Как появляется электричество

Кто изобрел электричество?

Бенджамин Франклин получает все заслуги в открытии электричества, но все, что он сделал, это установил связь между молнией и электричеством. Шарль Франсуа Дюфе, Луиджи Гальвани, Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Томас Алва Эдисон и Никола Тесла внесли значительный вклад в развитие и коммерциализацию электричества.

Электричество повсюду вокруг нас: светильники, вентиляторы, компьютеры, мобильные телефоны и бесчисленное множество других устройств. В современном мире от этого практически невозможно убежать. Даже пытаясь убежать от электричества, вы найдете его по всей природе, от синапсов внутри человеческого тела до молнии во время грозы.

Но знаете ли вы, кто открыл электричество? Вообще-то, это довольно сложный вопрос. Большинство людей отдают должное только одному человеку (Бенджамину Франклину), что вроде как несправедливо.

Многие другие ученые использовали эксперименты Франклина для изучения электричества, и некоторые из них смогли изобрести различные формы электричества. Давайте копнем глубже и выясним, кто были эти ученые и каков их вклад.

Электричество 2600 лет назад

Один из инструментов, обнаруженных в археологических раскопках близ Багдада, напоминает электрохимическую ячейку

Примерно в 600 году до нашей эры греческий математик Фалес Милетский обнаружил, что трение меха о Янтарь вызывает притяжение между ними. Более поздние наблюдения доказали, что это притяжение было вызвано дисбалансом электрических зарядов, который называется статическим электричеством.

Археологи также обнаружили доказательства того, что древние люди могли экспериментировать с электричеством. В 1936 году они нашли глиняный горшок с железным прутом и медной пластиной. Он похож на электрохимический (гальванический) элемент.

Неясно, для чего использовался этот инструмент, но он пролил некоторый свет на тот факт, что древние люди, возможно, изучали ранние формы батарей задолго до того, как мы это знаем.

Томас Браун использовал слово «электричество» в 1646 году

В 1600 году английский физик Уильям Гилберт написал книгу под названием De Magnete, в которой он объяснил, как статическое электричество генерируется трением янтаря. Однако он не понимал, что электрический заряд универсален для всех материалов.

Поскольку Гилберт изучал статическое электричество с помощью янтаря, а янтарь по-гречески называют «Электрум», он решил назвать его действие электрической силой. Он также изобрел электроскоп (известный как «versorium» Гилберта) для обнаружения присутствия электрического заряда на теле.

Шарль Франсуа Дюфе открыл типы электрических зарядов

Дальнейшие исследования проводились многими учеными. Отто фон Герике, например, изобрел примитивную форму фрикционной электрической машины в 1663 году. Стивен Грей различал проводимость и изоляцию и открыл явление, называемое электростатической индукцией, в 1729 году.

Один из основных вкладов начала 17 века сделал французский химик Шарль Франсуа Дюфе. Он открыл два типа электричества: стекловидное и смолистое (которое в настоящее время известно как положительный и отрицательный заряд соответственно).

Он также обнаружил, что объекты с одинаковым зарядом притягиваются друг к другу, а объекты с противоположным зарядом отталкиваются. Он также прояснил некоторые популярные заблуждения того времени, например, что электрические свойства объекта зависят от его цвета.

Бенджамин Франклин доказал, что молния имеет электрическую природу

В середине XVIII века Бенджамин Франклин широко изучал и проводил многочисленные эксперименты, чтобы понять электричество. В 1748 году он построил электрическую батарею, поместив несколько стеклянных листов, зажатых между свинцовыми пластинами. Он также открыл принцип сохранения заряда.

Как он и ожидал, змей собрал немного электрического заряда из грозовых облаков, который затем потек по веревке, сотрясая его. Этот эксперимент доказал, что молния действительно была электрической по своей природе.

Луиджи Гальвани открыл биоэлектромагнетизм в 1780-х годах

Итальянский физик и биолог был пионером биоэлектромагнетизма. В 1780 году он провел несколько экспериментов на лягушках и обнаружил, что электричество является средой, через которую нейроны передают сигналы мышцам.

Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею в 1800 году

Другой итальянский физик по имени Алессандро Вольта обнаружил, что некоторые химические реакции могут производить постоянный электрический ток. Он построил электрическую батарею, для производства непрерывного потока электрического заряда. Она была сделана из чередующихся слоев меди и цинка.

Вольта также различал электрический потенциал (V) и заряд (Q), описывая, что они пропорциональны для данного объекта. Это то, что мы называем законом емкости Вольта. За эту работу единица измерения электрического потенциала SI (вольт) была названа в его честь.

Исследования, проведенные Вольтом, привлекли большое внимание и побудили других ученых провести аналогичные исследования, что в конечном итоге привело к развитию нового раздела физической химии, называемого электрохимией.

Немецкий физик Георг Симон Ом дополнительно изучил электрохимическую ячейку Вольта и обнаружил, что электрический ток прямо пропорционален напряжению (разности потенциалов), приложенному к проводнику. Эта связь называется законом Ома.

Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электричество создает магнитные поля

Ханс Кристиан Эрстед

В начале 19 века датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил прямую связь между электричеством и магнетизмом. В 1820 году он опубликовал свои открытия, описывая, как стрелка компаса может отклоняться под действием электрического тока.

Работы Эрстеда вдохновили французского физика Андре-Мари Ампера на разработку физико-математической теории, которая могла бы лучше объяснить связь между электричеством и магнетизмом. Он сформировал математическую формулу для представления магнитных сил между объектами, несущими ток. Для этой работы в его честь была названа единица измерения электрического тока (ампер).

В 1820-х годах Ампер изобрел многочисленные приборы, в том числе электромагнит (электромагнит, создающий управляемое магнитное поле) и электрический телеграф (система обмена текстовыми сообщениями «точка-точка»).

Майкл Фарадей сделал электричество практичным для использования в технологиях

Майкл Фарадей, около 70 лет

Майкл Фарадей заложил основы концепции электромагнитного поля. Он обнаружил, что на световые лучи может влиять магнетизм. Он изобрел электромагнитные вращательные устройства, которые легли в основу технологии электродвигателей.

В 1831 году Фарадей разработал электрическую динамомашину-машину, которая могла непрерывно преобразовывать вращательную механическую энергию в электрическую, что сделало возможным производство электричества.

В 1832 году Фарадей провел серию экспериментов по исследованию поведения электричества. Он пришел к выводу, что категоризация различных «типов» электричества была иллюзорной. Вместо этого он предложил, что существует только один «тип» электричества, и изменение таких параметров, как ток и напряжение (количество и интенсивность), приведет к созданию различных групп явлений.

Джеймс Клерк Максвелл сформулировал теорию электромагнитного излучения

В 1873 году шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл начал разрабатывать уравнения, которые могли бы точно описать электромагнитное поле. Он предположил, что электрические и магнитные поля движутся как волны со скоростью света.

Генрих Рудольф Герц окончательно доказал эту теорию, и Гульельмо Маркони использовал эти волны для разработки радио.

Томас Эдисон коммерциализировал электричество

В 1879 году Томас Альва Эдисон изобрел практичную лампочку, которая прослужит долго, прежде чем перегореть. Его следующей задачей была разработка электрической системы, которая могла бы обеспечить людей реальным источником энергии для питания этих ламп.

В 1882 году он построил первую электростанцию в Лондоне, чтобы вырабатывать электроэнергию и переносить ее в дома людей. Несколько месяцев спустя он создал еще одну электростанцию в Нью-Йорке для обеспечения электрическим освещением нижней части острова Манхэттен. Около 85 потребителей получили достаточно энергии, чтобы зажечь 5000 ламп.

На заводе использовались возвратно-поступательные паровые двигатели для включения генераторов постоянного тока. Но так как это было распределение постоянного тока, зона обслуживания была ограничена падением напряжения в фидерах.

Никола Тесла изобрел переменный ток

Поворотный момент в электрической эре наступил через несколько лет, когда Никола Тесла приехал в Нью-Йорк, чтобы работать на Эдисона. Он покинул Edison Machine Works через шесть месяцев из-за невыплаченных бонусов, которые, по его мнению, он заработал.

Вскоре после ухода из компании Тесла обнаружил новый тип двигателя переменного тока и технологию передачи электроэнергии. Он объединился с Джорджем Вестингаузом, чтобы запатентовать систему переменного тока, чтобы обеспечить страну электроэнергией высочайшего качества.

Энергетическая система, изобретенная Теслой, быстро распространилась в США и Европе благодаря своим преимуществам в дальней высоковольтной передаче. Первая гидроэлектростанция Теслы в Ниагарском водопаде могла транспортировать электроэнергию более чем на 200 квадратных миль. В отличие от этого, эдисоновская электростанция постоянного тока могла транспортировать электричество только в пределах одной мили.

Сегодня переменный ток вырабатывается большинством электростанций и используется почти всеми системами распределения электроэнергии. Общее мировое валовое производство электроэнергии в 2019 году составило 27 644 ТВтч.

Генрих Рудольф Герц наблюдал фотоэлектрический эффект в 1887 году

Генрих Рудольф Герц

Пока Тесла был занят изобретением и распределением переменного тока, Генрих Герц проводил серию экспериментов по пониманию электромагнитных волн. В 1887 году он наблюдал фотоэлектрический эффект, явление, при котором электроны испускаются, когда электромагнитное излучение (например, свет) попадает на материал.

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал «закон фотоэлектрических эффектов», выдвинув гипотезу о том, что световая энергия переносится дискретными квантованными пакетами. Это был решающий шаг в развитии квантовой механики. За эту работу Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике 1921 года.

Фотоэлектрический эффект используется в фотоэлементах, обычно встречающихся в солнечных батареях. Эти фотоэлементы вырабатывают напряжение и подают электрический ток, когда на них светит солнечный свет (или свет с определенной длиной волны).

К концу 2019 года во всем мире было установлено в общей сложности 629 гигаватт солнечной энергии. Это число будет увеличиваться в ближайшие годы, поскольку многие страны и территории переходят на возобновляемые источники энергии, чтобы уменьшить воздействие производства электроэнергии на окружающую среду.

И поэтому было бы неправильно отдать должное только одному человеку за то, что он открыл для себя электричество. В то время как идея электричества существовала тысячи лет, когда пришло время ее научного и коммерческого изучения, несколько великих умов работали над различными подмножествами этой проблемы.

