Кто изобрёл электричество: история возникновения, век и год изобретения

Из чего состоит электрический ток

Электрический ток — это прямое или упорядоченное движение заряженных частиц (электронов, ионов). Такие частицы называют носителями электрического заряда. Чтобы движение появилось, в веществе должны быть свободные заряженные частицы. Способность заряженных частиц двигаться в веществе определяет проводимость этого вещества. По проводимости вещества подразделяются на проводники, полупроводники, диэлектрики и изоляторы.

В металлах электроны перемещают заряд. При этом само вещество никуда не течет: ионы металлов прочно закреплены в узлах конструкции и лишь слегка колеблются.

В жидкостях заряд переносится ионами: положительно заряженными катионами и отрицательно заряженными анионами. Частицы устремляются к противоположным зарядным электродам, где становятся нейтральными и оседают.

Плазма образуется в газах под действием сил с разным потенциалом. Заряд переносится свободными электронами и ионами к обоим полюсам.

В полупроводниках электроны перемещают заряд, перемещаясь от одного атома к другому и оставляя за собой разрывы, которые считаются положительно заряженными.

Строение атома

Итак, приступим. Любое вещество, будь то дерево, камень, стекло или вода, состоит из более мелких элементов, называемых молекулами. Например, капля воды состоит из множества отдельных молекул, имеющих известную химическую формулу H2O. Кроме того, молекулу вещества можно разделить на еще более мелкие частицы — атомы.

Когда-то считалось, что атом — это самая маленькая частица, существующая в природе, и разделить ее на более мелкие элементы уже было невозможно. Поэтому слово «атом» переводится с древнегреческого «неделимый».

Сейчас известно только более сотни различных атомов, но они могут образовывать миллионы различных молекул и, следовательно, столько же различных веществ. Например, молекула воды H2O состоит из двух атомов водорода H и одного атома кислорода O.

Со временем, проведя множество кропотливых экспериментов, ученые пришли к выводу, что существуют частицы гораздо меньшего размера.

Напряжение

Разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле называется напряжением. Чем больше разница, тем сильнее тенденция электронов двигаться к противоположно заряженному веществу. Проще говоря, напряжение — это сила, перемещающая электроны от одного атома к другому. Напряжение измеряется вольтметром. За единицу измерения напряжения принимается «вольт» (В). Для удобства используются следующие значения измерений: микровольт (мкВ, 0,000001 В), милливольт (мВ, 0,001 В), вольт (В, 1 В), киловольт (кВ, 1000 В), мегавольт (МВ, 1000, 000 В).). На схемах и формулах напряжение обозначается буквой «U» (у).

Сопротивление

Свойство проводящего материала предотвращать прохождение электрического тока называется электрическим сопротивлением. Двигаясь по проводнику, свободные электроны на своем пути взаимодействуют с атомами и другими электронами. Это приводит к потере части их энергии. Можно сказать, что электрон испытывает сопротивление своему движению. У разных материалов разная атомная структура. В результате они имеют разное сопротивление электрическому току. Сопротивление измеряется омметром. За единицу сопротивления принимается «Ом» (Ом). Это минимальное сопротивление. Для удобства работы используются следующие значения измерений: Ом (Ом, 1 Ом), килоом (кОм, 1000 Ом), мегаом (Ом, 1000000 Ом). На схемах и формулах сопротивление обозначается буквой «R» (эр).

Ток, напряжение и сопротивление — взаимосвязанные величины, которые влияют друг на друга. Эта зависимость хорошо демонстрируется законом Ома для участка цепи. В нем говорится: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Его можно записать в виде формулы I = U / R.

Прямая пропорция показывает, что если напряжение увеличится в несколько раз, ток увеличится на такую ​​же величину. Обратная пропорция показывает, что если сопротивление увеличить в несколько раз, ток уменьшится на такую ​​же величину.

Мощность

Мощность электрического тока — это количество работы, совершаемой током за одну секунду времени. Чем больше проделанная работа, тем больше разность потенциалов и тем большее количество электричества, которое проходит через секцию проводника каждую секунду. За единицу измерения мощности принимается «ватт» (Вт). Такое название агрегат получил в честь шотландского инженера и изобретателя Джеймса Ватта (1736 — 1819). На схемах и формулах мощность обозначается буквой «П» (р). Определение мощности можно записать в виде формулы P = I x U. Если мощность электроприбора известна (обычно указывается на специальной этикетке, прикрепленной к корпусу), вы всегда можете узнать ток, протекающий через цепь, к которой будет подключено это устройство. Он рассчитывается по формуле I = P / U.

Планетарная модель атома

Центральный и самый тяжелый элемент атома — это ядро. Электроны движутся вокруг него на некотором расстоянии по разным орбитам. Ядро не является составным элементом, оно состоит из протонов и нейтронов.

