ้อนและไม่น่าเชื่อถือ ยังไม่มีการค้นพบหลักการสำคัญในการสร้างมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ประหยัดและเชื่อถือได้

ในช่วงเวลานี้เองที่ Nikola Tesla เริ่มค้นหาวิธีแก้ปัญหานี้อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้ว เขาไปตามทางของตัวเองโดยไตร่ตรองถึงแก่นแท้ของประสบการณ์ของ Arago และเสนอวิธีแก้ปัญหาที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงซึ่งกลายเป็นสิ่งที่ยอมรับได้ในทันทีเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ ย้อนกลับไปที่บูดาเปสต์ในฤดูใบไม้ผลิปี 2425 เทสลาจินตนาการอย่างชัดเจนว่าหากขดลวดของขั้วแม่เหล็กของมอเตอร์ไฟฟ้าถูกขับเคลื่อนด้วยกระแสสลับสองกระแสที่แตกต่างกัน ต่างกันเพียงการเปลี่ยนเฟส การสลับของกระแสเหล่านี้จะทำให้ การเกิดสลับของขั้วเหนือและขั้วใต้หรือสนามแม่เหล็กหมุน สนามแม่เหล็กที่หมุนได้ควรดึงขดลวดของโรเตอร์ของเครื่องด้วย

เมื่อสร้างแหล่งกำเนิดพิเศษของกระแสไฟฟ้าสองเฟส (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสองเฟส) และมอเตอร์ไฟฟ้าแบบสองเฟสเดียวกัน เทสลาตระหนักถึงความคิดของเขา และแม้ว่าเครื่องจักรของเขาจะมีโครงสร้างที่ไม่สมบูรณ์มาก แต่หลักการของสนามแม่เหล็กที่หมุนได้ซึ่งนำไปใช้ในโมเดลเทสลารุ่นแรกๆ กลับกลายเป็นว่าถูกต้อง

เมื่อพิจารณาถึงกรณีที่เป็นไปได้ทั้งหมดของการเปลี่ยนเฟสแล้ว Tesla ตกลงที่การเปลี่ยนแปลง 90 °นั่นคือในกระแสสองเฟส สิ่งนี้ค่อนข้างสมเหตุสมผล - ก่อนที่จะสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีเฟสจำนวนมาก เราควรเริ่มต้นด้วยกระแสสองเฟส แต่สามารถใช้การเปลี่ยนเฟสอื่นได้: ประมาณ 120 ° ( กระแสไฟสามเฟส). โดยไม่ต้องวิเคราะห์ตามทฤษฎีและเข้าใจทุกกรณีที่เป็นไปได้ โดยไม่ต้องเปรียบเทียบกัน (นี่คือความผิดพลาดครั้งใหญ่ของเทสลา) เขาเพ่งความสนใจทั้งหมดไปที่กระแสไฟสองเฟส สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสองเฟสและมอเตอร์ไฟฟ้า และกล่าวเพียงสั้นๆ ว่ากระแสโพลีเฟส ในการยื่นขอจดสิทธิบัตรและความเป็นไปได้ในการสมัคร

แต่เทสลาไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์เพียงคนเดียวที่จำประสบการณ์ของ Arago และพบวิธีแก้ไขปัญหาที่สำคัญ ในปีเดียวกันนั้น การวิจัยในสาขากระแสสลับได้ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี กาลิเลโอ เฟอร์รารีส ซึ่งเป็นตัวแทนของอิตาลีในการประชุมช่างไฟฟ้าระดับนานาชาติหลายแห่ง (พ.ศ. 2424 และ พ.ศ. 2425 ในกรุงปารีส พ.ศ. 2426 ในกรุงเวียนนาและอื่น ๆ ) ในการจัดเตรียมการบรรยายเกี่ยวกับทัศนศาสตร์ เขาได้เกิดแนวคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการจัดการทดลองแสดงคุณสมบัติของคลื่นแสง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ Ferraris ได้เสริมกระบอกทองแดงบนด้ายเส้นเล็กซึ่งถูกกระทำโดยสนามแม่เหล็กสองแห่งที่ขยับเป็นมุม 90 ° เมื่อกระแสไฟถูกเปิดในขดลวดซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กสลับกันในอันใดอันหนึ่ง กระบอกสูบจะเปลี่ยนภายใต้อิทธิพลของสนามเหล่านี้และบิดเกลียวซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นจำนวนหนึ่ง อุปกรณ์นี้จำลองปรากฏการณ์ที่เรียกว่าโพลาไรซ์ของแสงได้อย่างสมบูรณ์แบบ

Ferraris ไม่ได้ตั้งใจที่จะใช้โมเดลของเขาเพื่อจุดประสงค์ทางไฟฟ้า มันเป็นเพียงเครื่องมือบรรยาย ความเฉลียวฉลาดที่อยู่ในการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์อิเล็กโทรไดนามิกอย่างชำนาญสำหรับการสาธิตในด้านทัศนศาสตร์