Источник

История развития электричества — кто и в каком году его открыл

Электричество прочно вошло в нашу жизнь, и теперь в случае кратковременного отсутствия электроснабжения наступает “конец света” не только в переносном, но и в прямом смысле. Привыкнув к благам цивилизации, которые стали возможны благодаря применению электрической энергии, современным людям трудно понять, как жили наши предки.

При мысли об этом в голове возникает картина темной пещеры, внутри которой горит костер. Древний человек, одетый в шкуру, задумчиво смотрит на огонь и подбрасывает в него сухие ветки. Рядом сидят дети, внимательно следят за его действиями и слушают рассказы об огненном цветке.

Многие читатели наверняка удивятся, если узнают, что электричество было известно еще в далекой древности. Причем точно ответить на вопрос, кто изобрел электричество, невозможно.

Наши предки уже знали о возможностях некоторых видов рыб испускать электрические разряды, которые обездвиживали жертву. А чего стоит находка “багдадской батарейки” — предположительно первого химического источника тока, работавшего более 2,5 тысячи лет назад? Вперед, читатель, попробуем разобраться в запутанной истории применения электричества.

История открытия

Атмосферное электричество существовало задолго до появления человека. Оно вызывало пожары и представляло непосредственную опасность для древних людей. Увидев приближение грозы, наши предки принимали ее за гнев грозных богов и благоразумно старались не выходить из укрытий.

Неизвестная сила привлекала, поэтому зная об опасности электричества, люди все же старались применять его для своих целей. До нашего времени, к большому сожалению, дошло мало данных. Поэтому ответ на вопрос, кто первым придумал использовать электричество, похоже, навсегда останется скрытым во тьме истории.

Наблюдения в древности

Наши предки знали о необычных свойствах некоторых видов рыб. В древнеегипетских текстах, которые датируются 2750 годом до нашей эры, встречается упоминание о рыбах, способных создавать электрические разряды, — “громовержцах Нила”.

На барельефе, созданном древним художником примерно в 2300 году до нашей эры, представлена сцена ловли рыбы. Среди изображений рыб на нижней части барельефа можно увидеть электрического сома.

Древнеримский ученый Плиний Старший описывал необычные возможности электрических сомов и скатов. Он упоминал о способности разрядов, создаваемых этими животными, перемещаться по проводящим ток объектам.

Арабские, древнеримские и древнегреческие врачи использовали способности электрических рыб при устранении подагры и головной боли. Способ лечения заключался в том, что больной прикасался к ним и получал мощный электрический разряд.

Известный древнеримский ученый Гален, живший во 2 веке нашей эры, настолько успешно применял этот метод для терапии, что император Марк Аврелий сделал его своим врачом.

Заслуживают внимания барельефы древнеегипетского храма богини Хатхор, построенного более 4,5 тысячи лет назад. Изображенные на стенах предметы похожи на газоразрядные электрические лампы и дают основания предполагать, что они использовались для освещения храма.

Большинство египтологов придерживаются противоположной точки зрения. Они опровергают это открытие и утверждают, что для изготовления таких ламп помимо мощного источника тока требовались вакуумные насосы, проводники тока, изоляторы и развитое стеклодувное производство.

Фалес, философ и математик из древнегреческого города Милета, в 600 г. до нашей эры опытным путем установил, что янтарь при натирании мехом животных притягивает к себе разные легкие предметы. Из-за малого количества исследований и низкого уровня развития науки того времени суть явления полностью не была изучена.

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

Немецкий археолог Вильгельм Кениг в 1936 г. в окрестностях Багдада, столицы современного государства Ирака, обнаружил артефакт возрастом более 2 тысяч лет. Это остатки глиняного сосуда, длина которого составляла 13 см. Верхняя часть сосуда была покрыта битумом. Внутри находился стальной стержень, вставленный в медный цилиндр.

Ученый предположил, что этот сосуд является химическим источником электрического тока при заполнении раствором кислоты или щелочи. Догадку Кенига опытным путем подтвердили многие ученые. Так, в 1947 г. американским ученым-физиком была изготовлена копия сосуда. В качестве электролита он использовал сульфат меди. Напряжение, создаваемое батареей, составило 2 В.

Конечно, у теории возможности создания древними людьми источников тока нашлись критики. Они утверждают, что оборудование, которое могло бы работать от электрического тока, не найдено. Устройство батареи, при котором вся верхняя часть покрывалась слоем битума, не предполагает его использования в качестве источника тока, а наоборот, схоже с сосудами для хранения свитков.

Шарль Франсуа Дюфе и типы зарядов

В конце XVI века ученые начали интересоваться античными трудами. Английский придворный врач Елизаветы I и по совместительству ученый-физик Уильям Гилберт ввел в широкое обращение термин “электричество” в 1600 г.

Этим термином ученый описывал силу, создаваемую разными веществами при трении друг о друга. Он также является автором научного трактата. В нем Гилберт предложил рассматривать Землю как большой магнит, полюсы которого совпадают с географическими.

Гилберт был первым ученым, который разделил понятия магнетизма и статического электричества. Он является создателем простейшего прибора, названного “версориум”. Устройство предназначалось для определения присутствия электрического поля.

С его помощью ученый доказал, что при натирании возможность притягивать к себе предметы небольшого веса свойственна не только янтарю, но и другим материалам. Также он впервые описал изолирующие и экранирующие свойства разных материалов.

В 1663 г. бургомистр немецкого города Магдебурга Отто фон Герике продолжил исследования Уильяма Гилберта и построил электростатическую машину. С ее помощью изучались эффекты притягивания и отталкивания разных тел.

Машина состояла из шара, внутри которого был закреплен стальной стержень. Шар изготавливали, заливая расплавленную серу в стеклянный сосуд. После того как сера застывала, сосуд разбивали.

Шар устанавливался на специальном креплении. Вращение шара производилось при помощи специальной рукоятки. Прислонив к нему сухую руку, можно было наблюдать, как легкие тела под воздействием статического электричества притягиваются или отталкиваются. Также ученый доказал, что статические заряды могут передаваться на небольшие расстояния по льняной нити.

Опыты фон Герике по передаче электричества на расстояние продолжил английский ученый Стивен Грей. Он наблюдал за тем, как пробка, которая закрывает стеклянную трубку, начинает притягивать легкие предметы, если трубку потереть.

Присоединив к пробке шелковую нить, ученый смог добиться того, что максимальное расстояние, на которое смог быть передан заряд электричества, составило 800 футов.

Причем было установлено, что на расстояние оказывает влияние не толщина веревки, а материал, из которого она изготовлена. Также ученый определил, что электрические заряды могут передаваться путем электростатической индукции без прикосновения стеклянной трубки к веревке. Грей установил, что вещества делятся на проводники электричества и диэлектрики.

Французский ученый Шарль Дюфе, изучив опыты предшественников, в 1733 г. выявил, что в природе существует два вида электрических зарядов, или, как он их называл, “смоляное и стеклянное электричество”. Причем электричество разного рода может притягиваться, а одного вида отталкивает себе подобное.

Следующим этапом в изучении электричества стало изобретение конденсатора, устройства для накапливания электрических зарядов, в 1745 г. в голландском городе Лейдене.

История его открытия сообщает о двух ученых, которые обнаружили этот эффект независимо друг от друга. Первым, кто открыл эффект накопления электрических зарядов, стал Эвальд фон Клейст.

Впоследствии фон Мушенбрук доложил об открытии научному сообществу. Полученное устройство стало называться “лейденская банка”.

Примерно в это же время в России изучением атмосферного электричества занимались такие великие ученые, как Михаил Ломоносов и Георг Рихман. Для исследования явления ими был сконструирован громоотвод. С его помощью ученые заряжали “лейденскую банку”. Также они изобрели прибор для измерения электричества — “электрический указатель”.

К сожалению, в 1753 г. во время одного из экспериментов с атмосферным электричеством Георг Рихман трагически погиб из-за удара молнии.

Бенджамин Франклин и воздушный змей

Продолжая исследовать природу того, как появляется электричество, американский ученый и известный политический деятель Бенджамин Франклин ввел определение положительного и отрицательного зарядов.

В Филадельфии в 1752 г. он проводил опыты по изучению электрических явлений в атмосфере. Суть заключалась в запуске воздушного змея в грозовое облако. Он состоял из стальной рамки, обтянутой шелковой тканью. Змей был привязан к шелковой ленте.

На конце ленты находился металлический ключ. Зная о смертельной опасности, возникающей при ударе молнии, Франклин не стал ждать момента удара. Вместо этого он запустил змея в облако и обнаружил, что тот может собрать электрические заряды.

Также он смог описать принцип действия громоотвода и для повышения его эффективности предложил делать верхнюю часть заостренной. При помощи громоотвода ученому удалось доказать, что молния имеет электрическую природу.

Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта — открытия в Италии на рубеже 18-19 веков

Итальянский ученый Луиджи Гальвани в 1771 г. во время проведения опытов по изучению сокращения мышц обнаружил возможность препарированных лапок лягушки сокращаться под действием электричества. Это случайное открытие положило начало новому направлению науки — электрофизиологии.

В опубликованном им в 1791 г. трактате ученый описал наличие в мышцах животных электрического тока. Само явление получило название в его честь — гальванизм. Гальвани предположил, что мышцы животных являются подобием лейденской банки и могут накапливать электрические заряды, которые передаются по нервам.

Последователь Луиджи Гальвани, его племянник, профессор анатомии Джованни Альдини приобрел известность тем, что сделал из открытия своего дяди жуткое зрелище. Вместо препарированной лягушки для своих опытов он использовал трупы казненных преступников. Зрители могли видеть, как тело двигается, открывает глаза и корчит гримасы. После такого шоу некоторые длительно страдали расстройством психики.

В 1785 г. французский ученый Шарль Кулон сформулировал закон, который описывал силу взаимодействия между электрическими зарядами, зависящую от расстояния между ними. Работа по изучению электрических явлений стала точной наукой.

Опыты с электричеством Луиджи Гальвани вдохновили его соотечественника, ученого Алессандро Вольта, на проведение экспериментов с “животным электричеством”. Вольта пришел к выводу, что такие явления имеют отношение к замкнутой электрической цепи, состоящей из двух разных видов металлов и жидкости.

В 1800 г. он изобретает химический источник тока — “Вольтов столб”. Устройство представляло собой диски из разных металлов, между которыми помещались бумажные диски, пропитанные щелочными растворами.

Проводя опыты с лягушачьими лапками, ученый пришел к выводу, что величина их сокращений будет зависеть от вида металлов. При прикосновении к ним проводниками из металлов одного типа эффект не наблюдается. Благодаря этому исследованию он пришел к пониманию разницы потенциалов.

