Lumea modernă imposibil fără electricitate. În zilele noastre, nimeni nici măcar nu se gândește la tehnologia producției sale, iar în cele mai vechi timpuri nici măcar nu știau un astfel de cuvânt. Dar chiar și atunci existau minți curios. În anul 700 î.Hr., filozoful grec observator Thales a observat că chihlimbarul a început să atragă obiecte ușoare atunci când a avut loc frecarea cu lâna. În acest moment, cunoașterea s-a oprit.

Dezvoltarea în continuare a cunoștințelor

Abia după multe secole această ramură a cunoașterii a primit o dezvoltare ulterioară. Fizicianul englez și doctor cu jumătate de normă la curtea regală, William Gilbert, care a absolvit cele mai bune universități Oxford și Cambridge, au devenit fondatorii științei electricității. El a inventat primul prototip al electroscopului numit versor și cu ajutorul lui am aflat că nu numai chihlimbarul, ci și alte pietre au proprietățile de a atrage obiecte mici (paie). Dintre mineralele „electrice”:

• diamant;
• ametist;
• sticlă;
• opal;
• carborundum;
• ardezie;
• safir;
• chihlimbar.

Folosind dispozitivul, omul de știință a reușit să facă mai multe descoperiri interesante. Printre acestea: influența gravă a flăcării asupra proprietăților electrice ale corpurilor care au fost dobândite prin frecare. Gilbert a mai sugerat că tunetele și fulgerele sunt fenomene de natură electrică.

Însuși conceptul de „electricitate” a fost auzit pentru prima dată în secolul al XVI-lea. În 1663, burgmasterul din Magdeburg pe nume Otto von Guericke a creat o mașină specială de cercetare. Cu ajutorul lui, s-ar putea observa efectul de atracție și repulsie.

Primele experimente cu electricitatea

În 1729, primul experiment de transmitere a energiei electrice pe distanțe scurte a fost efectuat în Anglia de către omul de știință Stephen Gray. Dar în acest proces s-a stabilit că nu toate corpurile pot transmite electricitate. La 4 ani de la primele cercetări serioase, omul de știință francez Charles Dufay a descoperit asta Există două tipuri de sarcină electrică: sticla si rasina in functie de materialul folosit pentru frecare.

La mijlocul secolului al XVII-lea, în Olanda, Pieter van Musschenbroek creează un condensator numit „borcanul Leyden”. La scurt timp mai târziu, a apărut teoria lui Benjamin Franklin și au fost efectuate primele studii care au confirmat experimental teoria. Cercetările efectuate au devenit baza pentru realizarea unui paratrăsnet.

După aceasta, a fost descoperită o nouă știință, care este studiată. Și în 1791, a fost publicat de Galvani „Un tratat despre forța electricității în mișcarea mușchilor”. În 1800, inventatorul italian Volta a devenit cel care creat sursa noua actual numită celulă galvanică. Acest aparat este un obiect sub forma unei coloane de inele de zinc și argint, separate de bucăți de hârtie înmuiate în apă sărată. Câțiva ani mai târziu, inventatorul rus Vasily Petrov descoperă „Arcul Voltei”.

Aproximativ în același deceniu, fizicianul Jean Antoine Nollet a inventat primul electroscop, care a înregistrat „scurgerea” mai rapidă a electricității din corpuri cu forme ascuțite și a format o teorie despre efectul curentului asupra organismelor vii. Acest efect a devenit baza pentru inventarea electrocardiografului medical. În 1809, a început o nouă eră în domeniul electricității, când englezul Delarue a inventat lampa cu incandescență. Deja peste 100 de ani au apărut becuri moderne cu spirală de wolframși umplerea cu gaz inert. Dezvoltatorul lor a fost Irving Langmuir.

Cercetări complexe și mari descoperiri

La începutul secolului al XVIII-lea, Michael Faraday a scris un tratat despre câmpul electromagnetic.