Электроны заряжены отрицательно, а протоны — положительно. Нейтрон не проявляет свойств ни одного заряда, т.е он нейтрален, отсюда и его название.

Для упрощения некоторых процессов используется планетарная модель атома. По аналогии с Солнцем, вокруг которого планеты движутся по орбите, электроны движутся вокруг ядра в атоме. Но электрон — это не какая-то плотная частица, а сгусток энергии, размазанный в пространстве, как сплющенная шаровая молния.

Масса протона примерно в 2000 раз больше массы электрона. Но общий положительный электрический заряд всех протонов равен общему отрицательному заряду всех электронов. Следовательно, в нормальных условиях (по умолчанию) атом электрически нейтрален, и никакие силы вне его не воспринимаются. Положительный и отрицательный заряды, кажется, нейтрализуют друг друга.

В периодической таблице химических элементов, известной нам как периодическая таблица, все атомы расположены в строгой последовательности: от самых легких до самых тяжелых — в соответствии с величиной их атомной массы, масса которой состоит из протонов. У нейтронов тоже есть масса, но мы не будем об этом говорить, так как они не обладают ярко выраженным электрическим зарядом.

Самый легкий химический элемент — водород, поэтому он первым занесен в таблицу Менделеева. У атома водорода есть протон и электрон. Другие химические элементы содержат в ядре несколько протонов. А электроны движутся вокруг ядра по разным орбитам. Чем ближе электрон к ядру, тем сильнее, с большей силой он будет притягиваться к протону. Электроны, расположенные на самых дальних орбитах, имеют самую слабую электрическую связь с протонами. И если атому подать извне энергию, например, чтобы нагреть его, то под действием избыточной энергии электрон может покинуть свою орбиту, а следовательно, и свой атом.

Однако он может не только покинуть атом совы, но и занять место на орбите другого атома. Именно те электроны, которые находятся на наиболее удаленных от ядра орбитах, имеют практическое применение в электронике, поскольку при наличии дополнительной энергии они легко покидают свои орбиты и освобождаются. А свободный электрон, когда он движется, уже может делать полезную работу.

Положительный и отрицательный ионы

Как мы отмечали ранее, по умолчанию атом электрически нейтрален: положительный и отрицательный заряды равны и нейтрализуют друг друга. Но как только хотя бы один электрон покидает свое место в атоме, тогда общий положительный электрический заряд протонов преобладает над отрицательным зарядом всех оставшихся электронов, поэтому такой атом в целом обладает свойствами положительного заряда и называется ионно-положительным.

Если атом получил дополнительный электрон, отрицательный заряд будет преобладать. В этом случае атом называется отрицательным ионом.

Следует отметить, что положительный или отрицательный заряд будет иметь не только атом, но и молекула, а следовательно, и вещество, содержащее данный атом.

Электризация

Процесс получения дополнительного электрона или, наоборот, его потеря называется электризацией. Если в теле есть избыток или недостаток электронов, т.е четко выраженный заряд любого знака, то говорят, что тело наэлектризовано.

экспериментально установлено, что заряды одного знака отталкиваются, а заряды разных знаков притягиваются. Подобный эксперимент можно повторить известным способом: подвесить на проволоке два металлических шара, изначально имеющих нейтральный заряд. Итак, вы даете одному мячу положительный заряд, а второму — отрицательный. В результате шары будут притягиваться друг к другу. Если два шара получают заряд одного знака, то они отталкиваются друг от друга.

Пришло время вернуться к нашему опыту, когда мы натирали шерсть пластиковой палочкой. При трении пластмассы за счет сил трения электронам в атомах шерсти передается определенная энергия, под действием которой они покидают свои атомы и переходят на орбиты атомов пластмассы. В результате пластиковая палочка приобретает отрицательный заряд из-за избытка электронов на шерсти.

Когда вы натираете стеклянную палочку шелком, происходит обратное. Электроны из поверхностного слоя стекла покидают стержень. В этом случае стеклянный стержень приобретает положительный заряд из-за преобладания общего заряда протонов.

Поэтому изменение количества электронов в верхних слоях рассматриваемых материалов при их трении называется электризацией трением.

Здесь следует отметить, что из-за трения только очень небольшая часть атомов отдает свои электроны. Даже если мы скажем, что миллиардная часть атомов остается без электронов на внешней орбите, это все равно будет слишком большим преувеличением, поэтому массы наэлектризованных тел практически не изменятся.

Также следует отметить, что из-за электрификации электроны нигде не рождаются и никуда не исчезают, а только переходят от атомов одного тела к атомам другого тела.