Продолжая опыты с электричеством, Вольта пришел к открытию того, что нервы имеют большую возбудимость по сравнению с мышцами. Также ученый определил, что органы зрения и вкуса человека чувствительны к воздействию электрического тока.

Используя открытие Вольта, российский ученый Василий Петров в 1802 г. собрал большую батарею, состоявшую из 2100 пар медных и цинковых дисков, между которыми находились диски из картона, пропитанные нашатырным раствором.

Диски были уложены в деревянные ящики и подключены последовательно. Общая длина батареи составила около 12 метров. Создание такого мощного источника тока позволило открыть электрическую дугу.

На практике была доказана возможность применения дуги для разных целей:

Петрову принадлежит применение термина “сопротивление”. Он описывал им характеристики вещества, препятствующие движению электрического тока. Проведение опытов по прохождению электрического тока через оксиды металлов и другие вещества позволило описать процессы электролиза.

Магнитное поле — труды Эрстеда, Ампера и Фарадея

В 1820 г. датский ученый-физик Ханс Эрстед смог впервые экспериментально доказать, что электрические и магнитные явления имеют связь. При демонстрации нагрева проволоки током, получаемым при подключении к вольтову столбу, было замечено, что стрелка компаса отклонилась.

Впоследствии ученый смог опытным путем доказать появление магнитных свойств у платины, золота, серебра, латуни, свинца, железа при пропускании электрического тока. Эрстед применял разные материалы для экранирования, но стрелка продолжала отклоняться. Причем она не отклонилась, когда ученый установил проволоку, по которой проходил ток в вертикальное положение.

Опираясь на открытия Эрстеда, французский ученый Андре Мари Ампер в 1821 г. вывел правило, описывающее действие магнитного поля. Впоследствии его назовут теоремой Ампера. Ученый смог объединить электричество и магнетизм в одну теорию электромагнетизма. Им было установлено, что связь магнитного поля и электричества не наблюдается при статическом электричестве.

В 1822 г. ученый открыл наличие магнитного эффекта у соленоида при протекании по нему электрического тока. Ампер предложил использовать для усиления магнитного поля стальной сердечник, помещаемый внутрь соленоида.

Открыть взаимосвязь между сопротивлением электрической цепи, силой тока и напряжением удалось в 1826 г. немецкому физику Георгу Ому. Это оказало огромное влияние на развитие науки и известно в наше время как закон Ома.

В 1830 г. немецкий ученый Карл Гаусс сформулировал основную теорему теории электростатического поля.

Английский ученый-физик Майкл Фарадей стал основоположником учения об электромагнитном поле. В 1831 г. им была открыта электромагнитная индукция — появление электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, который через него проходит.

На основе своего открытия ученый создал первый электрогенератор и электродвигатель. Ему принадлежит мысль, что электрические силы переносятся атомами материи.

Одним из основоположников электротехники по праву считают российского физика Эмилия Ленца. В 1834 г. он открыл закон индукции, определяющий направление индукционного тока, — “Правило Ленца”. Также ученым был сформулирован закон, определяющий количество тепла, выделяемое проводником при протекании по нему тока, и принцип обратимости электрических машин.

Вклад Максвелла

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

Большая часть ученых поддерживала концепцию дальнодействия, которая считала электромагнитные силы подобием сил гравитационного притяжения. Майкл Фарадей придерживался идеи силовых линий, соединяющих положительные и отрицательные заряды.

Решить задачу построения математической теории, объединяющей концепции силовых линий и дальнодействия, удалось британскому ученому-физику Джеймсу Максвеллу. Он вывел уравнения, определяющие взаимодействие зарядов и токов, в 1873 г.

Согласно полученным уравнениям выяснилось, что изменяющееся со временем электрическое поле приводит к появлению магнитного поля. Последнее, в свою очередь, приводит к появлению электрического поля. В результате такого взаимодействия в пространстве происходит распространение электромагнитных волн со скоростью света.

Распространение и становление электротехники в конце 19 – начале 20 века

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

Ограниченные возможности тепловых двигателей уже не соответствовали растущим потребностям промышленности. Выход из такого кризиса был найден благодаря использованию электрических машин. Их применение позволило за несколько десятилетий совершить революцию в промышленном производстве.

Период с 1821 по 1834 гг. являлся начальным в разработке электродвигателей. Он был тесно связан с разработкой Фарадеем устройств, демонстрирующих возможности преобразования электрической энергии в механическую.

Вторым этапом считается период с 1834 по 1860 гг. В это время появляются электродвигатели с явнополюсным якорем. Созданный в 1834 г. русским изобретателем Борисом Якоби прибор был первым в мире электродвигателем, в котором рабочий вал вращался. Прежние конструкции предполагали только получение колебательного или возвратно-поступательного движения якоря.

Конструкция этого двигателя постоянного тока предполагала наличие двух групп электромагнитов. Подвижные электромагниты (3) были установлены на роторе (2), неподвижные – на статоре (1). Изменение полярности достигалось за счет коммутатора (4). Вал (5) вращался со скоростью 40 об/мин. Мощность первого двигателя составила 15 Вт. Питание осуществлялось постоянным током от гальванической батареи (6).

Третьим этапом развития электродвигателей считается период с 1860 по 1887 гг. В это время разрабатываются конструкции двигателей с кольцевым неявнополюсным якорем и постоянным вращающим моментом.

В 1888 г. ученый и изобретатель сербского происхождения Никола Тесла получает патент на практическое применение системы двухфазного переменного тока и двухфазного электродвигателя.

Российский ученый Михаил Доливо-Добровольский, усовершенствовав двухфазную систему тока, в 1889 г. получает патент на асинхронный двигатель, работающий от трехфазной системы передачи переменного тока.

Отличительная особенность этой системы – необходимость всего трех проводов для передачи электричества. В 1889 г. ученым был изобретен и запатентован трехфазный трансформатор.

Трехфазная система позволила решить проблему передачи электричества на большие расстояния с наименьшими потерями. В 1891 г. во время проведения международной выставки ученый построил линию электропередачи на 170 км. Это было рекордное расстояние для того времени.

Первые электроприборы

В 1872 году русский ученый Александр Лодыгин подает заявку на патент лампы накаливания с угольным стержнем и получает его в 1874 г.

Такими лампами было впервые осуществлено электрическое освещение Литейного моста в Санкт-Петербурге в 1879 г.

Из-за высокой стоимости и небольшого количества света вместо ламп накаливания стали применяться свечи Яблочкова. Патент на свое изобретение русский ученый Павел Яблочков получил в 1876 г. в Париже.

Вместо нити накаливания источником света в ней выступала электрическая дуга, которая горела между двумя угольными стержнями. Стержни были разделены изолирующей перегородкой, а на верхней части закреплялась тонкая проволока.

При включении поволока перегорала и зажигалась дуга. Свеча давала ровный и яркий свет в течение 1,5 часа. Для поддержания горения дуги не требовалось применения механических регуляторов.

Позднее Яблочков усовершенствовал конструкцию свечи и смог избавиться от ее главного недостатка — невозможности повторного включения. Для этого он стал добавлять в изолирующий материал соли разных металлов, благодаря чему также смог менять оттенок дуги.

Благодаря простой конструкции свеча Яблочкова имела меньшую стоимость и была более удобной в эксплуатации, чем лампа накаливания. Осветительные приборы со свечами Яблочкова установили сначала в Париже, затем в Лондоне, а впоследствии и в других городах мира.

Когда появилось в домах и где

Идея перехода с газового и керосинового на электрическое освещение овладела массами в конце 19 века. В это время американцам первым удалось осуществить ее.

В 1882 г. в Нью-Йорке была открыта электростанция “Перл Стрит”, на которой электричество вырабатывалось при помощи шести паровых динамо-машин. Электроэнергия использовалась для освещения целого района Нью-Йорка площадью 2,5 км2.

Уже в конце 19 века в продаже появляются первые электрические бытовые приборы: чайник, кофеварка, электродрель, электроплита, бытовой холодильник, вентилятор и т. п.

Развитие электричества в России и ГОЭЛРО

Распространению электрической энергии в России способствовало создание Особого отдела Русского технического общества. В его состав вошли ученые Яблочков, Лодыгин и Чиколев.

Стараниями общества было организовано электрическое освещение улиц Москвы и Санкт-Петербурга. В Петербурге дуговыми лампами освещали Большой театр и Михайловский Манеж. В Москве обеспечили электрическое освещение площади перед Храмом Христа Спасителя.

По причине высокой стоимости и отсутствия рядом электростанций электрическое освещение в основном применялось в производственных зданиях, магазинах и общественных местах. В жилых домах оно считалось редкостью.

Несмотря на то что в стране отсутствовала государственная поддержка, до 1914 г. темпы роста применения электрической энергии были очень высокими. К сожалению, после начала Первой Мировой войны темпы электрификации значительно снизились, а после Революции и Гражданской войны электроэнергетика пришла в полнейший упадок.

В 1920 г. создается комиссия ГОЭРЛО, целью которой являлась разработка плана по электрификации страны. Под председательством Кржижановского к работе привлекли больше 200 человек.

План был перевыполнен к 1931 г. Количество выработанной электроэнергии в 7 раз превысило объемы дореволюционной выработки. Число введенных в работу электростанций составило 40 штук.

Заключение

Выше указаны только наиболее важные этапы развития применения электрической энергии. Всю историю использования электричества уместить в рамках одной статьи невозможно.

Источник

Электричество — что это, откуда берется, в каком году изобрели

Что такое электричество и откуда оно берется

О чем думают, когда слышат слово «электричество» или «электрический»? На ум приходят розетки, линии электропередач, трансформаторы или сварочные аппараты, молния, батарейки и зарядные устройства. Безусловно, электричества в современной цивилизации очень много. Кроме того, оно есть в природе. Но что мы о нем знаем?

Электричеситвом называют процесс движения заряженных частиц под воздействием электромагнитного поля:

Термин имеет греческое происхождение, а «электрон» означает ‘янтарь’. Первым его использовал древнегреческий философ Фалес.

Когда вставляем вилку в розетку, включаем электрочайник или нажимаем выключатель, между источником и приемником электричества замыкается электрическая цепь, благодаря чему электрический заряд получает путь для движения, например, по спирали чайника. Описать процесс можно так:

Линии электропередач: Freepick

Трансформаторы электростанций подают сверхвысокое переменное напряжение величиной 110, 220 или 500 киловольт на высоковольтные линии электропередач (ЛЭП). Достигнув понижающих подстанций, оно снижается до уровня бытовой сети — 220 вольт. Это напряжение в наших розетках, которое используем каждый день, не задумываясь о длине того пути, которое оно проходит.

