Кто создал первую теорию электричества. Изобретение электричества: история, применение, получение

Среди жителей планеты найти таких, которые не имеют понятия об электричестве, трудно. Но вот тех, кто знает, когда и кто открыл электричество, из чего оно состоит, кто сделал важное и полезное для человечества открытие, мало. Потому стоит разобраться, что представляют собой электрические явления и кому мы обязаны их открытием.

Вконтакте

Когда и как было открыто

История открытия этого явления была очень длительной. Само слово придумал греческий ученый Фалес. Оно стало производным от понятия «электрон», которое переводится как «янтарь». Появился этот термин до нашей эры, благодаря Фалесу, заметившему свойство янтаря после того, как его потереть, притягивать легкие предметы.

Произошло это за семь столетий до н.э. Фалес проводил много опытов, изучая увиденное. Это были первые опыты с зарядами в мире. На этом его наблюдения и закончились. Далее он не смог продвинуться, но именно этот ученый считается основоположником теории электроэнергии , ее первооткрывателем, хотя как наука это явление не получило развития. Его наблюдения были надолго забыты, не вызвав интереса у ученых.

Первые опыты

В середине XVII столетия Отто Герике занялся научным исследованием наблюдений Фалеса. Немецкий ученый сконструировал первый прибор в форме вращающегося шара, который он зафиксировал на железном штифте.

После его смерти исследования продолжили другие ученые:

• немецкие физики Бозе и Винклер;
• англичанин Хоксби.

Они усовершенствовали прибор, изобретенный Генрике, и открыли некоторые другие свойства явления. Первые опыты, проводимые с помощью этого аппарата, послужили толчком для новых изобретений.

История открытия

Дальнейшее развитие теория электричества получила несколько столетий спустя. Создал теорию У. Гильберт, который заинтересовался подобными явлениями.

В начале 18века было доказано, что получаемое при трении разных материалов электричество бывает разное. А в 1729 г. голландец Мушенбрук обнаружил, что если стеклянную банку залепить с обеих сторон листиками станиоля, там будут накапливаться электроэнергия.

Это явление получило название лейденской банки .

Важно! УченыйБ. Франклин первым предположил, что существуют положительные и отрицательные заряды.

Он смог пояснить процесс лейденской банки, доказав, что обкладку банки можно «заставить» электризоваться разными по знаку зарядами. Франклин занимался изучением атмосферных электрических явлений. Почти одновременно с ним подобные исследования вели русский физик Г. Рихман и ученый М.В. Ломоносов. Тогда же был изобретен громоотвод , действие которого пояснялось возникновением разности напряжений.

А. Вольт (1800 год) создал гальваническую батарею, составив ее из круглых серебряных пластин, между которыми он расположил размоченные соленой водой бумажные кусочки. Химическая реакция внутри батареи вырабатывала электрический заряд.

Начало 1831 г. ознаменовалось тем, что Фарадей создал электрический генератор, действие которого основано было на открытом этим ученым .

Немало электрических приборов создал известный ученый Никола Тесла в XX тысячелетии. Основные события в развитии электричества можно изложить в таком хронологическом порядке:

• 1791 г. - ученый Л. Гальвани открыл зарядов по проводникам, т.е. электрический ток;
• 1800 г. – представлен генератор тока А. Вольтом;
• 1802 г. - Петров открыл электродугу;
• 1827 г. - Дж. Генри сконструировал изоляцию проводов;
• 1832 г. - член академии Петербурга Шиллинг показал электрический телеграф;
• 1834 г. - академик Якоби создал электродвигатель;
• 1836 год - С. Морзе запатентовал телеграф;
• 1847 г. - Сименс предложил резиновый материал для изоляции проводов;
• 1850 год - Якоби изобрел буквопечатающий телеграф;
• 1866 г. - Сименс предложил динамо-машину;
• 1872 г. - А.Н. Лодыгин создал лампу накаливания, где использовал угольную нить;
• 1876 г - изобретен телефон;
• 1879 год - Эдисон разработал систему электроосвещения, используемую до сих пор;
• 1890 год - стал стартовым относительно широкого применения электроприборов в быту;
• 1892 г. - появились первые бытовые приборы, используемые хозяйками на кухне;

Перечень открытий можно продолжить. Но все они были уже основаны на предыдущих.

Первые опыты с электричеством

Впервые опыты с зарядами были проведены в 1729 г. англичанином С. Греем. Во время этих опытов ученый установил: не все предметы передают электрический заряд . С середины 1833 г. серьёзными исследованиями этой области науки занялся француз Ш. Дюфе. Повторив опыты Фалеса и Гильберта, он подтвердил существование двух видов заряда.

Важно! С конца 18 столетия началась новая эра достижений науки. Россиянин В. Петров открыл «Вольтову дугу». Жан А. Нолле сконструировал первый электроскоп, который послужил впоследствии прообразом электрокардиографа. А 1809 год ознаменовался важным открытием: английский ученый Деларю изобрел первую лампочку накаливания, давшую толчок в промышленном применении открытых законов физики.

Явления в природе, связанные с электричеством

Природа богата явлениями электрической природы. Примерами таких явлений, которые связаны с электричеством, служат северное сияние, молния и др.

Северное сияние

Верхние слои воздушной оболочки часто накапливают мелкие частички, прилетающие из космоса. Их столкновение с атмосферой и пылью вызывает свечение на небе, которое сопровождают сполохи. Такое явление наблюдают жители полярных районов. Назвали это явление полярным сиянием . Северное свечение длится порой несколько суток, переливаясь разными цветами.

Молния

Перемещаясь с атмосферными потоками, кучевые облака вызывают трение капель и ледяных кристаллов. В результате трения в облаках накапливаются заряды. Это приводит к образованию между облаками и землей гигантских искр. Это и есть молнии. Они сопровождаются раскатами грома.

Накопление электрических зарядов в воздухе иногда вызывает образование небольших светящихся шариков или крупных искр. Эти шары и искры названы шаровым молниями. Они перемещаются с воздухом, взрываясь от контакта с отдельными предметами. Такие молнии нередко вызывают ожоги и гибель живых существ и людей, возгорание предметов. Точно объяснить причины появления молний ученые пока не могут.

Огни святого Эльма

Так называют явление, знакомое плававшим на парусниках морякам с древности. Они радовались, когда видели свечение мачт в непогоду. Моряки считали, что огни свидетельствуют о покровительстве святого Эльма.

Свечение можно наблюдать в грозу на высоких шпилях. Огоньки выглядят как свечи и кисти голубого или светло-фиолетового оттенка. Длина этих огней иногда достигает метра. Сияние порой сопровождает шипение или негромкий свист.

Моряки пытались отломить часть мачты вместе с огнем. Но это никогда не удавалось, поскольку огонь «перетекал» на мачту и поднимался по ней вверх. Пламя это холодное, от него не происходит возгорания, оно не обжигает руки. И гореть может несколько минут, иногда около часа. Современные ученые установили, что эти огни имеют электрическую природу.

Когда появилось электричество в России

Даты, когда в России началась эра использования электроэнергии, называют разные. Все зависит от критерия, по которому ее устанавливают.

Многие соотносят это событие с 1879 годом. В Петербурге тогда были установлены электрические фонари на Литейном мосту . Но есть люди, которые считают датой появления в России электричества начало 1880 года – дату создания электрического отдела в Российском техническом обществе.

Знаковой датой также можно полагать май 1883 г., время, когда рабочие выполнили иллюминацию кремлевского двора к церемонии коронования Александра ІІІ. Для этого на Софийскую набережную установили электростанцию. А чуть позже электрифицировали главную улицу в Петербурге и Зимний.

Через три года в Российской империи создали «Общество электроосвещения», которое занялось разработкой плана установки фонарей на улицах Москвы и Санкт-Петербурга. А еще через пару лет начинается всюду по империи строительство и оснащение электростанций.

Из чего состоит электроэнергия

Все, что окружает нас, в том числе и люди, состоит из атомов. Атом же состоит из положительно заряженного ядра. Вокруг этого ядра вращаются отрицательно заряженные частицы, которые называются электронами. Эти частицы нейтрализуют положительный заряд ядра. Потому атом имеет нейтральный заряд. Образуется электричество направленным перемещением электронов из одного атома на другой. Такое действие можно осуществить с помощью генератора, трения или химической реакции.

Внимание! Процесс основан на свойстве притяжения частиц, имеющих разные заряды, и отталкивания одинаковых зарядов. В результате возникает ток, который может передаваться через проводники (чаще всего металлы). Материалы, которые не способны передавать ток, называются изоляторами. Хорошие изоляторы – это дерево, пластмассовые и эбонитовые предметы.

Как образуется разное электричество

Электроэнергия бывает разной природы: . Кроме того, есть еще статическое электричество. Оно образуется при нарушении равновесия зарядов внутри атомов, как уже было сказано ранее.

В быту человеку постоянно приходится сталкиваться с ним, поскольку одежда синтетической природы есть в каждом доме. А она во время трения накапливает заряд. Некоторые предметы одежды при раздевании или одевании дают такой эффект.

Об этом сигнализируют искры и треск. Источники статического электричества находятся в каждой квартире. Это бытовые электроприборы и компьютеры, электризующие мельчайшую пыль, которая оседает на полу, поверхностях мебели и одежде. Она оказывает отрицательное действие на здоровье людей.

Важно! Для получения электроэнергии создают магнитное поле. Оно притягивает электроны, заставляя их двигаться по проводнику. Этот процесс перемещения частиц называется электрическим током. При стационарном магнитном поле ток течет по проводнику постоянный.

Наука электродинамика

Теория электричества содержит законы, охватывающие огромное количество электромагнитных явлений и законов взаимодействий.

Это связано с тем, что все тела состоят из заряженных частиц . Взаимодействие между ними намного сильнее гравитационных. И в настоящее время эта наука является наиболее полезной для человечества.

Основателем науки признан ученый Гильберт. До 1600 г. наука эта была на уровне знаний Фалеса. Гильберт попытался построить теорию электричества.

До него замеченные греческим ученым свойства притяжения считались только забавным фактом. Гильберт свои наблюдения проводил, используя электроскоп. Его исследования и научные основания стали основополагающим этапом в науке. А само название стало применяться с 1650 г.

Современная наука об электрических явлениях и законах называется электродинамикой . Сейчас трудно себе представить жизнь без электроэнергии. С помощью электрического тока созданы многие приборы, помогающие передавать информацию на огромные расстояния, даже в . Технический прогресс позволил поставить его на службу всему человечеству, все больше открывая тайны этого природного явления. Но все же в этой области науки еще содержится много неизведанного.

Откуда появилось электричество

Кто изобрел электричество

Уже не знают сторонники альтернативных версий истории, к чему придраться:о)

На сей раз таким поводом послужили снимки завода Берда

Я полагаю, что такой незнающий не один, потому привожу часть статьи отсюда:

касающуюся только XIX века

А.Н. Лодыгин получил патент на изобретение лампы накаливания с угольным стерженьком (привилегия № 1619 от 11 июля 1874 г.) и ежегодную Ломоносовскую премию Академии наук. Устройство было запатентовано также в Бельгии, Франции, Великобритании, Австро-Венгрии. Через шесть лет, в 1880 г., электрическая лампочка Лодыгина, усовершенствованная Т. Эдисоном, начала свое триумфальное шествие по планете.

Электрическая лампа накаливания Лодыгина

Русский электротехник П.Н. Яблочков на своем небольшом электротехническом предприятии построил первую дифференциальную лампу конструкции В. Н. Чиколева. Лампа Чиколева действовала с первого момента без ручной регулировки, требовала сравнительно небольшого тока и допускала последовательное включение в цепь произвольного числа ламп. Начиная с 1879 г. идея дифференциального регулятора В.Н. Чиколева получила широкое применение в прожекторостроении.