По нашему опыту, мы использовали стекло, пластик, шерсть, шелк. Электроны очень плохо проходят через эти материалы, поэтому они относятся к хорошим диэлектрикам, материалам, которые, в отличие от проводников, имеют очень плохую проводимость.

В диэлектриках заряд остается в месте своего возникновения и не может пройти через поверхность через все тело к другим объектам, контактирующим с ним. Поэтому, когда мы натираем пластиковую палочку шерстью, образующиеся свободные заряды остаются на своих местах: электроны, выходящие из шерсти, находят новые места на поверхности пластиковой палочки.

Электризация металла

Если мы возьмем хорошо проводящий материал, например кусок металла, при трении им о диэлектрик, заряд, образованный на поверхности металла, мгновенно уйдет в землю через наше тело и другие объекты. Поскольку, в отличие от рассмотренных диэлектриков, наше тело имеет относительно хорошую проводимость и заряды перемещаются по нему относительно легко.

Невозможно оценить опыт электризации трением, даже если мы возьмем два металлических предмета, даже с хорошо изолированными ручками. При взаимном трении между металлом и металлом, как и в предыдущих экспериментах, возникнут свободные электроны. Однако из-за наличия неизбежной шероховатости поверхностей будет невозможно разделить оба металлических предмета по всей поверхности одновременно, а в последней точке соприкосновения двух поверхностей электроны будут проходить через так называемый «мостик», пока их количество снова не станет таким же, как и до протирания.

Электробезопасность

Нет такого человека, который бы сейчас не пользовался различными электроприборами. При всех достоинствах электрического тока существует опасность его воздействия на организм человека. Уже в восемнадцатом веке итальянский врач, физиолог и физик Луиджи Гальвани (1737 — 1798) обнаружил явление сокращения мышц у лягушки, умершей под действием электрического тока. Он предположил, что любой живой организм производит «животное электричество» для управления мышцами. Заслуги ученого не остались незамеченными. Его называют отцом современной электрофизиологии. Затем ученые доказали, что мозг является генератором электрической активности (были обнаружены биотоки мозга). Проще говоря, мозг использует свои импульсы для управления мышцами, отправляя их по нервам.

Конечно, любой внешний электрический ток, протекающий по телу человека, нарушает работу биотоков мозга. Ток как бы блокирует импульсы мозга и не дает мышцам сокращаться. Это очень опасно для живого организма. Например, из-за остановки мышц легких человек перестает дышать (возникает асфиксия), а когда мышцы сердца не сокращаются, прекращается кровообращение. Иногда бывает, что человек попадает под действие электрического тока и не может от него избавиться. Я схватился рукой за оголенный электрический провод, но не могу его выбросить. То есть соответствующий импульс, посланный от мозга к мышце руки, не может преодолеть действие внешнего источника электрического тока.

Для защиты людей на производстве существует целый раздел техники безопасности: электробезопасность. Специальные лица должны проводить соответствующие инструктажи, в которых подробно описываются меры электробезопасности на конкретном рабочем месте. В домашних условиях это не так, но вся бытовая техника выпускается с соответствующим классом защиты от поражения электрическим током. Бояться нечего, нужно просто использовать полезную технику и использовать ее только по прямому назначению. При соблюдении техники безопасности электричество всегда будет хорошим помощником в вашей жизни.

Статическое электричество

Итак, мы поняли первый пункт и теперь знаем, что при трении рассматриваемых объектов некоторые электроны получают избыточную энергию и покидают атомы тела, которое становится положительно заряженным и занимает места на орбитах атомов другого вещества, которое приобретает свойства отрицательного заряда. В этом случае заряды одного знака отталкиваются друг от друга и притягиваются заряды разного знака. Силы, создаваемые зарядами, называются электрическими. А сам факт наличия электрических зарядов и их взаимодействия называется электричеством.

Что такое электричество и откуда оно берется

Что они думают, когда слышат слово «электричество» или «электрический»? На ум приходят розетки, линии электропередач, трансформаторы или сварочные аппараты, удары молнии, аккумуляторы и зарядные устройства. Конечно, в современной цивилизации много электричества. Кроме того, это в природе. Но что мы о нем знаем?

Электричество — это процесс перемещения заряженных частиц под действием электромагнитного поля:

• в одном направлении (постоянный ток);
• с периодической сменой направления (переменный ток).

Термин имеет греческое происхождение, а электрон означает янтарь. Первым его применил древнегреческий философ Фалес.

Когда мы вставляем вилку в розетку, включаем электрический чайник или нажимаем выключатель, электрическая цепь замыкается между источником и приемником электричества, благодаря чему электрический заряд получает путь для движения, например, по спирали чайника. Процесс можно описать следующим образом:

• Источник электричества — розетка.
• Электрический ток — это электрический заряд, который движется через проводник (например, спираль чайника).
• Проводник соединяет розетку с потребителем двумя проводами: по одному из них заряд движется к потребителю, а по второму — к розетке.
• В случае переменного тока провода меняются ролями 50 раз в секунду.