Можно ли накопить электричество для бытовых целей? Да, и мы этим тоже пользуемся. В этом помогает преобразование в химическую энергию, а именно в аккумуляторы. Химические реакции между электродами (веществами и растворами, которые проводят ток) создают ток при замкнутой на потребителя внешней цепи. Чем больше площадь электродов, тем больше тока можно получить.

Используя разный материал электродов и количество соединенных в аккумуляторе ячеек, можно генерировать разное напряжение. Например, в литий-ионном аккумуляторе стандартное напряжение для одной ячейки составляет 3,7 вольта. Работает он так:

Такой аккумулятор полноценно работает на протяжении около 1000 циклов заряда-разряда.

Батарейка: Freepick

В современном мире все привыкли к тому, что электричество всегда есть в доме. Тысячи людей ежедневно трудятся для того, чтобы его источники работали бесперебойно.

История возникновения

Много лет назад люди наблюдали за природными явлениями, имеющими электрическую природу. В 600 г. до н.э. в Греции экспериментально установили, что потертая шерстью окаменелая смола притягивает предметы.

В 30-е гг. ХХ веке археологи нашли горшки, внутри которых находились медные листы. Эти своеобразные батареи для освещения были обнаружены в Багдаде, что дает основания предположить, что разработка принадлежит древним персам.

В 1600 году слово electricus использовалось Уильямом Гилбертом для описания статической энергии, возникающей при механическом взаимодействии веществ. Томас Браун в ряде исследовательских трудов использовал категорию «электричество» («янтарность»). С этого времени началась эра экспериментов с целью разгадки природы явления. Дата каждого из них вписана в историю.

В 17 в. был изобретен генератор, классифицированы изоляторы и проводники, разграничены частицы с зарядами «+» / «-». С XVIII в. и до сих пор человечество продуцирует, генерирует и потребляет электричество.

Период ранних открытий подготовил базис для развития науки, проведения исследований, разработки оборудования для транспортирования электричества.

История изобретения электричества

Было бы неправильно сказать, что кто-то один открыл электричество. Сама идея существовала тысячи лет, а затем началась эра научных и коммерческих исследований. Многие великие умы трудились над вопросом природы электричества.

Фалес Милетский

Около 600 года до н. э. греческий математик Фалес обнаружил, что во время трения меха о янтарь между ними возникает притяжение. Оказалось, что его вызывает дисбаланс электрических зарядов, так называемое статическое электричество.

Уильям Гилберт

Понятие «электричество» впервые было введено в употребление Уильямом Гилбертом в 1600 г. С этого момента отмечают дату, когда появилось электричество.

Английский физик в 1600 году написал книгу «De Magnete». В ней ученый объяснил опыты, которые проводил Фалес Милетский. Явление статического электричества, которое античный исследователь производил с помощью янтаря (на греческом ‘электрум’), Гилберт назвал электрической силой.

Так появилось английское слово electricity. Кроме того, ученый изобрел электроскоп, который обнаруживал присутствие электрических зарядов на теле.

Отто фон Герике — первая электростатическая машина

В 1663 году немецкий инженер, физик и философ Отто фон Герике изобрел аппарат, являвшийся прообразом электростатического генератора. Он представлял собой шар из серы, насаженный на металлический стержень, который вращался и натирался вручную. С помощью этого изобретения можно было увидеть в действии свойство предметов не только притягиваться, но и отталкиваться.

В марте 1672 года известный немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц в письме к Герике упоминал, что при работе с его машиной он зафиксировал электрическую искру. Это стало первым свидетельством загадочного на тот момент явления. Герике создал прибор, послуживший прототипом всех будущих электрических открытий.

В 1729 году ученый из Великобритании Стивен Грей произвел опыты, которые позволили открыть возможность передачи электрического заряда на небольшие (до 800 футов) расстояния. А также он установил, что электричество не передается по земле. В дальнейшем это дало возможность классифицировать все вещества на изоляторы и проводники.

Шарль Франсуа Дюфе

В начале XVII века французский ученый открыл два типа электричества. Он назвал их стекловидным и смолистым (в современной терминологии — положительный и отрицательный заряды). Он обнаружил, что объекты с одинаковыми зарядами притягиваются, а с противоположными — отталкиваются.

Шарль Огюстен де Кулон — закон взаимодействия зарядов

Французский инженер и физик Шарль Огюстен де Кулон в 1785 году открыл закон, который отображал силу взаимодействия между статичными точечными зарядами. Кулон до этого изобрел крутильные весы. Появление закона состоялось благодаря опытам Кулона с этими весами. С их помощью он измерял силу взаимодействия заряженных металлических шариков.

Закон Кулона являлся первым фундаментальным законом, объясняющим электромагнитные явления, с которых началась наука об электромагнетизме. В честь Кулона в 1881 году была названа единица электрического заряда.

Питер ван Мушенбрук — Лейденская банка

В 1745 году физик из Голландии Питер ван Мушенбрук изобрел Лейденскую банку, которая стала первым электрическим конденсатором. Его создателем также является немецкий юрист и физик Эвальд Юрген фон Клейст. Оба ученых действовали параллельно и независимо друг от друга. Это открытие дает ученым полное право войти в список тех, кто создал электричество.

11 октября 1745 года Клейст произвел опыт с «медицинской банкой» и обнаружил способность хранения большого количества электрических зарядов. Затем он проинформировал об открытии немецких ученых, после чего в Лейденском университете был проведен анализ этого изобретения. Затем Питер ван Мушенбрук опубликовал свой труд, благодаря которому стала известна Лейденская банка.

Бенджамин Франклин — два вида зарядов

Бенджамин Франклин ввёл понятие о полярности зарядов. С тех пор аксиомой является то, что любой электрический потенциал имеет отрицательный и положительный полюсы.

В середине XVIII века Бенджамин Франклин проводил многочисленные эксперименты, изучая природу электричества. В 1748 году ему удалось построить электрическую батарею из стеклянных листов, сжатых пластинами из свинца. Ученый открыл принцип сохранения заряда. Летом 1752 года Франклин провел знаменитый эксперимент, который доказал, что молния — это электричество.

Луиджи Гальвани

Этому итальянскому физику и биологу принадлежит первенство в открытии явления биоэлектромагнетизма. В 1780 году он проводил эксперименты на лягушках и выяснил, что электричество — та среда, с помощью которой нейроны передают сигналы мышцам.

Алессандро Вольта — изобретение батареи

Этот итальянский физик выяснил, что некоторые химические реакции — источники постоянного электрического тока. Он построил электрическую батарею из меди и цинка для производства непрерывного потока электрических зарядов.

Вольта ввел понятия электрического потенциала (V) и заряда (Q), выразил закон емкости, позже названный его именем. За эту работу единицу измерения электрического потенциала назвали в его честь.

Документальным подтверждением изобретения электрической батареи считается предложенное устройство итальянским учёным Алессандро Вольта. Прибор назвали вольтовым столбом. Он представлял собой своеобразную этажерку, сложенную из медных и цинковых пластинок, переложенных кусками войлока, смоченного раствором серной кислоты.

Вверху и внизу столба создавался электрический потенциал, разряд которого можно было почувствовать, приложив к столбу ладони рук. В результате взаимодействия атомов металлов, возбуждённых электролитом, внутри батареи накапливалась электроэнергия.

Изобретатель гальванического электричества, Алессандро Вольта, положил начало появлению того, что сегодня называют батарейками.

Ханс Кристиан Эрстед и Андре-Мари Ампер — появление понятия тока

В начале XIX века датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил прямую связь между электричеством и магнетизмом. Он описал, как стрелка компаса отклоняется под воздействием электрического тока.

Вдохновленный этой работой французский физик Андре-Мари Ампер составил формулу для описания магнитных сил, которые возникают между объектами, несущими ток. В его честь назвали единицу измерения электрического тока.

В 1821 году французский математик, физик и естествоиспытатель Андре-Мари Ампер в собственном трактате установил связь магнитных и электрических явлений, которая отсутствует в статичности электричества. Тем самым он впервые ввел понятие «электрический ток».

Ампер сконструировал катушку с множественными витками из медных проводов, которую можно классифицировать как усилитель электромагнитного поля. Это изобретение послужило созданию в 30-х годах 19 века электромагнитного телеграфа.

Благодаря исследованиям Ампера стало возможным рождение электротехники. В 1881 в его честь единица силы тока была названа «ампером», а приборы, измеряющие силу — «амперметрами».

Георг Симон Ом — закон электрической цепи

Физик из Германии Георг Симон Ом в 1826 году представил закон, который доказывал связь между сопротивлением, напряжением и силой тока в цепи. Благодаря Ому возникли новые термины:

Его именем в 1960 году названа единица электросопротивления, а Ом, несомненно, входит в список тех, кто изобрел электричество.

Майкл Фарадей — электромагнитная индукция

Английский химик и физик Майкл Фарадей совершил в 1831 году открытие электромагнитной индукции, которая лежит в основе массового производства электроэнергии. На основе этого явления он создает первый электродвигатель. В 1834 году Фарадей открывает законы электролиза, которые привели его к выводу, что носителем электрических сил можно считать атомы. Исследования электролиза сыграли существенную роль в возникновении электронной теории.

В 1831 году Фарадей сконструировал электрическую динамомашину, в которой вращательная механическая энергия непрерывно превращалась в электрическую. Это позволило производить электричество.

Томас Эдисон

В 1879 году ученый изобрел практичную лампочку. Далее он занялся разработкой системы, которая обеспечивала бы людей источником энергии для питания таких ламп. В 1882-м в Лондоне построена первая электростанция, которая вырабатывала электричество и поставляла его в дома людей.

Через несколько месяцев появилась первая электростанция в Нью-Йорке, которая поставляла электричество для освещения нижней части острова Манхэттен (85 потребителей смогли зажечь 5000 ламп). Это был постоянный ток.

Никола Тесла

Никола Тесла Резонанс в электрической цепи

Никола Тесла – выдающийся ученый, внесший огромный вклад в изучение данного явления. Тесле принадлежит более 1000 разнообразных изобретений, около 800 из которых он запатентовал.