Инженер Ф.А. Пироцкий провел ряд опытов по передаче электроэнергии на расстояние сначала нескольких десятков метров, а затем и до 1 км. На основании опытов пришел к заключению о возможности передачи электроэнергии на большие расстояния

П.Н. Яблочков завершил разработку конструкции электрической свечи, начатую в 1875 г., и 23 марта 1876 г. получил французский патент № 112024, содержащий краткое описание свечи в её первоначальных формах и изображение этих форм. «Свеча Яблочкова» оказалась проще, удобнее и дешевле в эксплуатации, чем угольная лампа А.Н. Лодыгина. Под названием «русский свет» свечи Яблочкова использовались позже для уличного освещения во многих городах мира. Также Яблочков предложил первые практически применявшиеся трансформаторы переменного тока с разомкнутой магнитной системой.

Электрический фонарь Яблочкова

1879

Русские электротехники П.Н. Яблочков, А.Н. Лодыгин, В.Н. Чиколев совместно с рядом других электротехников и физиков организовали в составе Русского технического общества Особый Электротехнический отдел. Задачей отдела было содействие развитию электротехники.

В апреле 1879 г. впервые в России электрическими фонарями освещен мост – мост Александра II (ныне Литейный мост)

Один из первых электрических фонарей

в Санкт-Петербурге. При содействии Отдела на Литейном мосту введена первая в России установка наружного электрического освещения (дуговыми лампами Яблочкова в светильниках, изготовленных по проекту архитектора Кавоса), положившая начало созданию местных систем освещения дуговыми лампами некоторых общественных зданий Петербурга, Москвы и других больших городов. Электрическое освещение моста устроенное В.Н. Чиколевым, где горело 12 свечей Яблочкова вместо 112 газовых рожков, функционировало всего 227 дней.

30 января создано первое в мире специальное электротехническое общество – VI отдел Русского технического общества, призванный курировать проблемы электрификации России.

В марте открылась первая в мире электротехническая выставка в помещении Русского технического общества в Соляном городке в Санкт-Петербурге. Задачей выставки было «показать обществу современное состояние развития различных отраслей электротехники».

В июле начал издаваться один из первых электротехнических журналов в мире – журнал «Электричество». Ф.А. Пироцкий модернизирует городские двухэтажные трамваи на конной тяге, переводя их на электрическую тягу. 22 августа в 12 часов дня в Петербурге, на углу Болотной улицы и Дегтярного переулка, в первый раз в России была проверена возможность движения трамвайного вагона «электрическою силою, идущей по рельсам, по которым катятся колеса вагона».

Обложка первого номера журнала «Электричество». Июль 1880 г.

Организовано Товарищество «Электротехник». Это Товарищество устраивало дуговое электрическое освещение в садах и общественных учреждениях, применяя главным образом дифференциальные лампы Чиколева, строило мелкие частные электростанции. В 1880 г. Товарищество объявило, что оно принимает на себя устройство электрического освещения вокзалов, железных дорог, типографий, фабрик и мастерских, гостиниц, ресторанов, магазинов, клубов, театров, садов, площадей, мостов и улиц в городах и т. п. На объявлениях Товарищества изображалась дифференциальная лампа Чиколева. В тексте объявления пояснялось, что электрическое освещение дифференциальными лампами дешевле всякого другого освещения.

Статьи в журнале «Электричество» о дифференциальной лампе В.Н. Чиколева

Н.Н. Бенардос изобрел «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока», т. е. дуговую сварку. Несовершенство и малая мощность источников питания дуги, слабая изученность металлургических процессов сварки потребовали от Николая Николаевича еще несколько лет напряженной работы над новым способом соединения изделий. В результате были созданы первая в мире сварочная установка из электрогенератора и батареи аккумуляторов собственной конструкции, коммутаторы, держатели, разработана технология сварки стали, меди, бронзы, чугуна. В 1885 – 1887 гг. на «способ соединения и разъединения металлов дугой», названный автором «электрогефест», Н.Н. Бенардос получил патенты России, Франции, Бельгии, Великобритании, Австро-Венгрии, Швеции, Италии, Германии, США, Норвегии, Испании, Швейцарии. Патентование за рубежом финансировал купец, владелец доходных домов в Петербурге и Варшаве С.А. Ольшевский (иногда Ольшевского считают соавтором, хотя в действительности он был только совладельцем патентов).

Чертеж на привилегии России № 11982, выданные на имя Н.Н. Бенардоса

У самого Бенардоса хватило денег только на патентование изобретения в России в Департаменте торговли и мануфактур, привилегия на изобретение была получена 31 декабря 1886 г. В 1886 г. в Петербурге была организована первая в мире сварочная фирма «Электрогефест». Она быстро приобрела мировую известность. Промышленники многих стран, владельцы фирм, производящих паровозы, котлы и другие изделия, приезжали к Бенардосу для ознакомления с новым технологическим процессом. Они убеждались в его эффективности и быстро внедряли новшество на своих предприятиях. Изобретатель сам организовывал сварочное производство не только на заводах России, но и в Лондоне, Париже, Барселоне. К концу 1887 г. в России, странах Западной Европы и США уже работало более 100 сварочных постов. Попутно Бенардос изобрел способ контактной точечной сварки, гидро-электроплавки, мощный аккумулятор.

Устройство для сварки косвенной (независимой) дугой

В 1880 г. Товарищество «Электротехник» обратилось в Санкт-Петербургскую городскую думу с предложением осветить Невский проспект электричеством. На все согласования ушло более двух лет, только в августе 1882 г. Городская управа заключила с Товариществом договор на освещение Невского проспекта на участке от Адмиралтейства до Аничкова моста. Однако недостаточность финансовых средств не позволила завершить проект и Карл Федорович Сименс, располагая крупным капиталом, использовал инициативу русских технических кругов, скупил всю сеть и фонари, установленные Товариществом «Электротехник», и организовал электрическое освещение главной улицы столицы. После опробования с 30 декабря 1883 г. окончательно установилось освещение Невского проспекта 32 фонарями (дуговыми лампами) силой света около 1200 свечей. Две электростанции: одна на деревянной барже на реке Мойке у Полицейского (ныне Зеленого) моста с 3 локомобилями и 12 динамомашинами постоянного тока мощностью 35 киловатт, другая – у Казанской площади с 2 локомобилями и 3 динамомашинами, обслуживались штатом в 30 человек. Начала действовать «Контора освещения Невского проспекта электричеством». Таким образом, к середине 1880-х гг. торговым домом «Сименс и Гальске» осуществлялись работы не только по электрическому освещению Невского проспекта и прилегающих улиц, но и ряда домов столичной аристократии.

Электростанция на барже, р. Мойка

Карл Сименс приобрел лицензию на использование в России ламп Эдисона и построил в Санкт-Петербурге фабрику по производству соответствующего оборудования – кабелей, ламп, переключателей и т.д. Помимо неё и фабрики по изготовлению телеграфного и телефонного оборудования Карл Сименс решил построить в Петербурге завод динамо-машин, который производил бы электромоторы большой мощности, а также турбогенераторы и трансформаторы.

Завод получил название «Сименс-Шуккерт» и был построен в 1912 г.

Очевидные преимущества электроламп побудили специалистов искать возможности замены газового освещения в Зимнем дворце и прилегающих к нему залов Эрмитажа. Инженер Василий Петрович Пашков – техник дворцового управления, предложил в качестве эксперимента использовать электричество для иллюминирования дворцовых залов во время рождественских и новогодних праздников 1885 г. Опыт удался. 9 ноября 1885 г. проект строительства «фабрики электричества», предусматривающий использование только отечественного оборудования, был Высочайше утвержден с примечанием: «Зимние балы 1886 года (10 января) должны освещаться электричеством полностью». Работа была поручена В.П. Пашкову. Чтобы исключить возможность вибрации здания от работы паровых машин, размещение электростанции предусмотрели в отдельном павильоне из стекла и металла. Он находился во втором дворе Эрмитажа, с тех пор называемом «Электрическим».

Здание станции площадью 630 м² состояло из машинного отделения с 6 котлами, 4 паровыми машинами и 2 локомобилями и помещения с 36 электродинамомашинами. Общая мощность достигала 445 л.с. Первыми осветили часть парадных помещений: Аванзал, Петровский, Большой фельдмаршальский, Гербовый, Георгиевский залы, и устроили наружную иллюминацию. Было предложено три режима освещения: полное (праздничное) включать пять раз в году (4888 ламп накаливания и 10 свечей Яблочкова); рабочее – 230 ламп накаливания; дежурное (ночное) – 304 лампы накаливания. Станция потребляла около 30 тыс. пудов (520 т) угля в год.

16 июля 1886 г. в Санкт-Петербурге зарегистрировано промышленно-коммерческое «Общество электрического освещения». Эту дату принято считать датой основания первой российской энергосистемы.

Среди учредителей были «Сименс и Гальске», «Дойче Банк» и русские банкиры. С 1900 г. компания носит имя «Общество электрического освещения 1886 г.». Цель компании обозначалась согласно интересам главного учредителя Карла Федоровича Сименса: «Для освещения электричеством улиц, фабрик, заводов, магазинов и всякого рода других мест и помещений» [Устав…, 1886 г., с. 3]. Общество имело несколько отделений в разных городах страны и внесло очень большой вклад в развитие электрической сферы экономики России.

Здание Центральной электрической станции «Общества электрического освещения 1886 г.

25 августа 1890 г. организована Царскосельская электрическая станция, ставшая результатом реконструкции осветительной установки постоянного тока, существовавшей с ноября 1887 г. В 1887 г. при устройстве водопровода возникла мысль об использовании паровых машин не только для привода насосов, но и для привода динамомашин. По проекту инженера Пашкова на улицах города было установлено 120 фонарей (дуговых ламп) на чугугнных столбах – для уличного освещения, были освещены: шоссе от Царского Села в Ям-Ижору (на расстояние 4 верст), Александровский и Запасной дворцы, казармы лейб-гвардии гусарского полка и другие здания. Водопровод обслуживался двумя водонапорными башнями, соответственно было две электрических станции. На станциях первоначально было установлено 9 динамомашин. В ходе эксплуатации Царскосельская установка все время развивалась. Протяженность воздушной сети, составляющая 60 верст в 1888 г., после 1890 г. значительно увеличилась.

В 1890 г. была начата реконструкция станции с целью полного электрического освещения Царского Села и 25 августа этого же года официально открыта новая единая электростанция переменного тока напряжением 2400 В. После установки динамомашины переменного тока, реконструкции электрической установки и устройства новой сети переменного тока 2000 В, Царское Село стало первым городом в Европе, «который сплошь и исключительно освещен электричеством», как писал С. Н. Вильчковский.

На Всемирной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне М.О. Доливо-Добровольский продемонстрировал первую в мире трехфазную систему передачи электроэнергии на расстояние около 170 км. В 1919 г. М.О. Доливо-Добровольский выдвинул положение о том, что передача электрической мощности переменным током на большие расстояния (сотни и тысячи километров) окажется нерациональной из-за значительных потерь в линии.

В 1893 г. отставной полковник – инженер Н.В. Смирнов обратился к петербургскому градоначальнику с просьбой разрешить ему устройство на Васильевском острове Центральной электрической станции (ЦЭС) «с правом проводить от нее по улицам воздушные кабели и употреблять электрические токи напряжением до 2000 В». ЦЭС с расчетной мощностью 800 кВт, была пущена 21 декабря 1894 г. и располагалась на 12 линии В.О. (д. 15). В котельной станции было установлено 6 водотрубных котлов Бабкок-Вилькокс. Машинный зал был оборудован 4 вертикальными паровыми машинами компаунд мощностью в 250 л.с. с давлением пара в 13 атмосфер. Подобные по мощности и типу машины только появлялись и представляли последнее слово техники. Вследствие этого технико-экономические показатели станции были несравненно лучше, чем соответствующие показатели других электростанций.