Ferraris ไม่ได้จำกัดเฉพาะรุ่นนี้เท่านั้น ในรุ่นที่สองที่ล้ำหน้ากว่านั้น เขาสามารถหมุนกระบอกสูบได้ด้วยความเร็วสูงสุด 900 รอบต่อนาที แต่เกินขีดจำกัดที่แน่นอน ไม่ว่ากระแสที่สร้างสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นในวงจรมากเพียงใด (กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่ว่าพลังงานที่ใช้ไปจะเพิ่มขึ้นเท่าใด) ก็ไม่สามารถบรรลุถึงจำนวนที่เพิ่มขึ้นได้ การปฏิวัติ การคำนวณพบว่ากำลังของรุ่นที่สองไม่เกิน 3 วัตต์

ไม่ต้องสงสัยเลยว่า Ferraris ไม่เพียงแต่เป็นช่างแว่นตาเท่านั้น แต่ยังเป็นช่างไฟฟ้าด้วย ไม่สามารถเข้าใจถึงความสำคัญของการทดลองของเขาได้ อย่างไรก็ตาม ด้วยการยอมรับของเขาเอง เขาไม่เคยคิดที่จะใช้หลักการนี้กับการสร้างมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ สิ่งที่เขาจินตนาการมากที่สุดคือใช้มันเพื่อวัดความแรงของกระแส และเริ่มออกแบบอุปกรณ์ดังกล่าว

18 มีนาคม พ.ศ. 2431 ที่สถาบันวิทยาศาสตร์ตูริน เฟอร์รารีจัดทำรายงาน "การหมุนด้วยไฟฟ้ากระแสสลับที่เกิดจากกระแสสลับ" ในนั้น เขาพูดเกี่ยวกับการทดลองของเขาและพยายามพิสูจน์ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะได้ประสิทธิภาพมากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ในอุปกรณ์ดังกล่าว เฟอร์รารีเชื่อมั่นอย่างจริงใจว่าการพิสูจน์ความไม่เหมาะสมของการใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ ทำให้เขาสามารถให้บริการด้านวิทยาศาสตร์ได้อย่างดีเยี่ยม รายงานของเฟอร์รารีนำหน้ารายงานของนิโคลา เทสลาที่สถาบันวิศวกรไฟฟ้าแห่งอเมริกา แต่คำร้องที่ยื่นขอสิทธิบัตรในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2430 เป็นพยานถึงความสำคัญของเทสลาเหนือเฟอร์รารีอย่างไม่ต้องสงสัย สำหรับการตีพิมพ์ บทความของเฟอร์รารีซึ่งมีให้อ่านสำหรับช่างไฟฟ้าทุกคนในโลก ได้รับการตีพิมพ์ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2431 เท่านั้น นั่นคือหลังจากรายงานที่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางของเทสลา

เพื่อยืนยันโดย Ferraris ว่าเขาเริ่มทำงานเกี่ยวกับการศึกษาสนามแม่เหล็กหมุนในปี 1885 เทสลามีเหตุผลทุกประการที่จะคัดค้านว่าเขาได้จัดการกับปัญหานี้ในกราซ พบวิธีแก้ปัญหาในปี 1882 และในปี 1884 ในสตราสบูร์กได้แสดงให้เห็น รูปแบบการทำงานของเครื่องยนต์ของเขา แต่แน่นอนว่า ไม่ใช่แค่เรื่องสำคัญเท่านั้น ไม่ต้องสงสัยเลยว่านักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้ค้นพบสิ่งเดียวกันโดยอิสระจากกันและกัน Ferraris ไม่สามารถรู้เกี่ยวกับการยื่นขอจดสิทธิบัตรของ Tesla ได้เช่นเดียวกับที่คนหลังไม่รู้จักผลงานของนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี

สิ่งที่สำคัญกว่านั้นคือ G. Ferraris ที่ค้นพบปรากฏการณ์ของสนามแม่เหล็กหมุนรอบตัวและสร้างแบบจำลองด้วยกำลัง 3 วัตต์ ไม่ได้คิดถึงการใช้งานจริง ยิ่งกว่านั้น หากข้อสรุปที่ผิดพลาดของเฟอร์รารีเกี่ยวกับความไม่เหมาะสมของการใช้กระแสสลับหลายเฟสได้รับการยอมรับ มนุษยชาติก็จะถูกชี้นำในทางที่ผิดไปอีกหลายปีและปราศจากความเป็นไปได้ของการใช้ไฟฟ้าอย่างแพร่หลายในวงกว้าง อุตสาหกรรมต่างๆการผลิตและชีวิต ข้อดีของ Nikola Tesla อยู่ที่ความจริงที่ว่าแม้จะมีอุปสรรคมากมายและทัศนคติที่สงสัยต่อกระแสสลับ เขาก็พิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการใช้กระแสไฟหลายเฟส มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับสองเฟสแรกที่เขาสร้างขึ้น แม้ว่าจะมีข้อบกพร่องอยู่บ้าง แต่ก็ดึงดูดความสนใจของวิศวกรไฟฟ้าทั่วโลกและกระตุ้นความสนใจในข้อเสนอของเขา

อย่างไรก็ตาม บทความโดย Galileo Ferraris ในวารสาร Atti di Turino มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้า มันถูกพิมพ์ซ้ำโดยนิตยสารภาษาอังกฤษรายใหญ่ และปัญหาของบทความนี้ตกไปอยู่ในมือของนักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่ง ซึ่งตอนนี้สมควรได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้สร้างวิศวกรรมไฟฟ้าสามเฟสที่ทันสมัย