Тесла известен разработкой нового типа двигателя переменного тока и технологии передачи электроэнергии. Он запатентовал систему с переменным током, чтобы обеспечивать людей электроэнергией высочайшего качества. Энергетические системы Теслы распространилась в США и Европе, так как обеспечивали дальнюю высоковольтную передачу.

Наиболее значительными и важными изобретениями великого ученого являются:

Также Тесла первый, кто разработал и активно практиковал правила техники безопасности при работе с электрическим током различной частоты и силы.

Генрих Рудольф Герц и Альберт Эйнштейн

Генрих Герц занимался экспериментами по изучению электромагнитных волн. В 1887 году он описал фотоэлектрический эффект, когда электроны испускаются (отрываются от атома) при попадании на материал электромагнитного излучения (например, света).

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал закон фотоэлектрических эффектов и выдвинул гипотезу о квантах световой энергии. Так началось развитие квантовой механики и создание солнечных батарей.

Так как электричество необходимо человечеству, исследования в этой сфере продолжаются и сейчас. Без электрического тока мы не представляем быт, а ученые находятся в поисках его новых источников.

Освещение

Когда появилось электричество в домах и квартирах? Для многих это явление связано в первую очередь с освещением. Таким образом, следует рассматривать, когда была изобретена первая лампочка. Это произошло в 1809 г. Изобретателем стал англичанин Деларю. Чуть позже появились спиралевидные лампочки, которые были наполнены инертным газом. Производиться они начали в 1909 г.

Появление электричества в России

Через некоторое время после введения термина «электричество» это явление начали исследовать во многих странах. Началом перемен можно считать появление освещения. В каком году появилось электричество в России? Согласно общественному резонансу, эта дата – 1879 год. Именно тогда в Петербурге впервые была проведена электрификация Литейного моста с помощью ламп.

Но на год раньше в Киеве, в одном из железнодорожных цехов, были установлены электрические фонари. Поэтому дата появления электричества в России — несколько спорный вопрос. Но так как это событие осталось без внимания, то официальной датой можно считать именно освещение Литейного моста.

Но есть еще одна версия, когда появилось электричество в России. С юридической точки зрения эта дата – тридцатое января 1880 года. В этот день в Русском техническом обществе появился первый электротехнический отдел. В его обязанности вменялось курировать внедрение электричества в повседневную жизнь. В 1881 г. Царское село стало первым европейским городом, который был полностью освещен.

Еще одна знаковая дата – пятнадцатое мая 1883 г. В этот день впервые была проведена иллюминация Кремля. Событие было приурочено к вступлению на российский трон Александра III. Для освещения Кремля на Софийской набережной специалистами-электриками была установлена небольшая электростанция. После этого события освещение сначала появилось на главной улице Петербурга, а потом в Зимнем дворце.

Летом 1886 г. указом императора было учреждено «Общество электроосвещения». Оно занималось электрификацией всего Петербурга и Москвы. А в 1888 г. начали строиться первые электростанции в крупнейших городах. Летом 1892 г. в России был запущен дебютный электротрамвай. А в 1895 г. появилась первая ГЭС. Она была построена в Петербурге, на р. Большая Охта.

А в Москве первая электростанция появилась в 1897 г. Она была построена на Раушской набережной. Электростанция вырабатывала переменный трехфазный ток. И это позволяло передавать электричество на большие расстояния без существенной потери мощности. В других городах России электростанции начали строиться на заре двадцатого века, перед Первой мировой войной.

Производство и практическое использование

Со времён появления первого электричества до массового производства электричества и его практического применения должно было произойти много открытий, и внедрено изобретений в сферу генерирования и передачи электрической энергии.

Применение

Практически невозможно назвать сферу деятельности человечества, где бы ни было задействовано электричество. Оно является основным источником энергии во многих жизнеобеспечивающих сферах деятельности человека.

Генерирование и передача электроэнергии

Со временем стали придумывать различные способы генерирования электричества. С появлением мобильных, а впоследствии гигантских электростанций, возникла проблема передачи электричества на большие расстояния.

Позволить решить этот вопрос помогла научно-техническая революция. В результате были построены огромные сети электропередач, охватывающие страны и целые континенты.

Переменный и постоянный ток

Когда открыли электричество, между Томасом Эдисоном и Никола Теслой разгорелся спор, какой ток использовать в качестве основного, переменный или постоянный. Противостояние между учёными даже было прозвано «Войной токов». В этой борьбе победил переменный ток, так как он:

Основные области потребления

В повседневной жизни постоянный ток применяется довольно часто. От него работают различные бытовые приборы, генераторы и зарядные устройства. В промышленности его используют в аккумуляторах и двигателях. В некоторых странах им оснащаются линии электропередач.

Переменный ток способен меняться по направлению и величине в течение определенного промежутка времени. Он применяется чаще постоянного. В наших домах его источником служат розетки, к ним подключают различные бытовые приборы под разным напряжением. Переменный ток часто применяется в промышленности и при освещении улиц.

Электроток в жизни

Затем генератор при помощи магнита создает поток электрических зарядов, проходящих по медным проводам. Для того чтобы передавать ток на большие расстояния, необходимо повысить напряжение. Для этой роли используется трансформатор, который повышает и понижает напряжение. Потом электричество с большой мощностью передается по кабелям к месту его применения. Но перед попаданием в дом необходимо понизить напряжение с помощью другого трансформатора. Теперь оно готово к использованию.

Когда заводят разговор об электричестве в природе, первыми на ум приходят молнии, но это далеко не единственный его источник. Даже наши с вами тела имеют электрический заряд, он существует в тканях человека и передает нервные импульсы по всему организму. Но не только человек содержит в себе электрический ток. Многие обитатели подводного мира также способны выделять электричество, например, скат содержит в себе заряд мощностью 500 Ватт, а угорь может создать напряжение до 0,5 киловольт.

Явления в природе, связанные с электричеством

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

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.

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.

Металлы — проводники электричества

Металлы служат проводником этих самых электронов (заряженных частиц). Они легко перетекают по проводнику с одного участка в другой. Пока же совершается движение электронов, происходят параллельные физические явления. К примеру, когда много электронов упорядоченно движутся через тонкий проводник, они сталкиваются с атомами, неподвижно стоящих на своих местах в кристаллической решётки вещества. В результате таких столкновений энергия движения электронов переходит в энергию тепла атома, с которым было столкновение. То есть, энергия движения электронов частично перешла в энергию тепла, произведя нагрев данного вещества.

Электромагнитные поля

Есть и другой пример, в котором проявляется суть электричества. Это взаимодействие электромагнитных полей. Вспомним, что вокруг неподвижных заряженных частиц существует электрическое поле, а вокруг движущихся электрических частиц ещё возникает и магнитное поле. В итоге, когда заряженные частицы движутся вокруг них образуется общее электромагнитное поле, и оно воздействует на другие поля иных заряженных частиц. По такому принципу работает электродвигатель. Простыми словами — магнитные поля заставляют вращаться электрический мотор, а в этот момент по его обмоткам совершается перетекание электрических зарядов с одного полюса на другой.

Схематичное движение электрических зарядов с одного полюса на другой

Современный виток исследований

Грандиозный рывок в развитии электротехники совершил легендарный учёный, физик и изобретатель Никола Тесла на рубеже XIX, XX веков. Многие изобретения Теслы ещё ждут нового витка исследований в области электротехники для того, чтобы они были внедрены в жизнь.

Сейчас ведутся исследовательские работы по получению новых сверхпроводимых материалов, созданию совершенных компонентов электрических цепей с высоким КПД.

Дополнительная информация. Открытие графена и получение из него новых токопроводящих материалов предрекают грандиозные перемены в сфере использования электричества.

Наука не стоит на месте. С каждым годом человечество становится свидетелем появления более совершенных источников электроэнергии, вместе с этим и создания приборов, машин и различных агрегатов, потребляющих экологически чистую энергию в виде электрического тока.

Интересные факты об электричестве

Знать то, как работает всем привычное электричество, очень важно для каждого человека, не только в целях самообразования и расширения кругозора, но и для обеспечения собственной безопасности в мире, где достаточно опасная электроэнергия встречается почти на каждом шагу.

Электричество

Изобретение электричества по праву является величайшим открытием, ведь без него становится невозможной современная жизнь. Оно имеется почти в каждом доме и применяется для освещения, обмена информацией, приготовления пищи, обогрева, функционирования бытовых приборов. Также электроэнергия необходима для движения трамваем, троллейбусов, метро, электропоездов. Работа компьютера, сотового телефона тоже невозможна без электричества.

Источник

Что такое электричество и как оно возникает

Электроника – это замечательная прикладная и теоретическая наука, которая с каждым днем набирает обороты, распространяется и внедряется во все отрасли. Изучение ее следует начинать с самых общих понятий и физических процессов. Знание которых, в дальнейшем упростит понимание принципов работы различных электронных приборов и устройств. И первое понятие, которое нам нужно усвоить – это, что такое электричество?

Открытие электричества

Впервые свойства электричества были обнаружены более 2,5 тысяч лет назад древним философом Фалесом Милетским, когда он протирал шерстью янтарь.

Внимательный философ заметил, что к уже натертому драгоценному камню притягиваются мелкие предметы. Хотя по логике, сформированной на уровне знаний того времени, все предметы должны были притягиваться к земле, т.е. падать на землю под действием сил притяжения. Однако натертый шерстью янтарь приобретал некоторое загадочное свойство, впоследствии названое зарядом, который создавал силу по величине превосходящую силу земного притяжения. И эта сила получила название «электричество». Так как слово «электрон» с греческого переводится «янтарь», то электричество дословно можно перевести янтаричество.

В те давние времена считалось, что только янтарь обладает неким загадочным свойством, способным после натирания шерстью притягивать легкие предметы, преодолевая силу земного притяжения. Однако сейчас подобный опыт довольно просто повторить, если вместо этого камня взять пластмассовую палочку и потереть ее об одежду, содержащую в своем составе шерсть. Затем, при поднесении натертой палочки к мелким кусочкам бумаги под действием электрических сил кусочки бумаги притянутся к палочке.

Из выше сказанного давайте выделим два важнейших момента:

Теперь мы четко знаем, на какие вопросы на нужно найти ответ, чтобы понять, что такое электричество.

Давайте рассмотрим физику происходящего процесса. И первым делом, чтобы анализировать, что происходит с веществом (в данном случае с пластмассой и шерстью) нам понадобятся знания о строении любого вещества. Заранее скажем, что в дальнейшем рассказе будем принимать обобщения и упрощения, однако они не исказят суть данной темы.