Станция инженера Н.В. Смирнова стала типовой для центральных электростанций такой величины и продолжала существовать все первое десятилетие ХХ в., служа образцом городской ЦЭС нового типа и после перехода к трехфазному току высокого напряжения.

Под руководством русских инженеров В.Н. Чиколева и Р.Э. Классона для электроснабжения Охтенского порохового завода в Петербурге введена в строй первая промышленная гидросиловая установка в России мощностью около 300 кВт. Охтенский завод стал в числе первых промышленных потребителей электроэнергии. С середины XVIII в. крупнейшее промышленное предприятие Петербурга, Охтенский завод считался хорошо оснащённым и в достаточной степени механизированным за счёт водной энергии, регулируемой собственной плотиной на реке Охте.

Хронология событий:

1877 г. – В.Н. Чиколев осуществил в цехе призматических процессов опытную установку оптического дробления света: канализацию электрического света по трубам с зеркалами от мощного источника электрического света (дуговой лампы). Также проводились опыты электрического освещения посредством рефлекторов на далекие расстояния (до 4 км). Эти работы необходимы были для обеспечения работ в ночное и вечернее время.

1879 г. – завод одним из первых фабрично-заводских предприятий применил для освещения свечи Яблочкова.

1883 г. – лампы накаливания применены для наружного освещения порохового городка. 90 ламп располагались по периметру городка протяженностью около 6 км.

В начале 1890-х гг. на заводе возникла задача объединить отдельные элементы электрического хозяйства, перейти от частной электрификации завода к полной с обеспечением электроэнергией всех цехов завода.

1890 г. – построены новые цеха, которые полностью оборудованы электрическим освещением. Проведенные с большим размахом работы были выполнены в две очереди: сначала установили 2 динамомашины мощностью по 40 кВт, аккумуляторную батарею емкостью в 500 А·ч из 120 аккумуляторов и 550 ламп накаливания, а также двигатель постоянного тока в 9 л.с, и осуществили передачу энергии к нему. Работы были выполнены в период с сентября 1890 г. по май 1891 г. Работы второй очереди заключались в установке динамомашины в 40 кВт и 400 ламп накаливания, а также в устройстве электрической сигнализации в новых цехах. Продолжительность работ по второй очереди составила полтора года. Для руководства работами был приглашен В.Н. Чиколев, вначале в качестве производителя работ, а с 1892 г. – в качестве электротехника завода.

Зимой 1895 г. в Санкт-Петербурге впервые начала функционировать электрическая железная дорога – маршрут от Зимнего дворца до Мытнинской набережной был проложен по льду через Неву. Трамвай был построен русской электрической фирмой М.М. Подобедова. Приводя зарисовку этого трамвая, идущего через Неву, иллюстрированный журнал того времени писал: «Быстрота и удобство сообщения, а также дешевизна и новизна подобного рода передвижения привлекают массу пассажиров, и новое предприятие, несомненно, не только удобно для публики, но и не безвыгодно для предпринимателей. Очень жаль, что электрические железные дороги, которые во многих городах с успехом заменили устаревшие «конки», до сих пор еще не приобрели у нас права гражданства и широкого распространения. Надо, впрочем, надеяться, что и у нас не только через Неву, но и по улицам будут со временем ходить электрические «конки».

Санкт-Петербургское Городское самоуправление заключило концессионные договоры с тремя фирмами: «Обществом электрического освещения 1886 г.», Обществом «Гелиос» и Акционерным Анонимным Бельгийским Обществом на постройку и эксплуатацию электрических станций и сетевых сооружений.

Топка угольного котла Центральной электрической станции «Бельгийского анонимного общества электрического освещения Санкт-Петербурга»

Здание Центральной электрической станции «Бельгийского анонимного общества электрического освещения» - ЦЭС «Бельгийского общества»

Центральная электростанция Акционерного Общества «Гелиос» из Кельна построена в Рождественской части Санкт-Петербурга (Новгородская ул., д. 12-14). Получив выгодный и удобный участок, обеспечивающий обилие воды, дешевизну доставки машин, стройматериалов и угля водным путем, немцы развернули бурную деятельность. В короткий срок русские рабочие возвели основные сооружения, и 27 апреля 1897 года электростанция дала промышленный ток. Корпус машинного отделения и пристроенное к нему лицевое здание заводоуправления строились по проекту гражданского инженера-архитектора В.А. Рейса. Первоначально было смонтировано 7 котлов и установлены 4 паровые машины по 1000 л.с. с генераторами однофазного тока по 3000 В. Через год вошли в строй еще 3 машины и 6 котлов. Установленная мощность станции составляла 5250 кВт.

Текст объявления Общества «Гелиос» в петербургских газетах

Центральная электрическая станция «Бельгийского анонимного общества электрического освещения» (набережная реки Фонтанки, д. 104) построена в 1897 – 1898 гг. Немецкая фирма «Шматцер и Гуэ», получившая концессию на пятьдесят лет и разрешение на строительство, в дальнейшем фигурирует как «Бельгийское анонимное общество электрического освещения» и действует под патронажем Бельгийской военной миссии.

Первая паровая машина мощностью 350 кВт была пущена в эксплуатацию 22 мая 1898 г. Через три года на станции работало уже 18 паровых машин общей мощностью 5500 кВт, а в 1903 г. здесь устанавливается первая паровая турбина «Парсонс» мощностью 680 кВт.

В 1897 – 1898 гг. построена Центральная электрическая станция «Общества электрического освещения 1886 г.» (Обводный канал, д. 76). 16 ноября 1898 г. в торжественной обстановке был осуществлен пуск станции в эксплуатацию. В строй вошли четыре паровых котла и шесть паровых машин, суммарная мощность которых составила 4200 кВт. Фирма «Сименс и Гальске» занималась поставками оборудования для Центральной электростанции «Общества электрического освещения 1886 г.» (ЦЭC «ОЭО 1886 г.»). На электростанции в то время работало более ста человек. Семь небольших электрических станций, которые принадлежали «Обществу электрического освещения 1886 г.», после пуска ЦЭС закрыли, а всех абонентов перевели на шины новой станции.

0

Что такое электричество?

Электричество - это совокупность физических явлений, связанных с наличием электрического заряда. Хотя изначально электричество рассматривалось как явление, отдельное от магнетизма, но с разработкой уравнений Максвелла оба эти явления были признаны частью единого явления: электромагнетизма. Различные распространенные явления связаны с электричеством, такие как молнии, статическое электричество, электрическое отопление, электрические разряды и многие другие. Кроме того, электричество лежит в основе многих современных технологий.

Наличие электрического заряда, который может быть либо положительным, либо отрицательным, порождает электрическое поле. С другой стороны, движение электрических зарядов, которое называется электрическим током, создает магнитное поле.

Когда заряд помещается в точку с ненулевым электрическим полем, на него действует сила. Величина этой силы определяется законом Кулона. Таким образом, если бы этот заряд был перемещен, электрическое поле выполнило бы работу по перемещению (торможению) электрического заряда. Таким образом, можно говорить об электрическом потенциале в определенной точке пространства, равному работе, выполняемой внешним агентом при переносе единицы положительного заряда из произвольно выбранной точки отсчета до этой точки без какого-либо ускорения и, как правило, измеряемому в вольтах.

В электротехнике, электричество используется для:

• подачи электроэнергии туда, где электрический ток используется для питания оборудования;
• в электронике, имеющей дело с электрическими цепями, которые включают активные электрические компоненты, такие как вакуумные трубки, транзисторы, диоды и интегральные схемы, и связанные с ними пассивные элементы.

Электрические явления изучались с античных времен, хотя прогресс в теоретическом понимании начался в XVII и XVIII веках. Даже тогда практическое применение электричества было редкостью, и инженеры смогли использовать его в промышленных и жилых целях только в конце XIX века. Быстрое расширение электрических технологий в это время трансформировало промышленность и общество. Универсальность электричества заключается в том, что оно может использоваться почти в безграничном множестве отраслей, таких как транспорт, отопление, освещение, коммуникации и вычисления. Электроэнергия в настоящее время является основой современного индустриального общества.

История электричества

Задолго до того, как зародились какие-либо знания об электричестве, люди уже знали об ударах током электрической рыбы. Древнеегипетские тексты, датируемые 2750 годом до н. э., называли этих рыб "Громовержцы Нила" и описывали их как "защитников" всех других рыб. Свидетельства об электрических рыбах снова появляются тысячелетиями позже от древнегреческих, римских и арабских естествоиспытателей и врачей. Несколько древних писателей, такие, как Плиний Старший и Скрибониус Ларгус, свидетельствуют об онемении, как эффекте поражения электрическим током, производимым сомиками и электрическими скатами, а также они знали, что такие удары могут передаваться через проводящие ток предметы. Пациентам, страдающим от заболеваний, таких как подагра или головная боль прописывались прикосновения к таким рыбам с надеждой, что мощный электроудар может вылечить их. Возможно, что самое раннее и ближайшее приближение к открытию идентичности молнии и электричества из любого другого источника, было совершено арабами, у которых до 15-го века в языке слово "молния" (раад) применялось к электрическим скатам.

Древние культуры Средиземноморья знали, что если некоторые предметы, такие как янтарные палочки, потереть кошачьим мехом, то он нанёт притягивать легкие предметы, такие как перья. Фалес Милетский сделал ряд наблюдений статического электричества примерно в 600 г. до н.э., из которых он вывел, что для того, чтобы сделать янтарь способным притягивать предметы необходимо трение, в отличие от минералов, таких как магнетит, которым трение было не нужно. Фалес ошибался, полагая, что притяжение янтаря было связано с магнитным эффектом, но позже наука доказала связь между магнетизмом и электричеством. Согласно спорной теории, основанной на обнаружении Багдадской батареи в 1936 году, которая напоминает гальваническую ячейку, хотя неясно, был ли артефакт электрическим по своей природе, парфяне, возможно, знали о гальванотехнике.

Электричество продолжало вызывать не более, чем интеллектуальное любопытство на протяжении тысячелетий до 1600 года, когда английский ученый Уильям Гилберт провел тщательное изучение электричества и магнетизма, и выявил отличая "магнетитного" эффекта от статического электричества, производимого путем трения янтаря. Он придумал новое латинское слово electricus ("янтарный" или "как янтарь", от ἤλεκτρον, Elektron, с греческого: «янтарь») для обозначения свойства предметов притягивать мелкие предметы после натирания. Эта лингвистическая ассоциация породила английские слова «электрический» и «электричество», которые впервые появились в печати в работе Томаса Брауна "Pseudodoxia Epidemica" в 1646 году.

Дальнейшую работу проводили Отто фон Герике, Роберт Бойль, Стивен Грей и Шарль Франсуа Дюфе. В 18 веке Бенджамин Франклин провел обширные исследования в области электричества, продав свои владения для финансирования своей работы. В июне 1752 года он, как известно, прикрепил металлический ключ к нижней части нити воздушного змея и запустил змея в грозовое небо. Последовательность искр, соскакивающих с ключа на тыльную сторону ладони показала, что молния действительно имеет электрическую природу. Он также объяснил кажущее парадоксальным поведение лейденской банки в качестве устройства для хранения большого количества электрического заряда с точки зрения электричества, состоящего из положительных и отрицательных зарядов.