Источником энергии для движения зарядов (то есть источником электроэнергии) в городах являются электростанции. Они вырабатывают электроэнергию с помощью мощных генераторов, ротор которых вращает ядерную установку или электростанцию ​​(например, гидротурбину).

Трансформаторы электростанций подают очень высокое переменное напряжение 110, 220 или 500 киловольт на высоковольтные линии электропередачи. Достигнув приведенных подстанций, она падает до уровня домашней сети — 220 вольт. Это напряжение в наших розетках, которое мы используем каждый день, независимо от длины пройденного пути.

можно ли хранить электроэнергию для бытовых нужд? Да, и мы тоже этим пользуемся. Этому способствует преобразование в химическую энергию, то есть в батареи. Химические реакции между электродами (токопроводящие вещества и растворы) создают ток, когда внешняя цепь замкнута для потребителя. Чем больше площадь электродов, тем больший ток можно получить.

Используя разные электродные материалы и количество элементов, подключенных к батарее, можно генерировать разные напряжения. Например, в литий-ионном аккумуляторе стандартное напряжение на элемент составляет 3,7 вольт. Работает это так:

• Ионы лития с положительным зарядом во время разряда перемещаются в электролите от анода (положительного электрода) из меди и графита к катоду (отрицательному электроду) из алюминия.
• Во время зарядки происходит обратное движение и образуются соединения графита с литием, то есть накопление энергии в виде химического соединения.

Этот аккумулятор полностью работает около 1000 циклов заряда-разряда.

В современном мире все привыкли, что в доме всегда есть электричество. Тысячи людей ежедневно работают над тем, чтобы его источники работали непрерывно.

Наблюдения в древности

Наши предки знали необычные свойства некоторых видов рыб. В древнеегипетских текстах, датируемых 2750 годом до нашей эры, говорится о рыбе, способной создавать электрические разряды — «гром Нила”.

Барельеф, сделанный древним художником около 2300 г до н.э., изображает сцену рыбалки. Среди изображений рыб внизу барельефа можно увидеть электрического сома.

Древнеримский ученый Плиний Старший описал необычные возможности электрического сома и скатов. Он упомянул способность разрядов, создаваемых этими животными, перемещаться по проводящим объектам.

Арабские, римские и греческие врачи использовали силу электрической рыбы для лечения подагры и головных болей. Метод лечения заключался в прикосновении пациента к ним и получении мощного электрошока.

Знаменитый древнеримский ученый Гален, живший во втором веке нашей эры, использовал этот метод в терапии с таким успехом, что император Марк Аврелий назначил его своим врачом.

Обращают на себя внимание барельефы древнеегипетского храма богини Хатор, построенного более 4,5 тысяч лет назад. Изображенные на стенах предметы напоминают газоразрядные электрические лампы и предполагают, что они использовались для освещения храма.

Большинство египтологов придерживаются противоположной точки зрения. Они опровергают это открытие и утверждают, что для производства таких ламп, помимо мощного источника тока, требовались вакуумные насосы, токопроводы, изоляторы и передовые технологии выдувания стекла.

Фалес, философ и математик из древнегреческого города Милет, экспериментально установил в 600 г до н.э., что янтарь, натертый на шерсть животных, притягивает различные светящиеся объекты. Из-за небольшого объема исследований и низкого уровня развития науки в то время сущность явления до конца не изучена.

Необычная особенность янтаря объяснялась влиянием божественных сил. Кстати, корень слова «электричество» связан с греческим названием янтаря — электрон.

Немецкий археолог Вильгельм Кениг в 1936 году в окрестностях Багдада, столицы современного государства Ирак, обнаружил артефакт возрастом более 2 тысяч лет. Это остатки терракотового сосуда, длина которого составляла 13 см, верхняя часть сосуда была залита битумом. Внутри был стальной стержень, вставленный в медный цилиндр.

Ученый предположил, что этот сосуд является химическим источником электрического тока при наполнении кислотным или щелочным раствором. Гипотеза Кенига была эмпирически подтверждена многими учеными. Так, в 1947 году американский физик сделал копию корабля. В качестве электролита он использовал сульфат меди. Напряжение, создаваемое батареей, составляло 2 В.

Конечно, критиковалась теория о возможности того, что древние создали источники энергии. Они утверждают, что никакого оборудования, способного работать от электрического тока, не обнаружено. Устройство с батарейным питанием, у которого вся верхняя часть была покрыта слоем битума, не предполагает его использования в качестве источника питания, а, напротив, похоже на контейнеры для хранения свитков.