Строение атома

И так, начнем. Любое вещество, будь то дерево, камень, стекло или вода, состоит из более мелких элементов, которые называются молекулами. Например, капля воды состоит из множества отдельных молекул, имеющих знакомую нам химическую формулу H₂O. Далее молекулу вещества можно разделить еще на более мелкие частицы – атомы.

Одно время считалось, что атом является наименьшей частичкой, существующей в природе и на более мелкие элементы разделить его уже невозможно. Поэтому слово «атом» переводится з древнегреческого «неделимый».

Сейчас известны всего лишь более ста различных атомов, однако они могут образовать миллионы разных молекул и соответственно столько же разных веществ. Например, молекулу воды H₂O образуют два атома водорода H и один кислорода O.

Со временем, проделав множество кропотливых опытов, ученые пришли к выводу о существовании еще гораздо меньших частичек.

Планетарная модель атома

Центральный и наиболее тяжелым элементом атома считается ядро. Вокруг него на некотором расстоянии по разным орбитам перемещаются электроны. Ядро не является цельным элементом, его составляют протоны и нейтроны.

Электроны обладает отрицательным зарядом, а протоны – положительным. Нейтрон не проявляет свойств ни тех, ни других зарядов, т.е. он нейтрален, отсюда и получил свое название.

Для упрощения некоторых процессов применяется планетарная модель атома. По аналогии с Солнцем, вокруг которого по орбитам движутся планеты, в атоме вокруг ядра движутся электроны. Но электрон – это не какая-то плотная частичка, а размазанный в пространстве сгусток энергии, наподобие расплюснутой шаровой молнии.

Масса протона приблизительно в 2000 раз превышает массу электрона. Но суммарный положительный электрический заряд всех протонов равен суммарному отрицательному заряду всех электронов. Поэтому при нормальных условиях (по умолчанию) атом электрически нейтрален и за его пределами не ощущаются никакие силы. Положительные и отрицательные заряды как бы нейтрализуют друг друга.

В периодической системе химических элементов, известной нам, как таблица Менделеева, все атомы расположены в строгой последовательности: от наиболее легкого до наиболее тяжелого – по величине относительной атомной массе, основную долю которой составляют протоны. Нейтроны также имею массу, но о них мы говорить не будем, поскольку они не обладают выраженным электрическим зарядом.

Наиболее легким химическим элементом является водород, поэтому он первый размещен в таблице Менделеева. Атом водород имеет один протон и один электрон. Другие химические элементы содержат несколько протонов в ядре. А вокруг ядра по нескольким орбитам перемещаются электроны. Чем ближе электрон находится к ядру, тем сильнее, с большей силой он притянут к протону. Электроны, расположенные на наиболее отдаленных орбитах, имеют самую слабую электрическую связь с протонами. И если атому придать некоторой энергии из вне, например нагреть его, то под действием избыточной энергии электрон может покинуть свою орбиту, и соответственно свой атом.

Однако он может не только покинуть совой атом, но и занять место на орбите другого атома. Именно те электроны, которые расположены на самых удаленных от ядра орбитах, в электронике имеют практическое применение, поскольку при наличии дополнительной энергии они легко покидают свои орбиты и становятся свободными. А свободный электрон при перемещении уже может выполнять некоторую полезную работу.

Положительный и отрицательный ионы

Как мы уже ранее заметили, по умолчанию атом электрически нейтрален: положительный и отрицательный заряды равны и компенсируют другу друга. Но как только хотя-бы один электрон покинет сове место в атоме, то суммарный положительный электрический заряд протонов преобладает отрицательный заряд всех оставшихся электронов, поэтому такой атом вцелом имеет свойства положительного заряда и называется положительный ион.

Если атом получил дополнительный электрон, то в нем будет преобладать отрицательный заряд. В этом случае атом называется отрицательный ион.

Следует заметить, что не только атом будет иметь положительный или отрицательный заряд, но и молекула, а соответственно и вещество, которое содержит данный атом.

Электризация

Процесс получения дополнительного электрона или, наоборот потеря электрона, называется электризация. Если какое-либо тело имеет избыток или нехватку электронов, т.е. явно выраженный заряд какого либо знака, то говорят, что тело наэлектризовано.

Опытным путем установлено, что заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков притягиваются. Подобный опыт можно повторить следующим очень известным образом: подвесить на нити два металлических шарика, которые изначально имеют нейтральный заряд. Далее придать одному шарику положительный заряд, а второму отрицательный. В результате шарики притянутся друг к другу. Если двум шарикам сообщить заряд одного знака, то они будут отталкиваться.

Теперь настало время вернуться к нашему опыту с натиранием шерстью пластмассовой палочки. При натирании пластмассы за счет сил трения, электронам, находящимся в атомах шерсти сообщается некоторая энергия, под действие которой они покидают свои атомы и занимают место на орбитах атомов пластмассы. В результате этого пластмассовая палочка приобретает отрицательный заряд за счет избытка электронов, поступивших из шерсти.

При натирании стеклянной палочки шелком, все происходит наоборот. Электроны поверхностного слоя стекла покидают палочку. В этом случае стеклянная палочка приобретает положительный заряд за счет перевеса суммарного заряда протонов.

Таким образом, изменение количества электронов в верхних слоях рассматриваемых материалов во время их трения, называют электризация трением.

Здесь следует заметить, что вследствие трения лишь очень мизерная часть атомов отдает свои электроны. Даже если сказать, что одна миллиардная часть атомов остается без электронов на внешней орбите, то это все еще будет слишком большим преувеличением, поэтому массы наэлектризованных тел остаются практически неизменными.

Также нужно заметить, что в результате электризации электроны ни откуда не возникают и никуда не деваются, а лишь переходят с атомов одного тела к атомам другого тела.

В нашем опыте мы использовали стекло, пластмассу, шерсть, шелк. По этим материалам очень плохо перемещаются электроны, поэтому они относятся к хорошим диэлектрикам – материалам, которые в отличие от проводников, имеют очень плохую проводимость.

В диэлектриках заряд остается на месте его возникновения и не может перейти по поверхности через все тело на другие, соприкасающиеся с ним предметы. Поэтому, когда мы натираем шерстью пластмассовую палочку, то образовавшиеся свободные заряды остаются на своих местах: электроны, покинув шерсть находят новые места на поверхности пластмассовой палочки.

Электризация металла

Если мы возьмем хорошо проводящий материал, например кусок металла, то при натирании его о диэлектрик, образовавшийся на поверхности металла заряд, мгновенно уйдет в землю через наше тело и другие предметы. Поскольку в отличии от рассматриваемых диэлектриков наше тело обладает относительно хорошей проводимостью и по нему сравнительно легко перемещаются заряды.

Опыт электризации трением не получится оценить и в том случае, когда мы возьмём два металлических предмета даже с хорошо изолированными рукоятками. При взаимном трении металл об металл, как и в предыдущих опытах возникнут свободные электроны. Однако вследствие наличия неизбежной шероховатости поверхностей не получится одновременно по всей поверхности отделить оба металлические предмета, и в последней точке соприкосновения двух поверхностей электроны перетекут через так называемый «мостик» пока их количество снова не станет таким же, как и до натирания.

Статическое электричество

И так, с первым пунктом мы разобрались и теперь знаем, что при натирании рассмотренных предметов, некоторые электроны получают избыточную энергию и покидают атомы одного тело, которое становится положительно заряженным и занимают места на орбитах атомов другого вещества, которое приобретает свойства отрицательного заряда. При этом заряды одного знака отталкиваются друг от друга, а разных знаков – притягиваются. Силы, порождаемые зарядами, называются электрическими. А сам факт наличия электрических зарядов и их взаимодействие называют электричество.

В рассмотренных примерах получают так называемое статическое электричество.

Электрическая сила

Теперь рассмотрим второй пункт нашего опыта. Что же происходит с кусочком бумаги? Почему она притягивается к заряженной пластмассовой палочке?

Сущность физического процесса здесь заключается в следующем. При поднесении заряженного тела к незаряженному телу под действием электрических сил происходит перемещение электронов к одному из краев тела. И этот край тела ввиду избытка электронов становится отрицательно заряженным, а противоположный край соответственно положительно заряженным. Средняя часть тела будет нейтрально заряженной. Таким образом, заряды смещаются по краям данного тела.

Ближе к поднесенному заряженному телу будут стремиться заряды противоположного знака. Например, если палочка заряжена положительно, то к ней притянется бумага, той поверхностью, на которой скопились отрицательные заряды. И наоборот.

Такое воздействие заряженным телом на другие тела, находящиеся на расстоянии, называют индуцированным воздействием.

Перемещение зарядов в проводниках при воздействии на него заряженным телом, происходит под воздействием силы электрического поля, свойства которого мы рассмотрим отдельно.

Здесь же мы еще заметим, что сила, с которой притягиваются либо отталкиваются тела, определяется величиной заряда, расстоянием между телами и средой, в которой находятся заряженные тела. Эта зависимость была установлена известным ученым Кулоном, и получила название закон Кулона.

Подытожим выше сказанное. Что такое электричество? Электричество – это наличие и взаимодействие зарядов разного знака. В дальнейшем вы увидим, что заряды образуются не только путем электризации трением, но и другими способами, например под действием протекания химических реакций. Именно так появляются электричество в батарейке, которую правильно называть гальванический элемент.

Источник

История открытия электричества: появление и развитие

Открытие электричества полностью изменило жизнь человека. Это физическое явление постоянно участвует в повседневной жизни. Освещение дома и улицы, работа всевозможных приборов, наше быстрое передвижение — все это было бы невозможно без электроэнергии. Это стало доступно благодаря многочисленным исследованиям и опытам. Рассмотрим главные этапы истории электрической энергии.

Древнее время

Термин «электричество» происходит от древнегреческого слова «электрон», что в переводе означает «янтарь». Первое упоминание об этом явлении связано с античными временами. Древнегреческий математик и философ Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружил, что если произвести трение янтаря о шерсть, то у камня появляется способность притягивать мелкие предметы.

Фактически это был опыт изучения возможности производства электроэнергии. В современном мире такой метод известен, как трибоэлектрический эффект, который дает возможность извлекать искры и притягивать предметы с легким весом. Несмотря на низкую эффективность такого метода, можно говорить о Фалесе, как о первооткрывателе электричества.

В древнее время было сделано еще несколько робких шагов на пути к открытию электричества:

Все эти эксперименты вряд ли помогут нам разобраться в том, кто открыл электричество. Эти единичные опыты не получили развития. Следующие события в истории электричества состоялись много веков спустя.