В 1791 году Луиджи Гальвани объявил о своем открытии биоэлектромагнетизма, демонстрируя, что электричество является средством, с помощью которого нейроны передают сигналы к мышцам. Аккумуляторная батарея Алессандро Вольта или гальванический столб 1800-х годов изготавливались из чередующихся слоев цинка и меди. Для ученых это был более надежный источник электрической энергии, чем электростатические машины, используемые ранее. Понимание электромагнетизма как единства электрических и магнитных явлений произошло благодаря Эрстеду и Андре-Мари Амперу в 1819-1820 годах. Майкл Фарадей изобрел электрический двигатель в 1821 году, а Георг Ом математически проанализировал электрическую цепь в 1827году. Электричество и магнетизм (и свет) были окончательно связаны Джеймсом Максвеллом, в частности, в его работе «О физических силовых линиях» в 1861 и 1862 годах.

В то время как в начале 19-го века мир стал свидетелем стремительного прогресса в науке об электричестве, в конце 19 века наибольший прогресс случился в области электротехники. С помощью таких людей, как Александр Грэхем Белл, Отто Титус Блати, Томас Эдисон, Галилео Феррарис, Оливер Хевисайда, Аньош Иштван Йедлик, Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин, Чарльз Алджернон Парсонс, Вернер фон Сименс, Джозеф Уилсон Суон, Реджинальд Фессенден, Никола Тесла и Джордж Вестингауз, электричество превратилась из научного любопытства в незаменимый инструмент для современной жизни, став движущей силой второй промышленной революции.

В 1887 году Генрих Герц обнаружил, что электроды освещенные ультрафиолетовым светом, создают электрические искры более легко, чем не освещенные. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал статью, в которой были объяснены экспериментальные данные фотоэлектрического эффекта как результат переноса световой энергии дискретными квантованными пакетами, возбуждающими электроны. Это открытие привело к квантовой революции. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике в 1921 году за "открытие закона фотоэлектрического эффекта". Фотоэлектрический эффект также используется в фотоэлементах таких, какие можно найти в панелях солнечных батарей, и это часто используется для выработки электроэнергии в коммерческих целях.

Первым полупроводниковым устройством стал детектор "кошачий ус", который был первым в использовании в радиоприемниках в 1900-х годах. Усоподобная проволочка приводится в легкое контактное прикосновение с твердым кристаллом (например, кристаллом германия) для того, чтобы продетектировать радиосигнал посредством контактно-переходного эффекта. В полупроводниковом узле, ток подается в полупроводниковые элементы и соединения, сконструированные специально для переключения и усиления тока. Электрический ток может представляться в двух формах: в виде отрицательно заряженных электронов, а также положительно заряженными вакансиями электронов (незаполненными электронами местами в атоме полупроводника), называемыми дырками. Эти заряды и дырки понимаются с позиции квантовой физики. Строительным материалом чаще всего является кристаллический полупроводник.

Развитие полупроводниковых устройств началось с изобретением транзистора в 1947 году. Распространенными полупроводниковыми устройствами являются транзисторы, микропроцессорные чипы и чипы оперативной памяти. Специализированный тип памяти, называемый флэш-памятью используется в USB флэш-накопителях, и совсем недавно полупроводниковыми накопителями стали заменять и накопители на механически вращающихся жестких магнитных дисках. Полупроводниковые устройства стали распространенными в 1950-х и 1960-х годах, в период перехода от вакуумных ламп к полупроводниковым диодам, транзисторам, интегральным схемам (ИС) и светодиодам (LED).

Основные понятия электричества

Электрический заряд

Наличие заряда порождает электростатическую силу: заряды оказывают друг на друга силовое действие, этот эффект был известен в древности, хотя и не был тогда понятен. Легкий шарик, подвешенный на веревочке может быть заряжен прикосновением к нему стеклянной палочкой, которая сама до этого была заряжена при трении о ткань. Подобный шар, заряженный тем же стеклянным стержнем будет отталкиваться от первого: заряд заставляет два шара отделяться друг от друга. Два шара, которые заряжаются от натертого янтарного стержня также отталкиваются друг от друга. Тем не менее, если один шар заряжается от стеклянной палочки, а другой - от янтарного стержня, то оба шара начинают притягиваются друг к другу. Эти явления были исследованы в конце восемнадцатого века Шарлем Огюстеном де Кулоном, который сделал вывод, что заряд проявляется в двух противоположных формах. Это открытие привело к известной аксиоме: одинаково заряженные объекты отталкиваются, а противоположно заряженные объекты притягиваются.

Сила действует на сами заряженные частицы, следовательно, заряд имеет тенденцию к как можно более равномерному распространению по проводящей поверхности. Величина электромагнитной силы, будь то притяжение или отталкивание, определяется законом Кулона, который гласит, что электростатическая сила пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Электромагнитное взаимодействие является очень сильным, оно уступает по силе только сильному взаимодействию, но в отличие от последнего, оно действует на любых расстояниях. По сравнению с гораздо более слабым гравитационным взаимодействием, электромагнитная сила, расталкивает два электрона в 1042 раз сильнее, чем гравитационная сила притягивает их.

Исследование показало, что источником заряда являются определенные типы субатомных частиц, которые обладают свойством электрического заряда. Электрический заряд порождает электромагнитную силу, которая является одной из четырех фундаментальных сил природы, и взаимодействует с ней. Наиболее известными носителями электрического заряда являются электрон и протон. Эксперимент показал, что заряд - сохраняющаяся величина, то есть, суммарный заряд внутри изолированной системы всегда будет оставаться постоянным вне зависимости от каких-либо изменений, которые происходят в пределах этой системы. В системе заряд может передаваться между телами либо прямым контактом, либо путем передачи по проводящему материалу, например проводу. Неофициальный термин "статическое электричество" означает чистое присутствие заряда (или "дисбаланс" зарядов) на теле, обычно вызываемое тем, что разнородные материалы, будучи потертыми друг о друга, передают заряд от один другому.

Заряды электронов и протонов противоположны по знаку, следовательно, суммарный заряд может быть как положительным, так и отрицательным. По соглашению, заряд переносимый электронами, считается отрицательным, а переносимый протонами - положительным, по традиции, заложенной работами Бенджамина Франклина. Величина заряда (количество электричества) обычно обозначается символом Q и выражается в кулонах; каждый электрон несет один и тот же заряд, приблизительно -1,6022 × 10-19 кулона. Протон имеет заряд, равный по значению и противоположный по знаку, и, таким образом, + 1,6022 × 10-19 Кулона. Зарядом обладает не только вещество, но и антивещество, каждая античастица несет равный заряд, но противоположный по знаку к заряду его соответствующей частицы.

Заряд можно измерить несколькими способами: ранний прибор-электроскоп с золотыми лепестками, который, хотя все еще используется для учебных демонстраций, в настоящее время вместо него применяется электронный электрометр.

Электрический ток

Движение электрических зарядов называется электрическим током, интенсивность его обычно измеряется в амперах. Ток может создаваться какими-либо движущимися заряженными частицами; чаще всего это электроны, но в принципе любой заряд приведенный в движение представляет собой ток.

По исторически сложившейся договоренности положительный ток определяется направлением движения положительных зарядов, перетекающих из более положительной части цепи в более отрицательную часть. Ток, определенный таким образом, называется условным током. Одной из наиболее известной формой тока является движение отрицательно заряженных электронов по цепи, и таким образом, положительное направление тока сориентировано в противоположном движению электронов направлении. Тем не менее, в зависимости от условий, электрический ток может состоять из потока заряженных частиц движущегося в любом направлении, и даже в обоих направлениях одновременно. Договоренность считать положительным направлением тока направление движения положительных зарядов широко используется для упрощения этой ситуации.

Процесс, при котором электрический ток проходит через материал, называется электрической проводимостью, и её природа изменяется в зависимости от того, какими заряженными частицами она осуществляется и от материала, через который они перемещаются. В качестве примеров электрических токов можно привести металлическую проводимость, осуществляемую потоком электронов через проводник, такой как металл, и электролиз, осуществляемый потоком ионов (заряженных атомов) через жидкость или плазму, как в электрических искрах. В то время как сами частицы могут двигаться очень медленно, иногда со средней скоростью дрейфа только доли миллиметра в секунду, электрическое поле, что приводит их в движение распространяется со скоростью близкой к скорости света, позволяя электрическим сигналам быстро проходить по проводам.

Ток вызывает ряд наблюдаемых эффектов, которые исторически являлись признаком его присутствия. Возможность разложения воды под действием тока от гальванического столба была обнаружена Николсоном и Карлайлом в 1800 году. Этот процесс теперь называется электролиз. Их работа была значительно расширена Майклом Фарадеем в 1833 году. Ток, протекая через сопротивление, вызывает локализованный нагрев. Данный эффект Джеймс Джоуль описал математически в 1840 году. Одно из наиболее важных открытий, касающихся тока было сделано случайно Эрстедом в 1820 году, когда при подготовке лекции, он обнаружил, что ток, протекающий по проводу, вызвал поворот стрелки магнитного компаса. Так он открыл электромагнетизм, фундаментальное взаимодействие между электричеством и магнетизмом. Уровень электромагнитных выбросов, генерируемых электрической дугой, достаточно высок для получения электромагнитных помех, которые могут нанести ущерб работе смежного оборудования.Он обнаружил электромагнетизм, фундаментальное взаимодействие между электричеством и магнетизмом. Уровень электромагнитных излучений, генерируемых электрической дугой достаточно высок, чтобы производить электромагнитные помехи, которые могут вызвать помехи в работе находящегося поблизости оборудования.

Для технического или бытового применения ток часто характеризуется как либо постоянный (DC), либо переменный (AC). Эти термины относятся к тому, как ток изменяется во времени. Постоянный ток, производимый, например, батареей и требуемый для большинства электронных устройств, является однонаправленным потоком от положительного потенциала цепи к отрицательному. Если этот поток, что чаще случается, переносится электронами, они будут перемещаться в противоположном направлении. Переменным током называется любой ток, который непрерывно меняет направление, он почти всегда имеет форму синусоиды. Переменный ток пульсирует назад и вперед внутри проводника без перемещения заряда на какое-нибудь конечное расстояние за длительный промежуток времени. Усредненное по времени значение переменного тока равно нулю, но он доставляет энергию сначала в одном направлении, а затем в обратном. Переменный ток зависит от электрических свойств, которые не проявляют себя при стационарном режиме постоянного тока, например, от индуктивности и емкости. Эти свойства, однако, могут проявить себя, когда схема подвергается переходным процессам, например, при первоначальной подаче энергии.

Электрическое поле

Понятие электрического поля было введено Майклом Фарадеем. Электрическое поле создается заряженным телом в пространстве, которое окружает тело, и приводит к силе, действующей на любые другие заряды, расположенные в поле. Электрическое поле действует между двумя зарядами аналогично гравитационному полю, действующему между двумя массами, и также простирается до бесконечности и обратно пропорционально квадрату расстояния между телами. Тем не менее, есть существенная разница. Сила тяжести всегда притягивает, заставляя соединиться две массы, в то время как электрическое поле может привести либо притяжению, либо к отталкиванию. Так как крупные тела, такие как планеты в целом имеют нулевой суммарный заряд, их электрическое поле на расстоянии обычно равно нулю. Таким образом, сила тяжести является доминирующей силой на больших расстояниях во Вселенной, несмотря на то, что сама она гораздо слабее.

Электрическое поле, как правило, различается в различных точках пространства, а его напряженность в любой точке определяется как сила (отнесенная к единице заряда), которую будет испытывать неподвижный, ничтожно малый заряд, если его поместить в эту точку. Абстрактный заряд, называемый "пробным зарядом", должен иметь исчезающе малое значение, чтобы его собственным электрическим полем, нарушающим основное поле, можно было пренебречь, а также должен быть стационарным (неподвижным), чтобы предотвратить влияние магнитных полей. Поскольку электрическое поле определяется в терминах силы, а сила является вектором, то электрическое поле также является вектором, имеющим как величину, так и направление. А если конкретнее, то электрическое поле является векторным полем.