Природа явления

Электричество как таковое не было изобретено, так как это природное явление, и его изучение началось в Древней Греции в VII веке до нашей эры. Философ и естествоиспытатель Фалес Милецкий обратил внимание на то, что если натереть янтарь овечьей шерстью, то камень обладает способностью притягивать к себе некоторые легкие предметы. Он также сформулировал термин. Поскольку янтарь по-гречески называется «электроном», явившаяся сила была обозначена Фалесом как «электричество».

Научные изыскания

Настоящие научные исследования электрической природы начались только в 17 веке в эпоху Возрождения. В Магдебурге в то время он занимал пост мэра Отто фон Герике, но власть не была настоящим увлечением чиновника. Все свободное время он проводил в своей лаборатории, где, внимательно изучив труды Фалеса Милетского, изобрел первую в мире электрическую машину. Правда, его применение было не практическим, а скорее научным, оно позволило изобретателю изучить эффекты притяжения и отталкивания с помощью электрической силы. Машина представляла собой стержень, на котором вращался серный шар; в этом дизайне он заменил янтарь.

История изобретения электричества

Было бы неправильно сказать, что только один человек открыл электричество. Сама идея существовала тысячи лет, а затем началась эпоха научных и коммерческих исследований. Многие великие умы работали над природой электричества.

Фалес Милетский

Около 600 г до н.э греческий математик Фалес обнаружил, что при трении меха о янтарь между ними возникает притяжение. Оказалось, что это вызвано дисбалансом электрических зарядов, так называемым статическим электричеством.

Уильям Гилберт

Английский физик написал книгу «De Magnete» в 1600 году. В ней ученый объяснил эксперименты, проведенные Фалесом Милетским. Явление статического электричества, которое древний исследователь создал с помощью янтаря (греч. «Электро»), Гильберт назвал электрической силой.

так появилось английское слово «электричество». Кроме того, ученый изобрел электроскоп, который определяет наличие электрических зарядов на теле.

Шарль Франсуа Дюфе

В начале 17 века французский ученый открыл два типа электричества. Он назвал их стекловидными и смолистыми (в современной терминологии — положительные и отрицательные заряды). Он обнаружил, что объекты с одинаковыми зарядами притягиваются друг к другу, а объекты с противоположными зарядами отталкиваются.

Бенджамин Франклин

В середине 18 века Бенджамин Франклин провел многочисленные эксперименты, изучая природу электричества. В 1748 году ему удалось построить электрическую батарею из листов стекла, спрессованных из листов свинца. Ученый открыл принцип сохранения заряда. Летом 1752 года Франклин провел знаменитый эксперимент, доказавший, что молния — это электричество.

Луиджи Гальвани

Этот итальянский физик и биолог был лидером в открытии явления биоэлектромагнетизма. В 1780 году он экспериментировал с лягушками и обнаружил, что электричество — это средство, с помощью которого нейроны передают сигналы мышцам.

Алессандро Вольта

Этот итальянский физик обнаружил, что некоторые химические реакции являются источниками постоянного электрического тока. Он построил электрическую батарею из меди и цинка, чтобы производить непрерывный поток электрических зарядов.

Вольта ввел понятия электрического потенциала (V) и заряда (Q), выразил закон емкости, который он позже назвал. За эту работу в его честь была названа установка для измерения электрического потенциала.

Ханс Кристиан Эрстед и Андре-Мари Ампер

В начале 19 века датский физик Ганс Кристиан Эрстед обнаружил прямую связь между электричеством и магнетизмом. Он описал, как стрелка компаса отклоняется электрическим током.

Вдохновленный этой работой, французский физик Андре-Мари Ампер составил формулу для описания магнитных сил, возникающих между объектами с током. В его честь названа установка для измерения электрического тока.

Майкл Фарадей

Этот ученый:

• заложил основы концепции электромагнитного поля;
• он обнаружил, что магнетизм влияет на световые лучи;
• изобрел электромагнитные вращающиеся устройства.

В 1831 году Фарадей построил электрическое динамо, в котором механическая энергия вращения непрерывно преобразовывалась в электрическую. Это дало возможность производить электричество.

Вклад Максвелла

После открытия электромагнитной индукции в научном мире появились два разных взгляда на происхождение электрических и магнитных явлений.

Большинство ученых поддержали концепцию дальнего действия, в которой электромагнитные силы рассматривались как подобие гравитационных сил. Майкл Фарадей придерживался идеи силовых линий, соединяющих положительные и отрицательные заряды.

Британскому физику Джеймсу Максвеллу удалось решить задачу построения математической теории, сочетающей концепции силовых линий и дальнего действия. Он вывел уравнения взаимодействия зарядов и токов в 1873 году.