5. เทสลา หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าของเทสลามีชื่อเสียงในด้านการออกแบบที่หลากหลาย ตั้งแต่แบบธรรมดาที่สุดที่มีช่องว่างประกายไฟไปจนถึงวงจรสมัยใหม่ที่มีมาสเตอร์ออสซิลเลเตอร์ความถี่สูงสำหรับ ขดลวดปฐมภูมิ, ทำทั้งบนเซมิคอนดักเตอร์และบนวงจรหลอดไฟ

แผนผังของหม้อแปลงเทสลาที่ง่ายที่สุด:

ในรูปแบบเบื้องต้น หม้อแปลงไฟฟ้าเทสลาประกอบด้วยสองคอยส์ ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ และสายรัดที่ประกอบด้วยช่องว่างประกายไฟ (เบรกเกอร์ มักพบ Spark Gap เวอร์ชันภาษาอังกฤษ) ตัวเก็บประจุ โทรอยด์ (ไม่ใช้ทุกครั้ง) และ เทอร์มินัล (แสดงเป็น "เอาต์พุต" ในไดอะแกรม) .

รูปที่ 7 - วงจรที่ง่ายที่สุดเทสลา หม้อแปลงไฟฟ้า

รูปที่ 8 - การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าเทสลา

ขดลวดหลักสร้างขึ้นจาก 5-30 (สำหรับ VTTC - ขดลวดเทสลาบนหลอดไฟ - จำนวนรอบได้ถึง 60) รอบของเส้นลวดขนาดใหญ่หรือ ท่อทองแดงและเส้นลวดรองหลายเส้นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า ขดลวดปฐมภูมิสามารถเป็นแบบแบน (แนวนอน) ทรงกรวยหรือทรงกระบอก (แนวตั้ง) ที่นี่ไม่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติกต่างจากหม้อแปลงอื่นๆ ดังนั้นค่าความเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างขดลวดทั้งสองจึงน้อยกว่าหม้อแปลงทั่วไปที่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติก หม้อแปลงนี้แทบไม่มีฮิสเทรีซิสแม่เหล็กปรากฏการณ์ของความล่าช้าในการเปลี่ยนแปลงการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของกระแสและข้อเสียอื่น ๆ ที่เกิดจากการปรากฏตัวของเฟอร์โรแม่เหล็กในสนามของหม้อแปลง

ขดลวดปฐมภูมิร่วมกับตัวเก็บประจุสร้างวงจรออสซิลเลเตอร์ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้น - ช่องว่างประกายไฟ (ช่องว่างประกายไฟ) ตัวดักจับในกรณีที่ง่ายที่สุดคือแก๊สธรรมดา มักทำจากอิเล็กโทรดขนาดใหญ่ (บางครั้งมีหม้อน้ำ) ซึ่งทำขึ้นเพื่อความต้านทานการสึกหรอที่มากขึ้นเมื่อกระแสสูงไหลผ่านอาร์คไฟฟ้าระหว่างกัน

ขดลวดทุติยภูมิยังสร้างวงจรออสซิลเลเตอร์ซึ่งการคัปปลิ้งแบบ capacitive ระหว่าง toroid, อุปกรณ์ปลายทาง, การหมุนของขดลวดเองและองค์ประกอบนำไฟฟ้าอื่น ๆ ของวงจรกับโลกทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุ อุปกรณ์ปลายทาง (เทอร์มินัล) สามารถทำได้ในรูปแบบของดิสก์, พินที่แหลมขึ้นหรือทรงกลม หน้าจอแสดงค่าน้ำหนักได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างประกายไฟที่ยาวและคาดเดาได้ รูปทรงและตำแหน่งสัมพัทธ์ของชิ้นส่วนของหม้อแปลงไฟฟ้าเทสลาส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงาน ซึ่งคล้ายกับปัญหาในการออกแบบอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงและความถี่สูงใดๆ

บทสรุป

สิ่งที่ใช้ไฟฟ้าที่คุ้นเคยในชีวิตประจำวันของเราเป็นผลจากความคิดทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคของนักวิทยาศาสตร์หลายรุ่น บ่อยครั้งการเข้าใจคุณค่าในทางปฏิบัติและความสำคัญของปรากฏการณ์ที่ค้นพบนั้นมาช้าหรือมากับนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไป

อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่า เป็นการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าที่มีส่วนช่วยเร่งความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี การสร้างและพัฒนาเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับทำให้สามารถออกแบบระบบควบคุมที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งไม่สามารถนำไปใช้กับเครื่องยนต์ที่ใช้พลังงานของก๊าซและของเหลวได้ การพัฒนาเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ทำให้สามารถสร้างคอมพิวเตอร์ทรงพลังที่มีส่วนร่วมในการทดลองของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ค้นพบความลับของจักรวาล (LHC ที่ CERN)

เป็นความเชื่อมั่นอย่างลึกซึ้งของฉันว่ายังมีความลึกลับ ความลึกลับ และการค้นพบที่ยิ่งใหญ่เหลืออยู่อีกเล็กน้อยในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า