Учение о электрических полях, создаваемых неподвижными зарядами, называется электростатикой. Поле может быть визуализировано с помощью набора воображаемых линий, направление которых в любой точке пространства совпадает с направлением поля. Это понятие было введено Фарадеем, и термин «силовые линии» до сих пор иногда встречается. Линии поля - это пути, по которым точечный положительный заряд будет совершать движение под действием поля. Они, однако, являются абстрактным, а не физическим объектом, а поле пронизывает всё промежуточное пространство между линиями. Линии поля, исходящие из стационарных зарядов, имеют несколько ключевых свойств: во-первых, они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах; во-вторых, они должны входить в любой идеальный проводник под прямым углом (нормально), и в-третьих, они никогда не пересекаются и не замыкаются сами на себя.

Полое проводящее тело содержит весь свой заряд на своей внешней поверхности. Поэтому поле равно нулю во всех местах внутри тела. На этом принципе работает клетка Фарадея - металлическая оболочка, которая изолирует свое внутреннее пространтсво от внешних электрических воздействий.

Принципы электростатики имеют важное значение при проектировании элементов высоковольтного оборудования. Существует конечный предел напряженности электрического поля, которая может быть выдержана любом материалом. Выше этого значения происходит электрический пробой, который вызывает электрическую дугу между заряженными частями. Например, в воздухе электрический пробой наступает при небольших зазорах при напряженности электрического поля, превышающем 30 кВ на сантиметр. При увеличении зазора предельная напряженность пробоя снижается, примерно, до 1 кВ на сантиметр. Наиболее заметное подобное естественное явление - это молния. Она возникает, когда заряды разделяются в облаках восходящими колоннами воздуха, и электрическое поле в воздухе начинает превышать значение пробоя. Напряжение большого грозового облака может достигать 100 МВ и иметь величину энергии разряда 250 кВт-час.

На величину напряженности поля сильно влияют находящиеся поблизости проводящие объекты, и напряженность особенно велика, когда полю приходится огибать заостренные объекты. Этот принцип используется в громоотводах, острые шпили которых принуждают молнии разряжаться в них, а не в здания, которые они защищают.

Электрический потенциал

Понятие электрического потенциала тесно связано с электрическим полем. Небольшой заряд, помещенный в электрическое поле, испытывает силу, и для того, чтобы переместить заряд против этой силы, требуется совершить работу. Электрический потенциал в любой точке определяется как энергия, которую необходимо затратить, чтобы крайне медленно переместить единичный пробный заряд с бесконечности до этой точки. Потенциал обычно измеряется в вольтах, и потенциал в один вольт - это потенциал, при котором необходимо затратить один джоуль работы, чтобы переместить заряд в один кулон из бесконечности. Это формальное определение потенциала имеет небольшое практическое применение, и более полезным является понятие электрической разности потенциалов, то есть энергия, необходимая для перемещения единицы заряда между двумя заданными точками. Электрическое поле имеет одну особенность, оно является консервативным, что означает, что путь, пройденный пробным зарядом не имеет никакого значения: на прохождение всевозможных путей между двумя заданными точками всегда будет затрачена одна и та же энергия, и, таким образом, существует единственное значение разности потенциалов между двумя положениями. Вольт настолько сильно закрепился в качестве единицы измерения и описания разности электрических потенциалов, что термин вольтаж используется широко и повседневно.

Для практических целей полезно определить общую точку отсчета, относительно которой потенциалы могут быть выражены и сравниваться. Хотя, она может находиться и на бесконечности, гораздо более практично использовать в качестве нулевого потенциала саму Землю, которая во всех местах, как предполагается, имеет один и тот же потенциал. Эту точка отсчета, естественно, обозначают как "земля" (ground). Земля является бесконечным источником равного количества положительных и отрицательных зарядов и, следовательно, она электрически нейтральна и незаряжаема.

Электрический потенциал является скалярной величиной, то есть, он имеет только значение и не имеет направления. Его можно рассматривать как аналог высоты: подобно тому, как выпущенный объект будет падать посредством разности высот, вызванной гравитационным полем, так и заряд будет "падать" посредством напряжения, вызванного электрическим полем. Как на картах обозначается рельеф посредством контурных линий, соединяющих точки одинаковой высоты, так и набор линий, соединяющих точки равного потенциала (известные как эквипотенциали) могут быть прорисованы вокруг электростатически заряженного объекта. Эквипотенциали пересекают все силовые линии под прямым углом. Они также должны лежать параллельно поверхности проводника, в противном случае будет производиться сила, перемещающая носители зарядов по эквипотенциальной поверхности проводника.

Электрическое поле формально определяется как сила, оказываемая на единицу заряда, но понятие потенциала предоставляет более полезное и эквивалентное определение: электрическое поле - это локальный градиент электрического потенциала. Как правило, оно выражается в вольтах на метр, а направление вектора поля является линией наибольшего изменения потенциала, то есть в направлении ближайшего расположения другой эквипотенциали.

Электромагниты

Открытие Эрстедом в 1821 году того факта, что магнитное поле существует вокруг всех сторон провода, несущего электрический ток, показало, что существует прямая связь между электричеством и магнетизмом. Более того, взаимодействие казалось отличающимся от гравитационных и электростатических сил, двух сил природы, тогда известных. Сила действовала на стрелку компаса, не направляя ее к проводу с током или от него, а действовала под прямым углом к нему. Немного неясными словами "электрический конфликт имеет вращающее поведение" Эрстед выразил своё наблюдение. Эта сила также зависела от направления тока, ибо, если ток менял направление, то магнитная сила меняла его тоже.

Эрстед не в полной мере смог понять свое открытие, но наблюдаемый им эффект был взаимным: ток оказывает силовое воздействие на магнит, и магнитное поле оказывает силовое воздействие на ток. Феномен был в дальнейшем изучен Ампером, который обнаружил, что два параллельных провода с током, оказывают силовое действие друг на друга: два провода, с протекающими по ним токами в одном и том же направлении, притягиваются друг к другу, в то время как провода, содержащие токи в противоположных направлениях друг от друга, отталкиваются. Это взаимодействие происходит посредством магнитного поля, которое каждый ток создает, и на основе этого явления определяется единица измерения тока - Ампер в международной системе единиц.

Эта связь между магнитными полями и токами является чрезвычайно важной, поскольку она привела к изобретению Майклом Фарадеем электродвигателя в 1821 году. Его униполярный двигатель состоял из постоянного магнита, помещенного в сосуд с ртутью. Ток пропускался по проводу, подвешенному на шарнирном подвесе над магнитом и погруженному в ртуть. Магнит оказывал тангенциальную силу на провод, что заставляло последний вращаться вокруг магнита до тех пор, пока в проводе поддерживался ток.

Эксперимент, проведенный Фарадеем в 1831 году, показал, что провод, движущийся перпендикулярно магнитному полю, создавал разность потенциалов на концах. Дальнейший анализ этого процесса, известного как электромагнитная индукция, позволил ему сформулировать принцип, теперь известный как закон индукции Фарадея, что разность потенциалов, наведенная в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока пронизывающего контур. Разработка этого открытия позволили Фарадею изобрести первый электрический генератор, в 1831 году, в котором преобразуется механическая энергия вращающегося медного диска в электрическую энергию. Диск Фарадея был неэффективным и не использовался в качестве практического генератора, но он показал возможность выработки электроэнергии с использованием магнетизма, и эта возможность была взята на вооружение теми, кто последовал за его разработками.

Способность химических реакций производить электроэнергию, и, обратная способность электроэнергии производить химические реакцие имеет широкий спектр применений.

Электрохимия всегда была важной частью учения о электричестве. Из первоначального изобретения вольтова столба, гальванические элементы эволюционировали в самые разнообразные типы батарей, гальванические и электролизные элементы. Алюминий получают в огромных количествах электролизным способом, и во многих портативных электронных устройствах используются перезаряжаемые источники электроэнергии.

Электрические схемы

Электрическая цепь представляет собой соединение электрических компонентов таким образом, что электрический заряд, вынужденный проходить по замкнутой траектории (контуру), обычно выполняет ряд некоторых полезных задач.

Компоненты в электрической цепи могут принимать различные формы, выступая в роли таких элементов, как резисторы, конденсаторы, выключатели, трансформаторы и электронные компоненты. Электронные схемы содержат активные компоненты, такие как полупроводники, которые обычно работают в нелинейном режиме и требуют применения к ним комплексного анализа. Наиболее простыми электрическими компонентами являются те, которые называются пассивными и линейными: хотя они могут временно хранить энергию, они не содержат ее источников и работают в линейном режиме.

Резистор, пожалуй, самый простой из пассивных элементов схемы: как предполагает его название, он сопротивляется току, протекающему через него, рассеивая электроэнергию в виде тепла. Сопротивление является следствием движения заряда через проводник: в металлах, например, сопротивление в первую очередь связано со столкновениями электронов и ионов. Закон Ома является основным законом теории цепей, и гласит, что ток, проходящий через сопротивление прямо пропорционален разности потенциалов на нем. Сопротивление большинства материалов относительно постоянно в широком диапазоне температур и токов; материалы, удовлетворяющие этим условиям, известны как "омические". Ом - единица сопротивления, была названа в честь Георга Ома и обозначается греческой буквой Ω. 1 ом - это сопротивление, которое создает разность потенциалов в один вольт при пропускании через него тока величиной в один ампер.

Конденсатор является модернизацией лейденской банки и представляет собой устройство, которое может хранить заряд, и тем самым накапливать электрическую энергию в создающемся поле. Он состоит из двух проводящих пластин, разделенных тонким изолирующим слоем диэлектрика; на практике это пара тонких полосок металлической фольги, смотанных вместе, для увеличения площади поверхности в единице объема и, следовательно, емкости. Единицей емкости является фарад, названный в честь Майкла Фарадея и обозначается символом F: один фарад является емкость, которая создает разность потенциалов в один вольт, при хранении заряда в один кулон. Через конденсатор, подключенный к источнику питания вначале протекает ток, так как в конденсаторе происходит накопление заряда; этот ток будет, однако уменьшаться по мере того, как конденсатор будет заряжаться, и в конце концов станет равным нулю. Конденсатор поэтому не пропускает постоянный ток, а блокирует его.

Индуктивность является проводником, как правило, мотком провода, которая хранит энергию в магнитном поле, возникающем при прохождении тока через неё. При изменении тока, магнитное поле также изменяется, создавая напряжение между концами проводника. Индуцированное напряжение пропорционально скорости изменения тока. Коэффициент пропорциональности называется индуктивностью. Единица индуктивности - генри, названна в честь Джозефа Генри, современника Фарадея. Индуктивность в один генри - это индуктивность, которая вызывает разность потенциалов в один вольт, при скорости изменения тока, проходящего через неё, в один ампер в секунду. Поведение индуктивности противоположенное поведению конденсатора: она будет свободно пропускать постоянный и блокировать быстро меняющийся ток.

Электрическая мощность

Электрическая мощность - это скорость, с которой электрическая энергия передается электрической цепью. Единица СИ мощности - ватт, равный одному джоулю в секунду.