Согласно полученным уравнениям было обнаружено, что электрическое поле, изменяющееся во времени, приводит к появлению магнитного поля. Последнее, в свою очередь, приводит к появлению электрического поля. В результате этого взаимодействия в космосе электромагнитные волны распространяются со скоростью света.

Свеча Яблочкова

Еще один русский изобретатель, внесший вклад в развитие энергетики, — Павел Яблочков (1847–1894). В 1875 году он создал угольную дуговую лампу. Ему присвоили название «свеча Яблочкова». Впервые изобретение было продемонстрировано широкой публике на Всемирной выставке в Париже. Так была написана история происхождения света. Электричество в нашем привычном понимании приближалось.

Лампа Яблочкова, несмотря на революционный характер идеи, имела несколько роковых недостатков. После отключения от источника он погас и перезапустить свечу уже не было возможности. Однако история происхождения электричества по праву оставила имя Павла Яблочкова в его летописях.

Лампа накаливания Лодыгина

Первые отечественные опыты, связанные с городским электрическим освещением, были проведены Александром Лодыгиным в Санкт-Петербурге в 1873 году. Именно он изобрел лампу накаливания. Однако попытка внедрить новинку в массовую эксплуатацию оказалась неудачной: она не смогла занять нишу вездесущих газовых фонарей. Патент на вольфрамовую нить накаливания был продан иностранной компании General Electric.

Однако российские энтузиасты энтузиазма не утратили. Незадолго до Первой мировой войны Общество электрического освещения получило право производить лампы накаливания. Грандиозные планы не осуществились из-за кровопролития, экономического коллапса и всеобщей разрухи. В 1917 году лампы накаливания были только в богатых домах, успешных магазинах и т.д. В целом даже в двух столицах такое освещение освещало только треть зданий. Электричество в народе считалось невероятной роскошью, и каждое новое освещенное окно привлекало внимание тысяч горожан.

Станции и трамваи

Меньшие станции также появились в царскую эпоху. История электроэнергетики в России во многом обязана немецкому промышленнику Вернеру фон Сименсу. В 1883 году работал над праздничным освещением Московского Кремля. После первого успешного опыта его компания (которая впоследствии стала глобальной компанией) создала систему освещения Зимнего дворца и Невского проспекта в Санкт-Петербурге. В 1898 году в столице на Обводном канале появилась небольшая электростанция. Бельгийцы вложили деньги в аналогичное предприятие на набережной Фонтанки, а немцы вложили в другое предприятие на Новгородской улице.

История электричества не ограничилась рождением электростанций. Первый трамвай Российской Империи появился в 1892 году в Киеве. В Санкт-Петербурге этот новый вид общественного транспорта был впервые изобретен в 1907 году инженером-энергетиком Генрихом Графтио. Инвесторами проекта выступили немцы. Когда началась война с Германией, они вывели столицу из России, и проект был на время заморожен.

Этапы создания теории

Каждый этап построения теории электричества строился на основе личных открытий выдающихся физиков. Их фамилии составляют список имен, которым принадлежит изобретение электричества. Теоретическая научная база электричества развивалась постепенно по мере накопления экспериментального опыта.

Появление термина

выше уже упоминалось, что понятие «электричество» впервые ввел в обиход Уильям Гилберт в 1600-х годах. С тех пор отмечается дата появления электричества.

Первая электростатическая машина

Продемонстрированный в 1663 году мэром Магдебурга Отто фон Хенрике, он считается первой электростатической машиной. Это был шар из смолы, посаженный на металлический стержень.

Лейденская банка

В 1745 году произошло знаменательное событие: голландский исследователь Петер ван Мушенброк создал электростатический конденсатор. Устройство получило свое название от города, в котором было сделано изобретение: Лейденского банка.

Два вида зарядов

Бенджамин Франклин ввел понятие полярности заряда. С тех пор стало аксиомой, что любой электрический потенциал имеет отрицательный и положительный полюсы.

Электромагнитная индукция

Явление появления электрического тока в замкнутой цепи проводника при прохождении через него переменного магнитного поля было описано в 1831 году Фарадеем. Теория электромагнитной индукции позволила открыть последовательные законы электротехники и изобрести различные модели генераторов постоянного и переменного тока. Эти устройства демонстрируют, как электричество появляется и течет в результате действия электромагнитной индукции.

Распространение и становление электротехники в конце 19 – начале 20 века

Становлению электротехники предшествовали исторические открытия в области электродинамики и электромагнитной индукции. Постепенно формировался весь арсенал методов расчета электрических цепей постоянного тока.

Ограниченные возможности тепловых двигателей больше не соответствовали растущим потребностям отрасли. Выход из кризиса был найден за счет использования электрических машин. Их использование позволило произвести революцию в промышленном производстве за несколько десятилетий.