Этапы создания теории

XVII-XVIII века ознаменовались созданием основ мировой науки. Начиная с XVII века происходит ряд открытий, которые в будущем позволят человеку полностью изменить свою жизнь.

Появление термина

Английский физик и придворный врач Уильям Гильберт в 1600 году издал книгу «О магните и магнитных телах», в которой он давал определение «электрический». Оно объясняло свойства многих твердых тел после натирания притягивать небольшие предметы. Рассматривая это событие надо понимать, что речь идет не об изобретении электричества, а лишь о научном определении.

Уильям Гильберт смог изобрести прибор, который назвал версор. Можно сказать, что он напоминал современный электроскоп, функцией которого является определение наличия электрического заряда. При помощи версора было установлено, что, кроме янтаря, способностью притягивать легкие предметы также обладают:

Первая электростатическая машина

В 1663 году немецкий инженер, физик и философ Отто фон Герике изобрел аппарат, являвшийся прообразом электростатического генератора. Он представлял собой шар из серы, насаженный на металлический стержень, который вращался и натирался вручную. С помощью этого изобретения можно было увидеть в действии свойство предметов не только притягиваться, но и отталкиваться.

В марте 1672 года известный немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц в письме к Герике упоминал, что при работе с его машиной он зафиксировал электрическую искру. Это стало первым свидетельством загадочного на тот момент явления. Герике создал прибор, послуживший прототипом всех будущих электрических открытий.

В 1729 году ученый из Великобритании Стивен Грей произвел опыты, которые позволили открыть возможность передачи электрического заряда на небольшие (до 800 футов) расстояния. А также он установил, что электричество не передается по земле. В дальнейшем это дало возможность классифицировать все вещества на изоляторы и проводники.

Два вида зарядов

Французский ученый и физик Шарль Франсуа Дюфе в 1733 году открыл два разнородных электрических заряда:

Затем он произвел исследования электрических взаимодействий, которыми было доказано, что разноименно наэлектризованные тела будут притягиваться один к одному, а одноименно — отталкиваться. В этих экспериментах французский изобретатель пользовался электрометром, который позволял измерять величину заряда.

Лейденская банка

В 1745 году физик из Голландии Питер ван Мушенбрук изобрел Лейденскую банку, которая стала первым электрическим конденсатором. Его создателем также является немецкий юрист и физик Эвальд Юрген фон Клейст. Оба ученых действовали параллельно и независимо друг от друга. Это открытие дает ученым полное право войти в список тех, кто создал электричество.

11 октября 1745 года Клейст произвел опыт с «медицинской банкой» и обнаружил способность хранения большого количества электрических зарядов. Затем он проинформировал об открытии немецких ученых, после чего в Лейденском университете был проведен анализ этого изобретения. Затем Питер ван Мушенбрук опубликовал свой труд, благодаря которому стала известна Лейденская банка.

Бенджамин Франклин

В 1747 году американский политический деятель, изобретатель и писатель Бенджамин Франклин опубликовал свое сочинение «Опыты и наблюдения с электричеством». В ней он представил первую теорию электричества, в которой обозначил его как нематериальную жидкость или флюид.

В современном мире фамилия Франклин часто ассоциируется со стодолларовой купюрой, но не следует забывать о том, что он являлся одним из величайших изобретателей своего времени. В списке его многочисленных достижений присутствуют:

Публикация своей теории и многочисленные изобретения дают Франклину полное право считаться одним из тех, кто придумал электричество.

От теории к точной науке

Проведенные исследования и опыты позволили изучению электричества перейти в категорию точной науки. Первым в череде научных достижений стало открытие закона Кулона.

Закон взаимодействия зарядов

Французский инженер и физик Шарль Огюстен де Кулон в 1785 году открыл закон, который отображал силу взаимодействия между статичными точечными зарядами. Кулон до этого изобрел крутильные весы. Появление закона состоялось благодаря опытам Кулона с этими весами. С их помощью он измерял силу взаимодействия заряженных металлических шариков.

Закон Кулона являлся первым фундаментальным законом, объясняющим электромагнитные явления, с которых началась наука об электромагнетизме. В честь Кулона в 1881 году была названа единица электрического заряда.

Изобретение батареи

В 1791 году итальянский врач, физиолог и физик Луиджи Гальвани написал «Трактат о силах электричества при мышечном движении». В нем он фиксировал наличие электрических импульсов в мышечных тканях животных. А также он обнаружил разность потенциалов при взаимодействии двух видов металла и электролита.

Открытие Луиджи Гальвани получило свое развитие в работе итальянского химика, физика и физиолога Алессандро Вольты. В 1800 году он изобретает «Вольтов столб» — источник непрерывного тока. Он представлял собой стопку серебряных и цинковых пластин, которые были разделены между собой смоченными в соленом растворе бумажными кусочками. «Вольтов столб» стал прототипом гальванических элементов, в которых химическая энергия преобразовывалась в электрическую.

В 1861 году в его честь было введено название «вольт» — единица измерения напряжения.

Гальвани и Вольта являются одними из основоположников учения об электрических явлениях. Изобретение батареи спровоцировало бурное развитие и последующий рост научных открытий. Конец XVIII века и начало XIX века можно характеризовать как время, когда изобрели электричество.

Появление понятия тока

В 1821 году французский математик, физик и естествоиспытатель Андре-Мари Ампер в собственном трактате установил связь магнитных и электрических явлений, которая отсутствует в статичности электричества. Тем самым он впервые ввел понятие «электрический ток».

Ампер сконструировал катушку с множественными витками из медных проводов, которую можно классифицировать как усилитель электромагнитного поля. Это изобретение послужило созданию в 30-х годах 19 века электромагнитного телеграфа.

Благодаря исследованиям Ампера стало возможным рождение электротехники. В 1881 в его честь единица силы тока была названа «ампером», а приборы, измеряющие силу — «амперметрами».

Закон электрической цепи

Физик из Германии Георг Симон Ом в 1826 году представил закон, который доказывал связь между сопротивлением, напряжением и силой тока в цепи. Благодаря Ому возникли новые термины:

Его именем в 1960 году названа единица электросопротивления, а Ом, несомненно, входит в список тех, кто изобрел электричество.

Электромагнитная индукция

Английский химик и физик Майкл Фарадей совершил в 1831 году открытие электромагнитной индукции, которая лежит в основе массового производства электроэнергии. На основе этого явления он создает первый электродвигатель. В 1834 году Фарадей открывает законы электролиза, которые привели его к выводу, что носителем электрических сил можно считать атомы. Исследования электролиза сыграли существенную роль в возникновении электронной теории.

Фарадей является создателем учения об электромагнитном поле. Он сумел предсказать наличие электромагнитных волн.

Общедоступное применение

Все эти открытия не стали бы легендарными без практического использования. Первым из возможных способов применения явился электрический свет, который стал доступен после изобретения в 70-х годах 19 века лампы накаливания. Ее создателем стал российский электротехник Александр Николаевич Лодыгин.

Первая лампа являлась замкнутым стеклянным сосудом, в котором находился угольный стержень. В 1872 году была подана заявка на изобретение, а в 1874 году Лодыгину выдали патент на изобретение лампы накаливания. Если пытаться ответить на вопрос, в каком году появилось электричество, то этот год можно считать одним из правильных ответов, поскольку появление лампочки стало очевидным признаком доступности.

Появление электроэнергии в России

Будет интересно выяснить, в каком году появилось электричество в России. Освещение впервые появилось в 1879 году в Санкт-Петербурге. Тогда фонари установили на Литейном мосту. Затем в 1883 году начала работу первая электростанция у Полицейского (Народного) моста.

В Москве освещение впервые появилось 1881 году. Первая городская электростанция заработала в Москве в 1888 году.

Днем основания энергетических систем России считается 4 июля 1886 года, когда Александр III подписал устав «Общества электрического освещения 1886 года». Оно было основано Карлом Фридрихом Сименсом, который являлся братом организатора всемирно известного концерна Siemens.

Невозможно точно сказать, когда появилось электричество в мире. Слишком много разбросанных во времени событий, которые являются одинаково важными. Поэтому вариантов ответа может быть много, и все они будут правильными.

Источник

Кто придумал электричество

Задавать вопрос «кто придумал электричество?» не совсем корректно. Более правильно спрашивать, кто открыл электричество? Ответить однозначно невозможно. История электричества уходит своими корнями в глубину веков существования человеческой цивилизации.

Хронология основных открытий и изобретений

В современном мире каждый ребёнок в сознательном возрасте сталкивается в доме с электричеством. Первые упоминания о наблюдениях в природе этого физического явления относятся к IV веку д. н. э. Великий философ Аристотель изучал поведение угрей, которые поражали свои жертвы электрическими разрядами.

Легендарный учёный Фалес Милетский, живший в Древней Греции (V век д.н.э.), упоминал в своих трудах о таком явлении, как электричество. Он наблюдал за тем, как янтарь, натёртый комком шерсти, притягивал к себе различную мелочь. Историки признают время описания опытов периодом открытия электричества.

Важно! Термин «электричество» происходит от слова «электрон», что означает янтарь.

Далее в истории человечества происходит длительный временной промежуток, в котором не осталось сколь-нибудь существенных упоминаний об электричестве.

Лишь, начиная с 17 века, стартует череда открытий и изобретений, касающаяся электроэнергии. Об истории электричества сообщает Википедия достаточно подробно. Вот краткий перечень основных вех развития науки об электрической энергии:

Обратите внимание! По мере накопления практики в результате многочисленных опытов стала возникать потребность теоретического обоснования явлений и появления науки, связанной с электричеством.

Этапы создания теории

Каждая ступень строительства электрической теории возводилась на основе личных открытий выдающихся учёных физиков. Их фамилии составляют список имён, кому принадлежит изобретение электричества. Теоретическая научная база электричества развивалась постепенно, по мере накопления экспериментального опыта.

Появление термина

Выше уже упоминалось то, что понятие «электричество» впервые было введено в употребление Уильямом Гилбертом в 1600 г. С этого момента отмечают дату, когда появилось электричество.

Первая электростатическая машина

Демонстрируемый прибор в 1663 г. бургомистром Магдебурга Отто фон Генрике считают первой электростатической машиной. Она представляла собой смоляной шар, насаженный на металлический стержень.

Лейденская банка

В 1745 году случилось знаменательное событие – голландский исследователь Питер ван Мушенброк создал электростатический конденсатор. Прибор был назван в честь города, где было сделано изобретение, – Лейденской банкой.