บรรณานุกรม

1. วี.ซี. Ozernikov“ อุบัติเหตุที่ไม่สุ่ม เรื่องราวการค้นพบที่ยิ่งใหญ่และนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น"

2. L.S. Zhdanov, V.A. Marandzhyan “ หลักสูตรฟิสิกส์”

3. คู่มือเด็กนักเรียน เรียบเรียงโดย A. Barashkov

4. M.I. Bludov "การสนทนาทางฟิสิกส์"

5. M.I. ยาโคฟเลวา " กลไกทางสรีรวิทยาการกระทำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า"

6. เอ.เอ. โบโรวอย อี.บี. Finkelstein, A.N. Kherubimov "กฎแห่งแม่เหล็กไฟฟ้า"

7. อี.อี. อิโรดอฟแม่เหล็กไฟฟ้า กฎหมายพื้นฐาน วิชาฟิสิกส์.

8. ว. ซาโฟรนอฟ, บี.บี. Konkin, V.A.Vagan "ฟิสิกส์: หลักสูตรระยะสั้น"

สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า: ปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่มีประจุ ปรากฏการณ์ของโพลาไรเซชัน และเส้นทางของกระแสไฟฟ้า
การเชื่อมต่อระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กนั้นศึกษาโดยแม่เหล็กไฟฟ้า Electrodynamics รวมทั้งไฟฟ้าและแม่เหล็กยังศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
วิทยาศาสตร์ประยุกต์ เช่น วิศวกรรมไฟฟ้า เคมีไฟฟ้า ฯลฯ เป็นพื้นฐานความรู้ด้านไฟฟ้า
นักปรัชญาชาวกรีกโบราณ Thales of Miletus เป็นหนึ่งในนักวิจัยด้านไฟฟ้ากลุ่มแรก ๆ ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเป็นที่รู้จักในสมัยโบราณของชาวกรีกโบราณ ชาวฟินีเซียน และชาวเมโสโปเตเมีย ข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อถูแล้ว สีเหลืองอำพันจะได้รับความสามารถในการดึงดูดวัตถุที่เบาเข้าหาตัวมันเอง อธิบายไว้ในยุค 600 ก่อนคริสต์ศักราช Thales of Miletus อย่างไรก็ตาม Thales ไม่ได้แยกความแตกต่างของกระแสไฟฟ้าออกจากสนามแม่เหล็ก เนื่องจากนี่เป็นปรากฏการณ์หนึ่ง มีเพียงอำพันเท่านั้นที่ได้รับคุณสมบัติแปลก ๆ ดังกล่าวในระหว่างการเสียดสี และในแมกนีไทต์จะมีค่าคงที่
ก้าวใหม่ในการศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1600 โดยแพทย์ชาวอังกฤษ วิลเลียม กิลเบิร์ต หลังจากทำการวิจัยเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก เขาได้ตีพิมพ์หนังสือที่เขาสรุปว่าคุณสมบัติของแม่เหล็กถาวรและความสามารถในการถูอำพันเพื่อดึงดูดวัตถุนั้นเป็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันอย่างแน่นอน กิลเบิร์ตเริ่มใช้คำภาษาละติน ไฟฟ้า Burshtin-like เพื่ออธิบายคุณสมบัติดังกล่าว ในหนังสือของเขา กิลเบิร์ตยังได้ข้อสรุปว่าโลกเป็นแม่เหล็ก และนั่นคือสาเหตุที่เข็มเข็มทิศชี้ไปที่เสา
แม่เหล็กถาวร ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดไดโพลแม่เหล็ก ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 17 Otto von Guericke ได้คิดค้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต
การทดลองของสตีเฟน เกรย์แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าสามารถส่งผ่านได้สูงถึง 800 ฟุตด้วยตัวนำเส้นใยแบบเปียก หากหลีกเลี่ยงการสัมผัสพื้นและใช้ฉนวน จึงเริ่มทำการวิจัยเกี่ยวกับกระแสน้ำและวางรากฐานสำหรับการแยกวัสดุออกเป็นตัวนำและไดอิเล็กทริก
Charles du Fou เปิดสอง หลากหลายชนิดกระแสไฟฟ้า เรียกพวกมันว่า "คล้ายแก้ว" และ "เป็นยาง" ตอนนี้ถูกเรียกว่าประจุบวกและประจุลบ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าประจุชนิดเดียวกันขับไล่และไม่เหมือนประจุที่ดึงดูด Du Fou ยังแบ่งสารออกเป็นตัวนำและฉนวน เรียกพวกมันว่า "ไฟฟ้า" และ "ไม่ใช่ไฟฟ้า"
การทดลองของเบนจามิน แฟรงคลิน ซึ่งดำเนินการในปี ค.ศ. 1752 แสดงให้เห็นว่าฟ้าผ่าเป็นไฟฟ้าในธรรมชาติ