Период с 1821 по 1834 год был пионером в разработке электродвигателей. Это было тесно связано с разработкой устройств Фарадея, демонстрирующих возможность преобразования электрической энергии в механическую.

Второй фазой считается период с 1834 по 1860 годы. Тогда появились электродвигатели с явнополюсной броней. Созданное в 1834 году русским изобретателем Борисом Якоби, устройство было первым в мире электродвигателем, в котором вращался рабочий вал. Предыдущие конструкции предусматривали только колебательное или возвратно-поступательное движение якоря.

Конструкция этого двигателя постоянного тока предполагала наличие двух групп электромагнитов. Подвижные электромагниты (3) устанавливались на роторе (2), неподвижные — на статоре (1). Инверсия полярности достигалась с помощью переключателя (4). Вал (5) вращался со скоростью 40 об / мин. Мощность первого двигателя составляла 15 Вт. Питание осуществлялось постоянным током от гальванической батареи (6).

Третьим этапом развития электродвигателей считается период с 1860 по 1887 год. В это время разрабатывались конструкции двигателей с кольцевым неявным полярным якорем и постоянным крутящим моментом.

В 1888 году Никола Тесла, ученый и изобретатель сербского происхождения, получил патент на практическое применение двухфазной системы переменного тока и двухфазного электродвигателя.

Русский ученый Михаил Доливо-Добровольский, усовершенствовав систему двухфазного тока, в 1889 году получил патент на асинхронный двигатель, работающий от системы передачи трехфазного переменного тока.

Отличительной особенностью этой системы является необходимость всего трех проводов для передачи электроэнергии. В 1889 году ученым был изобретен и запатентован трехфазный трансформатор.

Трехфазная система позволила решить проблему передачи электроэнергии на большие расстояния с минимальными потерями. В 1891 году во время международной выставки ученый построил ЛЭП длиной 170 км. Это было рекордное расстояние для того времени.

Первая техника

В 1872 году русский ученый Александр Лодыгин подал заявку на патент на лампу накаливания с угольным стержнем и получил его в 1874 году.

Впервые такие лампы были применены в электрическом освещении Литейного моста в Санкт-Петербурге в 1879 году.

Из-за дороговизны и небольшого количества света свечи Яблочкова использовались вместо ламп накаливания. Русский ученый Павел Яблочков получил патент на свое изобретение в 1876 году в Париже.

Вместо светящейся нити накаливания источником света служила электрическая дуга, которая горела между двумя угольными стержнями. Стержни разделялись изолирующей перегородкой, а сверху закреплялась тонкая проволока.

При поджиге проволоки дуга перегорела и загорелась. Свеча светилась равномерно и ярко в течение 1,5 часов. Для поддержания горения дуги не потребовалось использование механических регуляторов.

Позже Яблочков усовершенствовал конструкцию свечи и смог устранить ее главный недостаток — невозможность повторно зажечь ее. Для этого он начал добавлять в изоляционный материал соли разных металлов, благодаря чему также смог изменить оттенок арки.

Благодаря простой конструкции свеча Яблочкова стоила дешевле и была удобнее в использовании, чем лампа накаливания. Свечи Яблочкова установили сначала в Париже, затем в Лондоне, а затем и в других городах мира.

Развитие электричества в России и ГОЭЛРО

Распространению электроэнергии в России способствовало создание Особого отдела Русского технического общества. В него вошли ученые Яблочков, Лодыгин и Чиколев.

Благодаря усилиям компании было организовано электрическое освещение улиц Москвы и Санкт-Петербурга. В Санкт-Петербурге Большой театр и Михайловские конюшни освещались дуговыми лампами. Москва обеспечила электрическое освещение площади перед Храмом Христа Спасителя.

Из-за высокой стоимости и отсутствия поблизости электростанций электрическое освещение применялось в основном в промышленных зданиях, магазинах и общественных местах. В жилых домах это считалось редкостью.

Хотя в стране не было государственной поддержки, до 1914 года темпы роста потребления электроэнергии были очень высокими. К сожалению, после начала Первой мировой войны темпы электрификации значительно снизились, а после революции и гражданской войны электрическая промышленность пришла в полный упадок.

В 1920 году была создана комиссия ГОЭРЛО, целью которой была разработка плана электрификации страны. Под президентством Кржижановского было задействовано более 200 человек.

План был принят в 1931 году. Количество произведенной электроэнергии было в 7 раз больше, чем дореволюционная генерация. Всего было введено 40 заводов.

Наука, изучающая электричество

Электричество — это природное явление. Частично изучается биология, химия и физика. Электрические заряды более полно рассматриваются в рамках электродинамики, одного из разделов физики.