Электрическая мощность как и механическая является скоростью выполнения работы, измеряется в ваттах и обозначается буквой P. Термин потребляемая мощность, используемый в просторечии, означает "электрическую мощность в ваттах." Электрическая мощность в ваттах, производимая электрическим током I, равным прохождению заряда Q кулон каждые t секунд через электрическую разность потенциалов (напряжение) V равна

P = QV/t = IV

• Q - электрический заряд в кулонах
• t - время в секундах
• I - электрический ток в амперах
• V - электрический потенциал или напряжение в вольтах

Генерация электроэнергии часто производится с помощью электрогенераторов, но также может производиться химическими источниками, такими как электрические батареи или другими способами с помощью самых разнообразных источников энергии. Электрическая мощность, как правило, поставляется на предприятия и в дома электроэнергетическими компаниями. Оплата за электроэнергию обычно происходит за киловатт-час (3,6 МДж), который является произведенной мощностью в киловаттах, умноженной на время работы в часах. В электроэнергетике измерения мощности производят с использованием счетчиков электроэнергии, которые запоминают количество общей электрической энергии, отдаваемой клиенту. В отличие от ископаемого топлива, электроэнергия является низкоэнтропийной формой энергии и может быть преобразована в энергию движения или многие другие виды энергии с высокой эффективностью.

Электроника

Электроника имеет дело с электрическими цепями, которые включают в себя активные электрические компоненты, такие как вакуумные трубки, транзисторы, диоды и интегральных схемы, и связанные с ними пассивные элементы и элементы коммутации. Нелинейное поведение активных компонентов и их способность контролировать потоки электронов позволяет усиливать слабые сигналы и широко использовать электронику в обработке информации, телекоммуникации и обработке сигналов. Способность электронных устройств работать в качестве переключателей позволяет проводить цифровую обработку информации. Элементы коммутации, такие как печатные платы, технологии компоновки и другие разнообразные формы коммуникационной инфраструктуры дополняют функциональные возможности схемы и превращают разнородные компоненты в обычную рабочую систему.

Сегодня большинство электронных устройств используют полупроводниковые компоненты для осуществления электронного управления. Изучение полупроводниковых приборов и связанных с ними технологий рассматривается как отрасль физики твердого тела, тогда как проектирование и конструирование электронных схем для решения практических задач относятся к области электроники.

Электромагнитные волны

Работы Фарадея и Ампера показали, что изменяющееся во времени магнитное поле порождало электрическое поле, а изменяющееся во времени электрическое поле являлось источником магнитного поля. Таким образом, когда одно поле меняется во времени, то всегда индуцируется другое поле. Такое явление обладает волновым свойствами и естественно называется электромагнитной волной. Электромагнитные волны были теоретически проанализированы Джеймсом Максвеллом в 1864 году. Максвелл разработал ряд уравнений, которые могли однозначно описать взаимосвязь между электрическим полем, магнитным полем, электрическим зарядом и электрическим током. Он смог к тому же доказать, что такая волна обязательно распространяется со скоростью света, и, таким образом, и свет сам является формой электромагнитного излучения. Разработка законов Максвелла, которые объединяют свет, поля и заряд, является одним из важнейших этапов в истории теоретической физики.

Таким образом, работа многих исследователей позволила использовать электронику для преобразования сигналов в высокочастотные колебательные токи, а через соответствующим образом сформированные проводники электричество позволяет передавать и принимать эти сигналы посредством радиоволн на очень большие расстояния.

Производство и использование электрической энергии

Генерация и передача электрического тока

В 6 веке до н. э. греческий философ Фалес Милетский экспериментировал с янтарными стержнями, и эти эксперименты стали первыми исследованиями в области производства электрической энергии. Пока этот метод, теперь известный как трибоэлектрический эффект, мог только поднимать легкие предметы и генерировать искры, он был крайне неэффективен. С изобретением вольтова столба в восемнадцатом веке жизнеспособный источник электроэнергии стал доступным. Вольтов столб и его современный потомок - электрическая батарея, хранит энергию в химическом виде и выдает её в виде электрической энергии по требованию. Батарея является универсальным и очень распространенным источником питания, который идеально подходит для многих применений, но энергия, хранящаяся в ней, конечна, и как только она расходуется, батарею необходимо утилизировать или заряжать. Для больших потребностей электрическая энергия должна генерироваться и передаваться непрерывно по проводящим линиям электропередачи.

Электроэнергия обычно генерируется электромеханическими генераторами, приводимыми в движение паром, получаемым от сжигания ископаемого топлива, или теплом, выделяемым в ядерных реакциях; или из других источников, таких как кинетическая энергия, извлеченная из ветра или проточной воды. Современная паровая турбина, разработанная сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году, сегодня производит около 80 процентов электроэнергии в мире с использованием различных источников тепла. Такие генераторы не имеют никакого сходства с униполярным генератором - диском Фарадея 1831 года, но они по-прежнему полагаться на его электромагнитный принцип, согласно которому проводник, сцепляясь с изменяющимся магнитным полем, индуцирует разность потенциалов на своих концах. Изобретение в конце ХIХ века трансформатора означало, что электрическая энергия может передаваться более эффективно при более высоком напряжении, но более низком токе. Эффективная электрическая передача означает, в свою очередь, что электроэнергия может производиться на централизованных электростанциях с выгодой от масштабной экономии, а затем передаваться на относительно большие расстояния туда, где в ней есть необходимость.

Поскольку электрическая энергия не может быть легко сохранена в количествах, достаточных для удовлетворения потребностей в национальном масштабе, её должно производиться в любое время столько, сколько в данный момент её требуется. Это обязывает энергокомпании тщательно прогнозировать свои электрические нагрузки и постоянно согласовывать эти данные с электростанциями. Некоторое количество генерирующих мощностей должно всегда храниться в запасе в качестве подушки безопасности для электросетей на случай резкого повышения спроса на электроэнергию.

Спрос на электроэнергию растет с большой скоростью по мере модернизации страны и развития ее экономики. Соединенные Штаты демонстрировали 12-процентный рост спроса в течение каждого года первых трех десятилетий ХХ века. Такой темп роста в настоящее время наблюдается в странах с формирующейся экономикой, таких как Индия или Китай. Исторически темпы роста спроса на электроэнергию опережают темпы роста спроса на другие виды энергии.

Экологические проблемы, связанные с производством электроэнергии, привели к усилению внимания к производству электроэнергии из возобновляемых источников, в частности на ветряных и гидроэлектростанциях. Несмотря на то, что можно ожидать продолжения дебатов о воздействии на окружающую среду различных средств производства электроэнергии, её окончательная форма относительно чистая.

Способы применения электричества

Передача электричества является весьма удобным способом передачи энергии, и она была адаптирована к огромному, и продолжающему расти, количеству применений. Изобретение практической лампы накаливания в 1870-х годах привело к тому, что освещение стало одним из первых массово доступных применений электроэнергии. Несмотря на то, что электрификация подразумевала собой определенные риски, замена открытого пламени газового освещения значительно снизила опасность возгорания внутри домов и фабрик. Во многих городах были созданы коммунальные предприятия, ориентированные на растущий рынок электрического освещения.

Нагревающий резистивный эффект Джоуля используется в нитях ламп накаливания и также находит более непосредственное применение в системах электрического отопления. Хотя этот метод отопления универсальный и управляемый, его можно считать расточительным, поскольку для большинства способов электрогенерации уже потребовалось производство тепловой энергии на электростанции. В ряде стран, таких как Дания, выпустили законы, ограничивающие или запрещающие применение резистивного электрического нагрева в новых зданиях. Электричество, однако, до сих пор остается весьма практичным источником энергии для отопления и охлаждения, причем кондиционеры или тепловые насосы представляют собой растущий сектор спроса на электроэнергию для отопления и охлаждения, последствия которого коммунальные предприятия все в большей степени обязаны учитывать.

Электричество используется в сфере телекоммуникаций, и на самом деле электрический телеграф, коммерческое использование которого было продемонстрировано в 1837 году Куком и Уитстоном, было одним из самых ранних электрических телекоммуникационных применений. При строительстве первых межконтинентальных, а затем трансатлантической, телеграфных систем в 1860-х годах, электричество позволило обеспечивать связь в течение нескольких минут со всем земном шаром. Оптоволоконная и спутниковая связь заняли часть рынка систем связи, однако можно ожидать, что электроэнергия будет оставаться важной частью этого процесса.

Наиболее очевидное использование эффектов электромагнетизма происходит в электродвигателе, который представляет собой чистое и эффективное средство движущей силы. Стационарный двигатель, такой как лебедка, легко обеспечить электропитанием, но двигателю для мобильного применения, такого как электрическое транспортное средство, необходимо либо перемещать вместе с собой источники питания, такие как батареи, либо собирать ток скользящим контактом, известным как пантограф.

Электронные устройства используют транзистор, пожалуй, одно из важнейших изобретений ХХ века, который является фундаментальным строительным блоком всех современных схем. Современная интегральная схема может содержать несколько миллиардов миниатюризованных транзисторов на площади всего несколько квадратных сантиметров.

Электричество также используется в качестве источника топлива для общественного транспорта, в том числе в электрических автобусах и поездах.

Влияние электричества на живые организмы

Действие электрического тока на организм человека

Напряжение, приложенное к человеческому телу, вызывает прохождение электрического тока через ткани, и хотя это отношение нелинейно, но чем большее напряжение приложено, тем больший оно вызывает ток. Порог восприятия варьируется в зависимости от частоты питания и местом прохождения тока, он составляет приблизительно от 0,1 мА до 1 мА для электричества сетевой частоты, хотя и ток, настолько малый, как один микроампер, может быть обнаружен как эффект электровибрации при определенных условиях. Если ток достаточно большой, то он может вызвать сокращение мышц, аритмию сердца, а также ожоги тканей. Отсутствие каких-либо видимых признаков того, что проводник находится под напряжением, делает электричество особенно опасным. Боль, вызванная электрическим током может быть интенсивной, что приводит к тому, что электричество иногда используют в качестве метода пытки. Смертная казнь, приведенная в исполнение поражением электрическим током, называется казнью на электрическом стуле (electrocution). Казнь на электрическом стуле до сих пор остается средством судебного наказания в некоторых странах, хотя его использование стало более редким в последнее время.

Электрические явления в природе

Электричество не является изобретением человека, оно может наблюдаться в нескольких формах в природе, заметным проявлением которого является молния. Многие взаимодействия, знакомые на макроскопическом уровне, такие как прикосновение, трение или химическая связь, обусловлены взаимодействиями между электрическими полями на атомном уровне. Магнитное поле Земли, как полагают, возникает из-за естественного производства циркулирующих токов в ядре планеты. Некоторые кристаллы, такие как кварц, или даже сахар, способны создавать разность потенциалов на своих поверхностях, когда подвергаются внешнему давлению. Это явление, известное как пьезоэлектричество, от греческого piezein (πιέζειν), что означает "нажать", было обнаружено в 1880 году Пьером и Жаком Кюри. Этот эффект обратим, и когда пьезоэлектрический материал подвергается воздействию электрического поля, происходит небольшое изменение его физических размеров.

Некоторые организмы, такие как акулы, способны обнаруживать и реагировать на изменения электрических полей, эта способность известна как электрорецепция. В то же время другие организмы, именуемые электрогенными, способны генерировать напряжения сами, что служит им в качестве оборонительного или хищного оружия. Рыбы отряда гимнотообразных, самым известным представителем которого является электрический угорь, могут обнаруживать или оглушать свою добычу с помощью высокого напряжения, генерируемого видоизмененными мышечными клетками, называемыми электричесикими клетками (electrocytes). Все животные передают информацию по клеточным мембранам импульсами напряжения, называемыми потенциалами действия, в чью функцию входит обеспечение нервной системы связью между нейронами и мышцами. Поражение электрическим током стимулирует эту систему, и вызывает сокращение мышц. Потенциалы действия также отвечают за координацию деятельности определенных растений.

В 1850 году Уильям Гладстон спросил ученого Майкла Фарадея, в чем ценность электричества. Фарадей ответил: "В один прекрасный день, сэр, вы сможете обложить его налогом».