Benjamin Franklin USA นักการเมืองและนักประดิษฐ์ ดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับไฟฟ้าในศตวรรษที่ 18 ในปี ค.ศ. 1791 Luigi Galvani ได้ตีพิมพ์การค้นพบไบโออิเล็กทริก ในปี 1800 Alessandro Volta ได้สร้างแบตเตอรีเสาไฟฟ้าก้อนแรก แบบใหม่แหล่งที่มาปัจจุบันมีความน่าเชื่อถือมากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิตที่เคยใช้มาก่อน ในปี ค.ศ. 1820 อังเดร มารี แอมแปร์ ได้ค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็ก ในปี ค.ศ. 1821 ไมเคิล ฟาราเดย์ ได้ประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้า และในปี ค.ศ. 1827 จอร์จ โอห์ม ได้ก่อตั้งกฎทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายกระแสไฟฟ้าใน วงจรไฟฟ้า.
Thomas Edison เป็นการยากที่จะแจกแจงการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดในด้านปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยฟาราเดย์ในปี พ.ศ. 2374 ได้ปูทางสำหรับการผลิตและการใช้พลังงานไฟฟ้าในวงกว้าง และปลายศตวรรษที่ 19 เป็นยุคของสิ่งประดิษฐ์มากมายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า ในตอนท้ายของศตวรรษ ด้วยความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงเช่น Nikola Tesla, Thomas Alva Edison, Werner von Siemens, Lord Kelvin, Galileo Ferraris และอีกหลายคน กระแสไฟฟ้าได้เปลี่ยนจากความสนใจทางวิทยาศาสตร์มาเป็นกำลังสำคัญของการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สอง
อาร์คไฟฟ้าให้ภาพสาธิตของกระแสไฟฟ้า องค์ประกอบพื้นฐานของวงจรไฟฟ้า ฟิสิกส์สมัยใหม่ถือว่าปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในปฏิกิริยาพื้นฐาน ประจุไฟฟ้าเป็นคุณสมบัติของอนุภาคมูลฐาน ซึ่งที่สำคัญที่สุดคือ อิเล็กตรอนและโปรตอน เมื่อพิจารณาจากความเสถียรแล้ว สารทั้งหมดประกอบด้วยอะตอมซึ่งอยู่ตรงกลางซึ่งมีนิวเคลียสที่มีประจุบวกและรอบนิวเคลียสจะมีอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ อะตอมส่วนใหญ่ในโลกรอบๆ พวกมันมีจำนวนอิเล็กตรอนเป็นกลางเท่ากับจำนวนโปรตอน แต่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่สามารถปล่อยอะตอม สร้างไอออนบวก หรือรวมอะตอมที่เป็นกลาง เกิดเป็นไอออนลบ หากในร่างกายใด ๆ จำนวนอิเล็กตรอนแตกต่างจากจำนวนโปรตอน ร่างกายดังกล่าวจะได้รับประจุไฟฟ้าขนาดมหึมา กระบวนการนี้เรียกว่ากระแสไฟฟ้า
เหมือนประจุขับไล่ และไม่เหมือนประจุที่ดึงดูด ในเชิงตัวเลข ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุถูกอธิบายโดยกฎหมายคูลอมบ์
หากประจุถูกวางในตัวกลางที่ต่อเนื่อง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมันจะเปลี่ยนไปเนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าโพลาไรเซชันไดอิเล็กตริก โพลาไรเซชันไดอิเล็กตริกเกิดขึ้นเนื่องจากการกระจัดของอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอมในชั้นนอก สนามไฟฟ้าหรือเนื่องจากการหมุนของโมเลกุลด้วยโมเมนต์ไดโพลของพวกมันเอง ผลที่ได้ก็คือ แรงที่กระทำต่อประจุจากประจุอื่นๆ ไม่ได้ถูกกำหนดโดยขนาดของประจุเหล่านี้และตำแหน่งของประจุเท่านั้น แต่ยังกำหนดโดยโมเมนต์ไดโพลที่ลดลงของอะตอมและโมเลกุลของตัวกลางด้วย ที่เล็ก สนามไฟฟ้าเมื่อเทียบกับสนามภายในอะตอม ความสามารถของสารในการโพลาไรซ์นั้นอธิบายโดย แรงต้านสนามไฟฟ้า.
ภายใต้การกระทำของแรงคูลอมบ์ อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กที่สามารถลงทะเบียนได้ ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งของการผ่านของกระแสไฟฟ้าผ่านสารคือการปล่อยความร้อน
การพึ่งพาความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้าของสารสามารถแบ่งออกเป็นตัวนำและไดอิเล็กทริก
ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าได้เข้ามามีบทบาทสำคัญในการผลิตและชีวิตประจำวัน ไฟฟ้าเป็นศูนย์กลางของวัฒนธรรมของเรา ตั้งแต่การให้แสงสว่างและเครื่องใช้ในบ้าน ไปจนถึงมอเตอร์ไฟฟ้าทรงพลังที่ใช้ในการผลิต
การผลิต