Теории и законы электричества

Есть несколько законов, которым подчиняется электричество, но они полностью описывают явление:

• Закон сохранения энергии — это фундаментальный закон, который также подчиняется электрическим явлениям;
• Закон Ома — основной закон электрического тока;
• Закон электромагнитной индукции — об электромагнитном и магнитном полях;
• Закон Ампера — о взаимодействии двух проводников с токами;
• Закон Джоуля-Ленца — о тепловом действии электричества;
• Закон Кулона — об электростатике;
• Правила правой и левой руки — определяют направления силовых линий магнитного поля и силы Ампера, действующей на проводник в магнитном поле;
• Правило Ленца: определение направления индукционного тока;
• Законы Фарадея касаются электролиза.

Первые опыты с электричеством

Первые опыты с электричеством носили в основном игровой характер. Их суть заключалась в легких предметах, которые притягивались и отталкивались под действием малоизученной силы. Еще один интересный опыт — передача электричества через цепочку людей, держащихся за руки. Физиологическое действие электричества активно изучал Жан Нолле, который пропустил электрический заряд через 180 человек.

Что означает постоянный ток?

Электрический ток бывает двух видов: переменный и постоянный. Они отличаются тем, что последний не меняет направления, имеет два вывода (положительный «+» и отрицательный «-») и всегда начинает свое движение с «+». А у переменного тока есть два вывода — фазный и нулевой. Из-за наличия фазы на конце проводника его еще называют однофазным.

Принципы устройства однофазного переменного и постоянного электрического тока совершенно разные: в отличие от постоянного тока переменный ток меняет как свое направление (образуя поток как от фазы к нулю, так и от нуля к фазе), так и свою величину. Так, например, переменный ток периодически меняет величину своего заряда. Получается, что на частоте 50 Гц (50 колебаний в секунду) электроны меняют направление движения ровно 100 раз.

Где используется постоянный ток?

Постоянный электрический ток имеет некоторые особенности. Из-за того, что он течет строго в одном направлении, трансформировать его сложнее. Источниками постоянного тока можно считать следующие элементы:

• батарейки (как щелочные, так и кислотные);
• обычные батарейки, используемые в мелкой бытовой технике;
• генераторы постоянного тока;
• а также различные устройства, такие как преобразователи.

Производство и практическое использование

С момента появления первого электричества до массового производства электричества и его практического применения должно было произойти множество открытий и изобретений в области производства и передачи электроэнергии.

Генерирование и передача электроэнергии

Со временем они начали изобретать различные способы производства электроэнергии. С появлением мобильных, а затем и гигантских электростанций возникла проблема передачи электроэнергии на большие расстояния.

Решить эту проблему помогла научно-техническая революция. В результате были построены огромные сети передачи энергии, охватывающие страны и целые континенты.

Применение

где бы электричество ни было, назвать сферу человеческой деятельности практически невозможно. Это главный источник энергии во многих жизненно важных сферах деятельности человека.

Влияние электричества на живые организмы

Электрический ток может в разной степени влиять как на животных, так и на людей.

Действие электрического тока на организм человека

Как правило, наиболее распространенный в быту электрический переменный ток оказывает на организм человека негативное воздействие, степень которого зависит от значения такой характеристики, как сила тока:

• При силе тока от 5 до 7 Ампер наблюдаются судороги в мышцах рук;
• Токи силой от 8 до 25 Ампер приводят к болезненным ощущениям, нарушению дыхания;
• Ток силой 50-80 ампер вызывает паралич дыхания и остановку сердца;
• Сила тока более 80 ампер вызывает остановку сердца и паралич дыхания.

Интересные факты об электричестве

• Для вывода электричества из магнита из динамика вокруг него наматываются два медных провода, два их конца спаяны между собой, к оставшимся подключаются небольшая лампочка и светодиодная лента. Для изготовления источника питания лампы накаливания 220В используются более сильные и большие магниты, толстые медные провода большого сечения.
• Самой старой батареей считается найденное при раскопках в Египте устройство, представляющее собой медный сосуд с вставленным в него железным стержнем, не касающимся стен.
• Чтобы показать, как генерируется и течет электричество, при дворе короля Людовика XV был проведен эксперимент с Лейденским банком и обучением солдат: солдаты, взявшись за руки, образовали не что иное, как первую настоящую живую электрическую систему для мирового контура;
• Из-за большого количества смертей от молний в Италии в 18 веке во многих европейских странах появилась очень странная мода на шляпы и зонтики с громоотводами;
• В скандинавских странах основным, а иногда и единственным источником электроэнергии являются гидроэлектростанции. Благодаря этому в этих штатах очень низкий уровень загрязнения воздуха.

Знание того, как работает семейное электричество для всех, очень важно для каждого человека не только с целью самообучения и расширения своего кругозора, но и для обеспечения своей безопасности в мире, где опасное электричество присутствует практически на каждом шагу.