В 19-м и начале 20-го века, электричество не было частью повседневной жизни многих людей, даже в промышленно развитом западном мире. Популярная культура того времени, соответственно, часто изображала его как таинственную, квази-магическую силу, которая может умертвлять живых, воскрешать мертвых или иным образом изменять законы природы. Такой взгляд начал царить с опытов Гальвани 1771 года, в которых демонстрировались ноги мертвых лягушек дергающимися при применении животного электричества. Об "оживлении" или реанимации очевидно мертвых или утопленников было сообщено в медицинской литературе вскоре после работы Гальвани. Об этих сообщениях стало известно Мэри Шелли, когда она принялась за написание Франкенштейна (1819), хотя она и не указывает на такой метод оживления монстра. Оживление монстров с помощью электричества стало актуальной темой фильмов ужасов позже.

По мере того, как углублялось общественное знакомство с электричеством, как источником жизненной силы второй промышленной революции, его обладатели чаще показывались в положительном свете, например, электромонтажники, про которых сказано "смерть сквозь перчатки им леденит пальцы, сплетающие провода" в стихотворении Редьярда Киплинга 1907 года "Сыновья Марфы". Разнообразные транспортные средства с электрическим приводом заняли видное место в приключенческих рассказах Жюля Верна и Тома Свифта. Специалисты в области электроэнергетики, будь то вымышленные или реальные - в том числе ученые, такие как Томас Эдисон, Чарльз Штайнмец или Никола Тесла - широко воспринимались как кудесники, наделенные волшебными полномочиями.

По мере того, как электричество переставало быть новинкой и становилось необходимостью в повседневной жизни во второй половине 20-го века, оно обратило к себе особое внимание со стороны популярной культуры только тогда, когда оно переставало поступать, что являлось событием, которое обычно сигнализирует о бедствии. Люди, которые поддерживают его поступление, такие как безымянный герой песни Джимми Уэбба "Монтер из Уичито" (1968), все чаще представлялись в качестве героических и волшебных персонажей.

5 лекция на тему:

Развитие электромагнитной теории и электротехники

Первые наблюдения явлений, известных под названием электричества и магнетизма, относятся ко времени античности и были произведены народами, живущими в бассейне Средиземного моря, особенно греками. Началось с обнаружения свойства натертого янтаря притягивать легкие предметы. Кроме того, в древнем мире наблюдали явления атмосферных разрядов и анестезирующее действие некоторых видов рыб при соприкосновении их с человеческим телом. Но представлений о том, что в этом проявляются электрические явления, не возникало.

Сам термин «электричество» появился на рубеже XVI и XVII веков, а затем постепенно наполнялся содержанием. Начиная с XVIII века, происходит более быстрое накопление знаний, но только в XIX веке электричество стало служить человеку.

Переломный момент в истории электричества произошел в 1600 г., когда вышел в свет замечательный труд английского естествоиспытателя Уильяма Гильберта «De Magnete», представляющий собой один из первых научных трактатов, написанных на основе экспериментов. До этого считалось, что электрические силы присущи только янтарю и одной из разновидности турмалина – линкуриону, а магнитные только железу. Гильберт экспериментально доказал, что электризация при трении обнаруживается у многих веществ – стекла, смолы, минералов и пр., а Земля является огромным магнитом, хотя и не состоит из одного только железа. Гильберт ввел понятие «vis electrica» («сила янтаря»), т.е. электрической силы. С XVIII века производный термин «electricitas» стал широко применяться. В русской научной литературе в XVIII веке получил распространение термин «электричество».

Мушенбрук обратил внимание на различный характер электризации стекла и янтаря, что способствовало открытию в 1733 году Шарлем Франсуа Дюфе «смоляного» и «стекольного» электричества (положительного и отрицательного, согласно терминологии Бенджамина Франклина). К числу наиболее известных достижений Мушенбрука принадлежит лейденская банка – первый конденсатор, изобретенный им в 1745 году. При этом он создал первый прообраз его внешней обкладки (в первых опытах в ее качестве использовалась рука экспериментатора, державшего банку). Мушенбрук обратил внимание на физиологическое действие разряда, сравнив его с ударом ската (ученому принадлежало первое использование термина «электрическая рыба»), провел опыты для проверки своих предположений. При этом он отрицал электрическую природу молнии, пересмотрев свои взгляды лишь после знаменитых опытов Франклина.

Франклин объяснил принцип действия лейденской банки, установив, что главную роль в ней играет диэлектрик, разделяющий проводящие обкладки; ввел общепринятое теперь обозначение электрически заряженных состояний "+" и "-"; разработал общую "унитарную" теорию электрических явлений, исходившую из предположения о существовании единой электрической субстанции, недостаток или избыток которой обусловливает знак заряда тела. Большая заслуга Франклина – установление тождества атмосферного и получаемого с помощью трения электричества и доказательство электрической природы молнии. Обнаружив, что металлические острия, соединённые с землёй, снимают электрические заряды с заряженных тел даже без соприкосновения с ними, Франклин предложил эффективный метод защиты от грозового разряда – молниеотвод.

Франклину принадлежит также ряд других технических изобретений: лампы для уличных фонарей, экономичная "франклиновская" печь, особый музыкальный инструмент, "электрическое колесо", вращающееся под действием электростатических сил, применение электрической искры для взрыва пороха и др.

Сущность электрических и магнитных явлений и связи между ними тогда не знали. Гильберт считал эти явления совершенно различными, и этот взгляд главенствовал до середины XVIII века, когда, благодаря трудам члена Петербургской АН Франца Ульриха Теодора Эпинуса (1724–1802), было положено начало новым взглядам: наука обогатилась представлениями о сходстве электрических и магнитных явлений. Вплоть до конца XVIII века ученые занимались только изучением статического электричества и его применением в практических целях: для лечебных целей, для взрыва пороха от искр при разряде и для передачи зарядов на расстояние – первой попыткой создания электрического телеграфа.

В течение XVIII века накопился большой опытный материал о статическом электричестве. Было установлено, существование проводников и непроводников электричества, доказано существование двух его родов – положительного (стеклянного) и отрицательного (смоляного). Удалось найти более совершенные методы получения значительных статических зарядов с помощью машин, изобрести способы их накопления при помощи лейденских банок и конденсаторов. Было обнаружено явление электростатической индукции. В конце XVIII века Кулон установил и количественную характеристику взаимодействия зарядов (закон Кулона).

Хотя все эти достижения еще не предвещали широкого применения электричества для практических целей, они имели существенное значение. Были созданы первые теории электричества, усовершенствована методика эксперимента, разработан ряд приборов.

В результате процесса изучения электрического тока, электротехника в последней трети XIX века стала важной самостоятельной отраслью науки и техники и оказала революционизирующее влияние на всю технику в целом, а в связи с этим и на все развитие производительных сил общества.

Разнообразные применения электрической энергии можно разделить на две группы:

– в первой электрическая энергия используется в значительных количествах с целью ее превращения в другие виды энергии: механическую (привод, тяга), световую (освещение), тепловую (термические процессы, отопление), химическую (электролиз) и т.п.

– ко второй группе относятся такие применения электрической энергии, при которых, хотя и происходят ее превращения в другие виды энергии, но они не являются целью. Здесь используются электрические импульсы или малые токи для воздействия на какие-либо индикаторы или приемники (телеграф, телефон, приборы управления или регулирования и т.д.).

В последнее десятилетие XVIII века внимание ученых обратилось к новым электрическим явлениям, обнаруженных Л. Гальвани и развитых Алессандро Вольта. Был найден новый вид электричества, который считали отличным от статического – электрический ток. В 1800 году Вольта, анализируя опыты и выводы Гальвани, приходит к построению первых генераторов электрического тока. Это Вольтов столб и чашечная батарея. Начался первый период электротехники – период изучения гальванического тока. Попытки его применения показали, что электрический ток может дать для практики то, что не способны дать другие области физики.

Основные периоды развития электротехники

Первый период развития электротехники (1800 – 1831 гг.) был сравнительно малоплодотворным для практики, но весьма богатым для изучения свойств электричества и потенциальных возможностей его практического применения.

В 1800 г. Карлейль и Никольсон разложили с помощью тока воду на водород и кислород. У. Крейкшенк показал в том же году, что и соли различных металлов также разлагаются током. В 1801 г. У. Х. Вулстен опытным путем доказал идентичность тока, получаемого от вольтова столба с теми зарядами, которые получаются при явлениях статического электричества. Были обнаружены тепловые действия тока – нагревание проводника. В 1802 выдающийся физик В. В. Петров, построив громадный вольтов столб из 4 200 медных и цинковых кружочков, дававший напряжение 1 700 В, получил устойчивую электрическую дугу между угольными электродами. Тогда же он обнаружил и явление тлеющего разряда при прохождении электрического тока через разреженные газы.

В. Риттер в 1803 г. обнаружил возможность аккумулирования энергии гальванического тока. В 1807–1808 гг. Х. Дэви произвел электролиз многих металлических солей и получил металлы в чистом виде (натрий, калий, кальций, стронций, магний, барий, бор). Петров, производя электролиз жиров и масел, обнаружил изоляционные свойства этих веществ.

Первая половина XIX века время триумфального развития промышленного переворота. Машинная индустрия, основанная на паровом двигателе, как источнике энергии, охватывала все новые и новые отрасли промышленности. На смену гужевому транспорту пришли железные дороги и паровые автомобили и тракторы, паровые машины на водном транспорте вытесняли паруса и весла.

Но появилась необходимость и в применении электрической энергии. Она основывалась на свойстве тока почти мгновенно распространяться на большие расстояния, что можно было использовать для создания электрической проводной связи. Вторым важным свойством была способность тока разлагать жидкости на составные части.

На этой основе Земмеринг построил электролитический телеграф, индикатором в котором служили пузырьки газа, образуемого при разложении жидкости током. Для практики этот телеграф оказался непригоден, однако он пробудил общий интерес к этому виду связи.

Второе применение – гальванический способ подрыва мин на расстоянии. В 1812 г. в Петербурге на Неве, а в 1815 г. в Париже на Сене Павел Львович Шиллинг демонстрировал методы гальванического взрыва подводных мин.

Существенные перемены в первом периоде развития электротехники оказались возможными в связи с открытием Эрстедом в 1819 г. электромагнетизма, т.е. действия тока на магнит. Опыты Эрстеда, продолженные и развитые Араго, Ампером и др., привели к созданию соленоида, мультипликатора, электромагнита и гальванометра. Опытами Барлоу, Фарадея и Генри была показана возможность превращения электрической и магнитной энергии в механическую, т.е. возможность создания электродвигателя.

В целом, в первом периоде только нащупывались пути применения гальванизма и электромагнетизма. Тормозом являлось то, что источники тока – вольтов столб и батареи элементов были пригодны только для лабораторных испытаний, т.е. маломощны и ненадежны в эксплуатации. Открытие в 1821 г. Зеебеком термоэлектричества также не обеспечило создание пригодных для практики генераторов. В связи с этим в первой трети XIX века развивалось только то направление электротехники, которое довольствовалось малыми или импульсными токами.

В первый период Ампер разработал многие вопросы взаимодействия токов, обобщенные в опубликованной в 1826–1827 гг. теории электродинамических явлений; начал свои эксперименты, в области индукции Фарадей, Георг Ом опубликовал трактат, посвященный закономерностям простых гальванических цепей. Био, Савар и Лаплас дали математическое выражение для силы взаимодействия между токами и магнитами, а Ампер для силы взаимодействия между токами.