อ่านเพิ่มเติมในบทความ พลังงาน

ส่วนใหญ่มีไว้สำหรับใช้ในการผลิตและชีวิตประจำวัน ไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยโรงไฟฟ้าโดยที่ พลังงานกลการหมุนของกังหันไอน้ำจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ไอน้ำที่เปลี่ยนกังหันนั้นมาจากเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นหลัก นอกจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแล้ว กระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่ยังเกิดจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ในกรณีหลังจะใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน แหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ ได้แก่ พลังงานลม ซึ่งถูกใช้โดยฟาร์มกังหันลมที่ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ในยุคปัจจุบัน การใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยตรงเป็นไปได้ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์
พลังงานที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้ากระจายผ่านเครือข่ายไฟฟ้าในบ้านเรือนของผู้คน โรงงาน และโรงงาน
นอกจากการผลิตและจำหน่ายพลังงานไฟฟ้าผ่านเครือข่ายแล้ว แหล่งพลังงานไฟฟ้าเช่นแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีและตัวเก็บประจุยังใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งทำให้สามารถรับกระแสไฟฟ้าได้ แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กที่จำเป็นสำหรับการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา
การใช้งาน
ในยุค 1870 หลอดไส้ปรากฏขึ้นซึ่งกลายเป็นเครื่องใช้ในครัวเรือนเครื่องแรกที่ต้องการ เครือข่ายไฟฟ้าเข้าไปในบ้านและสถาบันของมนุษย์ทุกคน ก่อนการปรากฏตัวของมัน ไฟฟ้าถูกใช้โดยโทรเลขและโทรศัพท์เป็นอุปกรณ์สื่อสารที่สำคัญ เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนที่สำคัญ ได้แก่ วิทยุ ทีวี เครื่องเล่นแผ่นเสียง เครื่องซักผ้า,ตู้เย็น ,เครื่องปรับอากาศ ,เครื่องทำความร้อน และอื่นๆ อีกมากมาย อุปกรณ์เหล่านี้จำนวนมากใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่คิดค้นโดย Michael Faraday ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ก็ปรากฏขึ้นในบ้านของมนุษย์เช่นกัน
การผลิตยังใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่ทรงพลังอย่างกว้างขวาง แต่ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้ายังถูกนำไปใช้กับการขึ้นรูปด้วยไฟฟ้า การถลุงโลหะ การเชื่อม และวิธีการอื่นๆ อีกมากมาย

ช่างไฟฟ้าชั่วโมง ง่ายนิดเดียว!

เรามั่นใจว่าหากคุณมีปัญหากับแหล่งจ่ายไฟของพื้นที่อยู่อาศัย สำนักงาน บ้านชานเมือง หรือสิ่งอื่นใด เราสามารถช่วยคุณได้

ผู้เชี่ยวชาญทุกคนมีประสบการณ์มากมายในประเภทของงานที่มีให้และจะช่วยคุณแก้ปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าให้กับคุณอย่างไม่ต้องสงสัย

มันเริ่มต้นที่ไหน? ฉันคิดว่าแทบจะไม่มีใครให้คำตอบที่ชัดเจนและละเอียดถี่ถ้วนสำหรับคำถามนี้ แต่ยังไงก็ลองมาคิดกันดู

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้ามีให้เห็นในจีนโบราณ อินเดีย และกรีกโบราณหลายศตวรรษก่อนการเริ่มต้นยุคของเรา ใกล้ 600 ปีก่อนคริสตกาลตามที่ตำนานที่รอดตายกล่าวว่า Thales of Miletus นักปรัชญาชาวกรีกโบราณรู้จักคุณสมบัติของอำพันที่ถูบนขนแกะเพื่อดึงดูดวัตถุที่มีน้ำหนักเบา อนึ่ง คำว่า "อิเล็กตรอน" ที่ชาวกรีกโบราณเรียกว่าอำพัน คำว่า "ไฟฟ้า" ก็มาจากเขาเช่นกัน แต่ชาวกรีกสังเกตเห็นปรากฏการณ์ของกระแสไฟฟ้าเท่านั้น แต่ไม่สามารถอธิบายได้

เท่านั้น ในปี 1600แพทย์ประจำราชสำนักของควีนอลิซาเบธ วิลเลี่ยม กิลเบิร์ตแห่งอังกฤษใช้เครื่องตรวจด้วยกล้องไฟฟ้า พิสูจน์ว่าไม่เพียงแต่ถูอำพันเท่านั้น แต่ยังมีแร่ธาตุอื่นๆ ที่สามารถดึงดูดวัตถุที่มีแสง เช่น เพชร ไพลิน โอปอล อเมทิสต์ เป็นต้น ในปีเดียวกันนั้น ตีพิมพ์ผลงาน “On the Magnet and Magnetic Body” ซึ่งเขาได้สรุปองค์ความรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับแม่เหล็กและไฟฟ้า

ในปี 1650นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันและเจ้าบ้านนอกเวลาของ Magdeburg Otto von Guericke สร้าง "เครื่องจักรไฟฟ้า" เครื่องแรก มันเป็นลูกบอลที่หล่อจากกำมะถันในระหว่างการหมุนและการถูซึ่งวัตถุที่เบาจะถูกดึงดูดและขับไล่ ต่อมารถของเขาได้รับการปรับปรุงโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันและฝรั่งเศส

ในปี ค.ศ. 1729ชาวอังกฤษ สตีเฟน เกรย์ ค้นพบความสามารถของสารบางชนิดในการนำไฟฟ้า อันที่จริงเขาได้แนะนำแนวคิดเกี่ยวกับตัวนำและสิ่งที่ไม่นำไฟฟ้าเป็นครั้งแรก