Два вида зарядов

Бенджамин Франклин ввёл понятие о полярности зарядов. С тех пор аксиомой является то, что любой электрический потенциал имеет отрицательный и положительный полюсы.

Бенджамин Франклин

В 1747 году американский научный исследователь Бенджамин Франклин создаёт собственную теорию об электричестве. Он представил природу электричества как нематериальную жидкость в виде неких флюидов.

От теории к точной науке

Теоретическая база, накопленная за несколько последних столетий, позволила в ХХ веке полученные знания переформатировать в точную науку. Основополагающие открытия и изобретения появились, благодаря тем учёным, кто открыл природу электрического тока. Точно установить, в каком году изобрели искусственное электричество, невозможно. Это произошло в основном в течение 18 и 19 веков.

Назвать того, кто первый изобрёл ток, довольно затруднительно. Скорее всего, это можно приписать целому ряду великих учёных, упомянутых выше. К этому приложили руку выдающиеся физики Америки, Англии, Франции, Италии, России и многих других стран Европы.

Несомненную бессмертную славу заслужили такие изобретатели и теоретики электротехники, как Эдисон и Тесла. Последний много приложил усилий по теоретическому обоснованию природы магнетизма, успешно реализовывал его на практике. Тесла является создателем беспроводного электричества.

Закон взаимодействия зарядов

Одной из фундаментальных скрижалей науки об электричестве является закон взаимодействия зарядов, известный как закон Кулона. Он гласит о том, что сила взаимодействия двух точечных зарядов находится в прямой пропорциональной зависимости от произведения количеств зарядов и обратно пропорциональна расстоянию в квадрате между этими точками.

Изобретение батареи

Документальным подтверждением изобретения электрической батареи считается предложенное устройство итальянским учёным Алессандро Вольта. Прибор назвали вольтовым столбом. Он представлял собой своеобразную этажерку, сложенную из медных и цинковых пластинок, переложенных кусками войлока, смоченного раствором серной кислоты.

Вверху и внизу столба создавался электрический потенциал, разряд которого можно было почувствовать, приложив к столбу ладони рук. В результате взаимодействия атомов металлов, возбуждённых электролитом, внутри батареи накапливалась электроэнергия.

Изобретатель гальванического электричества, Алессандро Вольта, положил начало появлению того, что сегодня называют батарейками.

Появление понятие тока

Выражение «ток» возникло одновременно с появлением электричества в лаборатории физика Уильяма Гилберта в 1600 году. Ток характеризует направленность электрической энергии. Он может быть как переменным, так и постоянным.

Закон электрической цепи

Бесценный вклад в развитие теории электричества внёс в XIX веке немецкий физик Кирхгофа. Он был автором терминов таких, как ветвь, узел, контур. Законы Кирхгофа стали основой построения всех электрических цепей радиоэлектронных и радиотехнических приборов и устройств.

Первый закон гласит: «Сумма электрических зарядов, идущих в узел в течение определённого времени, равна сумме зарядов, уходящих из него за это же время».

Второе положение Кирхгофа можно выразить так: «При прохождении токов через все ветви контура падает потенциал. При их возвращении в исходный узел потенциал полностью восстанавливается и достигает своей первоначальной величины. То есть утечка энергии в пределах замкнутого электрического контура равняется нулю».

Электромагнитная индукция

Явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре проводника при прохождении через него переменного магнитного поля описал в 1831 году Фарадей. Теория электромагнитной индукции позволила открывать последующие законы электротехники и изобретать различные модели генераторов как постоянного, так и переменного тока. Эти устройства демонстрируют, как появляется и проистекает электричество в результате действия электромагнитной индукции.

Использование электрического освещения в России

Ещё со школьной скамьи люди помнят историю появления электрических лампочек в России. Первый опыт в создании этих приборов был проведён русским учёным Яблочковым. Их устройство было основано на возникновении искры между двумя каолиновыми электродами.

В 1874 г. Яблочков впервые представил прибор освещения с использованием электрической дуги. Этот год можно считать отправной точкой, когда впервые появилось световое электричество в России. Впоследствии свечи Яблочкова использовались как дуговые прожектора на паровозах.

До появления ламп накаливания Эдисона угольные свечи Яблочкова ещё долго использовались как единственный источник электрического освещения в России.

Производство и практическое использование

Со времён появления первого электричества до массового производства электричества и его практического применения должно было произойти много открытий, и внедрено изобретений в сферу генерирования и передачи электрической энергии.

Генерирование и передача электроэнергии

Со временем стали придумывать различные способы генерирования электричества. С появлением мобильных, а впоследствии гигантских электростанций, возникла проблема передачи электричества на большие расстояния.

Позволить решить этот вопрос помогла научно-техническая революция. В результате были построены огромные сети электропередач, охватывающие страны и целые континенты.

Применение

Практически невозможно назвать сферу деятельности человечества, где бы ни было задействовано электричество. Оно является основным источником энергии во многих жизнеобеспечивающих сферах деятельности человека.

Современный виток исследований

Грандиозный рывок в развитии электротехники совершил легендарный учёный, физик и изобретатель Никола Тесла на рубеже XIX, XX веков. Многие изобретения Теслы ещё ждут нового витка исследований в области электротехники для того, чтобы они были внедрены в жизнь.

Сейчас ведутся исследовательские работы по получению новых сверхпроводимых материалов, созданию совершенных компонентов электрических цепей с высоким КПД.

Дополнительная информация. Открытие графена и получение из него новых токопроводящих материалов предрекают грандиозные перемены в сфере использования электричества.

Наука не стоит на месте. С каждым годом человечество становится свидетелем появления более совершенных источников электроэнергии, вместе с этим и создания приборов, машин и различных агрегатов, потребляющих экологически чистую энергию в виде электрического тока.

Видео

Источник

История развития электричества

Ученые Вашингтонского университета доказали, что с появлением электричества люди стали спать гораздо меньше, поскольку исчезла необходимость ложиться с заходом солнца. Diletant.media и «Ростех» расскажут о том, как учёные смогли совладать с электрическими зарядами.

Вплоть до начала XVII века знания об электричестве ограничивались размышлениями античных философов, которые в своё время заметили, что потертый об шерсть янтарь имеет свойство притягивать маленькие предметы. Янтарь по-гречески, кстати, именно так и звучит — «электрон». Само название «электричество», соответственно, и произошло от янтаря.

Устройство для получения статического электричества Отто фон Герике

Именно эффект трения (как в случае с шерстью и янтарем) использовал Отто фон Герике для создания одного из первых в мире электрических генераторов. Он натирал руками шар из серы, а ночью видел, как его шар излучает свет и потрескивает. Он, вероятно, одним из первых наблюдал электролюминесценцию уже в 1663 году.

Учёный и шутник Стивен Грей

Стивен Грей — британский астроном-любитель, всю жизнь едва сводивший концы с концами — как-то раз заметил, что пробка, заткнувшая стеклянную трубку, притягивает мелкие кусочки бумаги, если трубку натереть. Затем вместо пробки любопытный учёный вставил длинную щепку и заметил такой же эффект. После этого Стивен Грей заменил щепку на пеньковую верёвку. В результате своих опытов Грей смог передать электрический заряд на расстояние восьмисот футов. По сути, учёный смог открыть явление передачи электричества на расстоянии и дать людям представление о том, что может проводить ток, а что нет.

Стивен Грей стал первым лауреатом Медали Копли, высшей награды Королевского общества Великобритании

Некоторые источники утверждают, что на своём открытии Стивен Грей сделал забавный бизнес. Он якобы брал мальчишек из приюта Чартерхаус и подвешивал их на шнурках из изолирующего материала. После этого он «электрифицировал его прикосновением натертого стекла и высекал искры из его носа».

У Питера ван Мушенбрука, ученика Ньютона, изобретательство, можно сказать, было в крови, так как его отец занимался созданием специализированных научных приборов.

Благодаря Лейденской банке удалось впервые искусственным путём получить электрическую искру

Создание Лейденской банки продвинуло эксперименты с электричеством на новый уровень. Некто Бозе даже высказал желание быть убитым электричеством, если об этом напишут в изданиях Парижской академии наук. Кстати, именно Мушенбрук впервые сравнил действие разряда с ударом ската, первым употребив термин «электрическая рыба».

После изобретения Лейденской банки опыты с электричеством приобрели небывалую популярность. Почему-то люди стали считать, что электрические разряды обладают врачебными свойствами. На волне этого заблуждения Мэри Шелли написала роман «Франкенштейн, или Современный Прометей», в котором умершего смогли оживить с помощью сильного разряда тока.

Обложка книги «Франкенштейн, или Современный Прометей», 1831 год

Аббе Нолле придумал, используя электричество, необычную забаву. В Версале, демонстрируя королю Людовику чудеса электричества, учёный в 1746 году выстроил монахов в 270-метровую цепь, соединив друг с другом кусками железной проволоки. Когда всё было готово, Нолле подал электричество, и монахи в ту же секунду вскрикнули и вместе подпрыгнули. Ещё практически через сто лет Максвелл подсчитает, что электричество распространяется со скоростью света.

Вольт и гальванический элемент

Эти хорошо знакомые нам обозначения на самом деле произошли от фамилий двух учёных — Александро Вольта и Луиджи Гальвани.

Лаборатория, в которой Гальвани проводил свои опыты

Первый опустил пластины из цинка и меди в кислоту, тем самым получив непрерывный электрический ток, а второй первым исследовал электрические явления при мышечном сокращении. В дальнейшем эти открытия сыграли важнейшую роль в становлении науки об электричестве. На открытия Вольта и Гальвани будут опираться работы Ампера, Джоуля, Ома и Фарадея.

Майкл Фарадей, ученик переплетчика в лондонском книжном магазине, заприметил книжку по электричеству и химии. Чтение настолько увлекло его, что уже тогда он сам пытался проводить простейшие опыты с электричеством. Отец, поощряя тягу сына к знаниям, даже купил тому Лейденскую банку, что позволило молодому Фарадею проводить более серьёзные опыты.

Фарадей за опытами в своей лаборатории

Как выяснилось, подарок скончавшегося вскоре отца оказал огромное влияние на юношу — через двадцать лет Фарадей откроет явление электромагнитной индукции, соберёт первый в мире генератор электроэнергии и электродвигатель, выведет законы электролиза и сыграет едва ли не главную роль в становлении теории электричества.

Источник