В 1826 г. Георг Ом экспериментальным путем открыл основной закон электрической цепи и ввел понятие сопротивление. Он также научился вычислять сопротивление металлических проводников. Ученый мир поначалу не воспринял закон Ома. Первыми его признали русские физики Ленц и Якоби. И только в 1842 г. к Ому пришло признание – Лондонское Королевское общество наградило его золотой медалью.

Таким образом, в первом периоде развития электротехники (1800 –1831 гг.) были созданы предпосылки для ее развития, для последующих применений электрического тока.

Второй период развития электротехники (1831 – 1867 гг.) начинается с выдающегося открытия Майкла Фарадея – открытия электромагнитной индукции. Поэтому второй период можно назвать фарадеевским. До открытия способа превращать магнетизм в электричество применение последнего не выходило за пределы опытов и научных развлечений. Вся современная электротехника, основанная на применении больших токов имеет своим истоком открытие Фарадея.

Однако в этот период, независимо от открытия Фарадея развивалась и те области электротехники, для которых было достаточно импульсов или малых токов. В 1828–1932 гг. Шиллинг создал пригодный для практики электромагнитный телеграф, использовав в качестве индикатора переданных по определенному коду импульсов мультипликатор. Этим он открыл путь многим ученым в этой области, таким как Якоби, Морзе, Уитстон и др. Телеграфия в 1840-е гг. стала основной областью применения электрического тока. К концу 1860-х гг. Европа и Северная Америка были покрыты густой сетью телеграфных линий. Что касается подводных линий, то сначала они были проложены через реки, а в 1850 г. был проложен кабель через Ламанш, правда только через год удалось добиться хорошей связи. В 1856 г. была образована Атлантическая телеграфная компания для устройства телеграфной связи между Англией и США. Кроме огромных средств к ее работе были привлечены крупные научные силы во главе с У. Томсоном (лорд Кельвин). Длина этой линии составляла 3 600 км. В 1866 г. после десяти лет тяжелых трудов и устранения многочисленных аварий и неполадок была, наконец, установлена связь между Европой и Америкой.

Развитие телеграфа сыграло важную роль в разработке и установлении системы международных электрических единиц, способствовало возникновении и совершенствованию электрометрии и построению измерительных приборов.

Создание электродвигателя также могло основываться только на электромагнитном принципе. По этому пути и пошли изобретатели, создавшие электромоторы с постоянными магнитами. Однако для них необходимы были надежные источники тока, которыми не могли служить батареи гальванических элементов.

Академик Якоби в 1838 г. изобрел гальванопластику, на основе которой стала развиваться еще более широкая область применения электричества – гальваностегия.

В это время велись опыты и в области использования тока в электротермических процессах. Джоуль в 1841 г. и независимо от него в 1842 г. Ленц открыли закон выделения теплоты при прохождении тока.

Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) определил механический эквивалент тепла.

Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) сформулировал правило по которому наведенный ток всегда направлен так, что его магнитное поле противодействует процессам, вызывающим индукцию.

Но наибольший интерес во втором периоде развития электротехники, после телеграфии, вызывало электрическое освещение. Здесь уже были созданы основные типы дуговых ламп, и множество ламп накаливания.

Для всего этого нужен был надежный источник дешевой электроэнергии. Таким стал электромашинный генератор, основанный на принципе электромагнитной индукции, открытой Фарадеем.

Созданию его способствовало развитие науки. Отметим установленные Кирхгоффом законы разветвленной электрической цепи, работы Вебера и Гаусса в области теории магнетизма, установления закона сохранения и превращения энергии, установления закона тепловых действий тока (закон Джоуля – Ленца) и обширные исследования Фарадея.

Познакомившись с экспериментальными исследованиями Фарадея в области электричества, Максвелл понял, что для торжества и развития его идей необходимо переложить их на строгий математический язык. В 1873 г. он создал обобщающую теорию электричества и магнетизма.

Третий период развития электротехники (1867 – 1891 гг.) начался в то время, когда на основе явления электромагнитной индукции и принципа самовозбуждения («динамоэлектрический принцип») был построен генератор Грамма, дававший дешевую электроэнергию. Во второй половине 1870-х гг., благодаря работам Яблочкова, появились генераторы однофазного переменного тока. Они получили применение лишь благодаря свече Яблочкова. Свеча Яблочкова дала возможность установить электрическое освещение в общественных помещениях, улицах, парках и т.д. В 1879 г. была изобретена лампа накаливания Т. Эдисона. Она, кстати вызвала к жизни новую отрасль – вакуумную технику.

Временные преимущества переменного тока с отмиранием свечи Яблочкова и широким распространением электродвигателей постоянного тока, укрепили позиции сторонников последнего. Однако увеличение спроса на электроэнергию и стремление понизить ее стоимость, выдвинули проблему создания больших электростанций и передачи энергии на большие расстояния. В 1880 г. Депре и Лачинов установили, что для уменьшения тепловых потерь надо передавать ток высокого напряжения. Все попытки передавать постоянный ток высокого напряжения, вырабатываемый специальными генераторами к успеху не привели. В 1885 г. венгерскими инженерами М. Дери, О. Блатти и К. Циперновским был создан промышленный тип однофазного трансформатора. Началось строительство электропередач на переменном токе, однако однофазный ток не годился для применения в электроприводах. Поэтому для этой цели применялись старые электростанции постоянного тока и старые генераторы в режиме двигателей.

Неудобство от существования двух электросетей были преодолены с открытием Феррарисом явления вращающегося магнитного поля и созданием на его основе двухфазной (Никола Тесла) и трехфазной (Михаил Иосифович Доливо-Добровольский) систем.

Четвертый период развития электротехники начался в 1891 г. и продолжается до сих пор. Его начало связано с и созданием паровых турбин Парсонса, пригодных для установки на электростанциях. IV период характеризуется огромным ростом производства электроэнергии не только на тепловых, но и гидро- и атомных электростанциях. В этот период зародились и невероятно развились радиотехника и электроника.

Для нормального функционирования и жизнедеятельности любой постройки или здания необходимы системы, благодаря которым обеспечивается нормальная жизнь и деятельность любых потребителей. В противном случае, здание будет непригодно к эксплуатации. Для выполнения этих задач все постройки снабжаются всевозможными инженерными системами. Разнообразие и количество таких систем напрямую зависит от предназначения помещений или самого здания.

В зависимости от расположения, все системы и коммуникации, можно разделить на два вида. Если системы расположены внутри здания, их называют - внутренние, а если снаружи сооружения или здания - наружные.

Инженерные сети которые Вы можете у нас заказать отвечают всем стандартам качества, гарантируют посетителям и жильцам дома уют, комфорт, обеспечение теплом.

В зависимости от функций, инженерные системы делят на группы:

• Системы, отвечающие за теплоснабжение.
• Системы, отвечающие за подачу воды и за ее отведение.
• Системы, отвечающие за кондиционирование и вентиляцию.
• Системы, отвечающие за освещение с наружной стороны здания.
• Системы, отвечающие за снабжение газом.
• Сети, обеспечивающие сигнализацию и связь.
• Системы, отвечающие за подачу электричества.

Для того, чтобы понять в каком виде организованы инженерные системы, необходимо более подробно их проанализировать.

Инженерные системы теплоснабжения

Это одна из наиболее значимых инженерных систем, которая отвечает за обогрев помещений и здания целиком. Чаще всего используют централизованные и индивидуальные системы теплообеспечения. Функционирование таких систем возможно благодаря таким частям, как:

• Источник, который производит тепло. Этими источниками могут быть разнообразные котельные или ТЭЦ.
• Тепловые сети - это устройства, которые транспортируют тепло к зданию или помещению.
• Приборы, функция которых заключается в отдаче тепла потребителю. Такими приборами могут быть разнообразные отопительные радиаторы и калориферы.

Не стоит забывать, что для нормальной жизнедеятельности человека ему необходимы максимально комфортные условия. А одним из показателей комфорта любого помещения считается тепло. Теплые помещения, также являются залогом здоровья.

Инженерные системы водоснабжения

Система водоснабжения - это комплекс инженерных систем, который включает в себя системы подающие воду (водоснабжение) и системы, отвечающие за отведение воды (водоотведение).

Задача данных систем состоит в предоставлении воды потребителям в необходимом количестве и требуемого качества. Все системы водоснабжения делят на:

• Противопожарные.
• Производственные.
• Хозяйственно-питьевые.

Также их можно разделить в зависимости от вида, в котором они построены:

• Промышленные.
• Поселковые.
• Городские.

Основными составляющими любой системы отвечающей за подачу и отведение воды, принято считать:

• Водопроводные сети.
• Водоводы.
• Водозаборные сооружения.

Инженерные системы вентиляции

Эти системы также включают комплекс систем - это система вентиляции и система кондиционирования.

Ни для кого не секрет, что чистый воздух является залогом здоровья, поэтому все жилые или промышленные здания не могут сдаваться в эксплуатацию баз необходимых систем вентиляции и кондиционирования. Кроме наличия этих систем необходима их качественная и эффективная работа.

Главной задачей системы вентиляции является подача чистого, свежего воздуха, и очищение его от разнообразных примесей. При эксплуатации закрытых помещений образование вредных примесей воздуха происходит очень часто, можно сказать, постоянно. В зависимости от задач и эксплуатации, все системы вентиляции можно разделить на:

• Естественные и искусственные.
• Приточные и вытяжные.
• Наборные и моноблочные.

Главными задачами системы кондиционирования является: очистка, охлаждение, подогрев воздуха, удаление из него лишней влаги. Также, при установка систем кондиционирования есть возможность для дополнительной ионизации воздуха. При условном разделении систем кондиционирования по мощности можно выделить промышленные и бытовые.

Инженерные системы освещения

Задачей системы наружного освещения обеспечения является обеспечение нормальной и комфортной жизни человека. Грамотная и правильная организация освещения - это залог безопасного и комфортного использования всей площади здания и помещений в темное время суток. Также стоит отметить, что при правильном освещении появляется верное эстетическое восприятие зданий.

Для гарантии полноценного освещения жилых зон, в наше время, используют такие методы размещения световых приборов, как:

• На несущих тросах.
• На фасадах зданий.
• На подвесах.
• На опорах.

Инженерные системы газоснабжения

Благодаря тому, что газ является недорогим и простым в использовании сырьем он занял важную часть в жизни человека. Задачей системы газоснабжения является предоставление газа населению в необходимом объеме и давлении. Количество и давлении должно обеспечить самый оптимальный режим работы потребителей. Вся система газоснабжения состоит из сложного комплекса построек и может включать:

• Потребительские отводы, которые подсоединены к центральной городской сети, функцией которых является подведение газа к зданию.
• Газопроводы внутри здания, функцией которых является распределение газа по отдельным газовым потребителям внутри одного здания.

В современном мире много внимания уделяют безопасности любого помещения или здания. Обеспечением безопасности разнообразных зданий и помещений занимается сеть сигнализации и связи. Функции этих сетей заключаются в обеспечении работоспособности сигнализаций (пожарной и охранной), предоставлении интернет, телефонной связи, телевидения и радио. Все это способно функционировать благодаря системе состоящей из разнообразных слаботочных кабелей и проводов. Напряжение в этой системе составляет около 25В.

Инженерные системы электроснабжения

Основной функцией этой системы является обеспечение работы всевозможных инженерных систем здания. Благодаря этому система энергоснабжения является основной системой любых зданий. Это все становится возможным при правильном проектировании и установке системы электроснабжения. Данная система может в себя включать разнообразные источники энергии, преобразователи, системы которые передают и распределяют электроэнергию среди потребителей.

Среди основных элементов, из которых состоит система электроснабжения стоит выделить:

• Линии электропередач;
• Разнообразные распределительные устройства и подстанции;
• Инженерные сети и приборы, которые увеличивают работоспособность всей системы.