ในปี ค.ศ. 1733นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Charles Francois Dufay ค้นพบไฟฟ้าสองประเภท: "tar" และ "glass" หนึ่งปรากฏในสีเหลืองอำพัน ผ้าไหม กระดาษ; ที่สอง - ในแก้ว, อัญมณี, ขนสัตว์

ในปี ค.ศ. 1745นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวดัตช์จากมหาวิทยาลัย Leiden Pieter van Muschenbroek ค้นพบว่าโถแก้วที่หุ้มด้วยกระดาษฟอยล์ดีบุกสามารถกักเก็บกระแสไฟฟ้าได้ Muschenbroek เรียกมันว่าโถเลย์เดน โดยพื้นฐานแล้วมันคือตัวเก็บประจุไฟฟ้าตัวแรก

ในปี ค.ศ. 1747นักฟิสิกส์ Jean Antoine Nollet สมาชิกของ Paris Academy of Sciences ได้คิดค้นเครื่องอิเล็กโทรสโคปซึ่งเป็นเครื่องมือแรกสำหรับการประเมินศักย์ไฟฟ้า นอกจากนี้ เขายังได้กำหนดทฤษฎีการกระทำของไฟฟ้ากับสิ่งมีชีวิต และเผยให้เห็นคุณสมบัติของไฟฟ้าที่จะ "ระบาย" จากร่างกายที่แหลมคมได้เร็วกว่า

ในปี ค.ศ. 1747-1753นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันและ รัฐบุรุษ Benjamin Franklin ได้ทำการศึกษาและการค้นพบที่เกี่ยวข้องจำนวนมาก เขาแนะนำแนวคิดของสองสถานะที่ถูกตั้งข้อหา ซึ่งยังคงใช้อยู่: «+» และ «-» . เขาอธิบายการกระทำของโถเลย์เดน กำหนดบทบาทชี้ขาดของอิเล็กทริกระหว่างแผ่นนำไฟฟ้า กำหนดลักษณะทางไฟฟ้าของฟ้าผ่า เขาเสนอแนวคิดเกี่ยวกับสายล่อฟ้าโดยกำหนดว่าจุดโลหะที่เชื่อมต่อกับพื้นดินจะขจัดประจุไฟฟ้าออกจากร่างกายที่มีประจุไฟฟ้า เขาหยิบยกแนวคิดเรื่องมอเตอร์ไฟฟ้า เขาเป็นคนแรกที่ใช้ประกายไฟเพื่อจุดดินปืน

ในปี พ.ศ. 2328-2532นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Charles Augustin Coulomb ตีพิมพ์บทความชุดหนึ่งเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าและขั้วแม่เหล็ก ดำเนินการพิสูจน์ตำแหน่งของประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของตัวนำ แนะนำแนวคิดของโมเมนต์แม่เหล็กและโพลาไรเซชันของประจุ

ในปี ค.ศ. 1791แพทย์และนักกายวิภาคศาสตร์ชาวอิตาลี ลุยจิ กัลวานี ค้นพบการเกิดกระแสไฟฟ้าเมื่อโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกันสัมผัสกับสิ่งมีชีวิต ผลที่เขาค้นพบสนับสนุนการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจสมัยใหม่

ในปี ค.ศ. 1795นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีอีกคนหนึ่ง Alessandro Volta ซึ่งกำลังตรวจสอบผลกระทบที่ค้นพบโดยบรรพบุรุษของเขา ได้พิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างโลหะที่ไม่เหมือนกันคู่หนึ่งซึ่งคั่นด้วยของเหลวนำไฟฟ้าพิเศษ

ในปี ค.ศ. 1801นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Vasily Vladimirovich Petrov ได้สร้างความเป็นไปได้ในการใช้งานกระแสไฟฟ้าสำหรับตัวนำความร้อน สังเกตปรากฏการณ์ของอาร์คไฟฟ้าในสุญญากาศและก๊าซต่างๆ เขาเสนอแนวคิดในการใช้กระแสไฟในการให้แสงและการหลอมโลหะ

ในปี ค.ศ. 1820นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Hans Christian Oersted ได้สร้างการเชื่อมต่อระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการก่อตัวของวิศวกรรมไฟฟ้าสมัยใหม่ ในปีเดียวกันนั้น นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส อังเดร มารี แอมแปร์ ได้กำหนดกฎเกณฑ์ในการกำหนดทิศทางการกระทําของกระแสไฟฟ้าบนสนามแม่เหล็ก เขาเป็นคนแรกที่รวมไฟฟ้าและแม่เหล็กและกำหนดกฎปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

ในปี พ.ศ. 2370นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Georg Simon Ohm ค้นพบกฎของเขา (กฎของโอห์ม) ซึ่งเป็นหนึ่งในกฎพื้นฐานของไฟฟ้าที่สร้างความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดัน

ในปี พ.ศ. 2374นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของอุตสาหกรรมใหม่ - วิศวกรรมไฟฟ้า

ในปี พ.ศ. 2390นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Gustav Robert Kirchhoff ได้กำหนดกฎสำหรับกระแสและแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า

ปลายศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20 เต็มไปด้วยการค้นพบที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้า การค้นพบครั้งหนึ่งทำให้เกิดการค้นพบมากมายตลอดหลายทศวรรษ ไฟฟ้าจากเรื่องการวิจัยเริ่มกลายเป็นเป้าหมายของการบริโภค เริ่มเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในด้านการผลิตต่างๆ มอเตอร์ไฟฟ้า, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, โทรศัพท์, โทรเลข, วิทยุถูกคิดค้นและสร้างขึ้น การนำไฟฟ้าเข้าสู่ยาเริ่มต้นขึ้น

ในปี พ.ศ. 2421ถนนในกรุงปารีสสว่างไสวด้วยโคมไฟโค้งของ Pavel Nikolaevich Yablochkov โรงไฟฟ้าแห่งแรกปรากฏขึ้น ไม่นานมานี้ ไฟฟ้ากำลังกลายเป็นผู้ช่วยที่คุ้นเคยและจำเป็นสำหรับมนุษยชาติ

เกี่ยวกับประวัติไฟฟ้าโดยสังเขป ไฟฟ้าเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่พูดถึงคุณสมบัติและปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีประจุ

การค้นพบที่เกิดขึ้นในด้านวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์นี้มีอิทธิพลอย่างมากต่อชีวิตของเรา ดังนั้นไม่ควรลืมว่าวิทยาศาสตร์นี้เริ่มต้นอย่างไร ประวัติศาสตร์ของกระแสไฟฟ้ามีมาตั้งแต่สมัยโบราณ เกี่ยวกับประวัติไฟฟ้าโดยสังเขป

ประจุไฟฟ้าถูกค้นพบครั้งแรกโดย Thales of Miletus เมื่อ 600 ปีก่อนคริสตกาล อี เขาสังเกตเห็นว่าอำพันที่สวมใส่บนผ้าขนสัตว์มีคุณสมบัติที่น่าทึ่งในการดึงดูดวัตถุที่ไม่ใช้ไฟฟ้าที่มีน้ำหนักเบา (ปุยและเศษกระดาษ) คำว่า "ไฟฟ้า" ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ทิวดอร์ กิลเบิร์ตในหนังสือเรื่องคุณสมบัติแม่เหล็ก วัตถุแม่เหล็ก และแม่เหล็กอันยิ่งใหญ่ - โลก ในหนังสือของเขา เขาได้พิสูจน์ว่าไม่เพียงแต่อำพันเท่านั้น แต่ยังมีสารอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติในการทำให้เป็นไฟฟ้าได้อีกด้วย และในช่วงกลางของศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง Otto von Guericke ได้สร้างเครื่องไฟฟ้าสถิตซึ่งเขาค้นพบคุณสมบัติของวัตถุที่มีประจุเพื่อขับไล่กันและกัน แนวคิดพื้นฐานในหมวดไฟฟ้าจึงเริ่มปรากฏให้เห็น เกี่ยวกับประวัติการไฟฟ้า

ในปี ค.ศ. 1729 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Charles Dufay ได้สร้างค่าใช้จ่ายสองประเภท เขาเรียกประจุดังกล่าวว่า "คล้ายแก้ว" และ "เป็นเรซิน" แต่ในไม่ช้า นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Georg Lichtenberg ได้แนะนำแนวคิดของประจุลบและประจุบวก และในปี ค.ศ. 1745 เป็นครั้งแรกเลยทีเดียว ตัวเก็บประจุไฟฟ้า- ธนาคารเลย์เดนที่เรียกว่า

แต่โอกาสในการกำหนดแนวคิดพื้นฐานและการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ของไฟฟ้าเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อการวิจัยเชิงปริมาณปรากฏขึ้น จากนั้นเวลาของการค้นพบกฎพื้นฐานของไฟฟ้าก็เริ่มขึ้น กฎปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1785 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Charles Coulomb โดยใช้ระบบสมดุลของแรงบิดที่เขาสร้างขึ้น

เกือบในเวลาเดียวกันในปี 1800 นักทดลองชาวอิตาลีชื่อ Volt ได้คิดค้นแหล่งกำเนิดกระแสตรงแห่งแรกในชีวิตมนุษย์ - เซลล์กัลวานิกเบื้องต้น การค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับงานของ Joule, Ohm และ Lenz ซึ่งศึกษาการปรากฎของกระแสไฟฟ้าในวงจรกลายเป็นที่รู้จัก ฟาราเดย์ในปี พ.ศ. 2374 และ พ.ศ. 2377 ได้ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและกฎแห่งกระแสไฟฟ้าที่มีชื่อเสียง

ดังนั้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 17 แนวคิดทางไฟฟ้าของสสารจึงเริ่มเป็นรูปเป็นร่างตามที่ร่างกายทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้นคือคอมเพล็กซ์ที่แปลกประหลาดของอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ ดังนั้นในอนาคตหลายๆ คุณสมบัติทางกายภาพร่างกายถูกกำหนดโดยกฎที่กำหนดไว้ในสมัยโบราณ วิทยาศาสตร์ของไฟฟ้าไม่หยุดนิ่งและทุกปีมีการค้นพบใหม่มากขึ้นเรื่อย ๆ ในสาขาวิทยาศาสตร์นี้ บนเว็บไซต์ของเราเกี่ยวกับไฟฟ้า คุณจะได้รับข่าวสารล่าสุดเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาของไฟฟ้าอยู่เสมอ