Interacțiunea electromagnetică a fost descoperită în timpul experimentelor de către omul de știință danez Oersted în 1820, iar un an mai târziu, fizicianul Ampere a conectat electricitatea și magnetismul în teoria sa. Aceste studii au devenit baza apariției stiinta moderna- inginerie electrică.

În 1826, Georg Simon Ohm, pe baza experimentelor sale, a reușit să formuleze legea de bază a circuitului electric și a introdus noi termeni de inginerie electrică:

• „conductivitate”;
• „forță electromotoare”;
• „cădere de tensiune în circuit”.

Adeptul lui Oersted a fost Andre-Marie Ampère, care a formulat o regulă pentru determinarea direcției curentului pe un ac magnetic. Acest model a primit multe nume, dintre care unul este „regula mâna dreaptă" Exact a inventat amplificatorul electric câmp magnetic - bobine multi-spire formate din sarma de cupru cu miezuri de fier moale instalate. Pe baza acestei dezvoltări, telegraful electromagnetic a fost inventat în 1829.

O nouă rundă de cercetări

Când celebrul om de știință englez din domeniul fizicii Michael Faraday s-a familiarizat cu opera lui H. Oersted, a efectuat cercetări în domeniul relației dintre fenomenele electromagnetice și electrice și a descoperit că un magnet se rotește în jurul unui conductor de curent și, invers, un conductor se rotește în jurul unui magnet.

După aceste experimente, omul de știință a încercat încă 10 ani să transforme magnetismul în curent electric, iar ca urmare a descoperit inducția electromagnetică și teoria de bază câmp electromagnetic , și, de asemenea, a contribuit la formarea bazei apariției unei noi ramuri a științei - ingineria radio. În anii 20 ai secolului trecut, când a început electrificarea pe scară largă pe teritoriul URSS, a apărut termenul „becul lui Ilici”.

Deoarece multe dezvoltări au fost realizate în paralel în diferite țări ah, istoricii se ceartă despre cine a inventat primul electricitatea. Mulți oameni de știință și inventatori și-au contribuit cu puterea și cunoștințele la dezvoltarea științei electricității: Ampere și Lenz, Joule și Ohm. Datorită unor astfel de eforturi, oamenii moderni nu au probleme în organizarea furnizării de energie electrică către casele lor și alte spații.

INTRODUCERE

Să începem povestea noastră cu cuvintele lui Tesla însuși, care cu puțin timp înainte de moartea sa a scris un eseu minunat despre istoria ingineriei electrice, „Povestea electricității”: „Cine vrea cu adevărat să-și amintească toată măreția timpului nostru ar trebui să se familiarizeze cu istoria științei electricității.”

Pentru prima dată, fenomenele numite acum electrice au fost observate în China antică, India și mai târziu Grecia antică. Legendele supraviețuitoare spun că filozoful grec antic Thales din Milet (640-550 î.Hr.) cunoștea deja proprietatea chihlimbarului, frecat cu blană sau lână, de a atrage resturi de hârtie, puf și alte corpuri ușoare. De la numele grecesc pentru chihlimbar - „electron” - acest fenomen a primit mai târziu numele de electrificare.

Timp de multe secole, fenomenele electrice au fost considerate manifestări putere divină, în timp ce în secolul al XVII-lea. Oamenii de știință nu s-au apropiat de a studia electricitatea. Coulomb, Gilbert, Otto von Guericke, Muschenbreck, Franklin, Oersted, Arago, Lomonosov, Luigi Galvani, Alessandro Volta - aceasta nu este o listă completă a oamenilor de știință care s-au ocupat de problemele electricității. Mențiune specială trebuie făcută pentru activitățile remarcabilului om de știință Andre Marie Ampere, care a inițiat studiul acțiunilor dinamice ale curentului electric și a stabilit o serie intreaga legile electrodinamicii.

Descoperirile lui Oersted, Arago și Ampere l-au interesat pe genialul fizician englez Michael Faraday și l-au determinat să studieze întreaga gamă de întrebări despre transformarea energiei electrice și magnetice în energie mecanică. Un alt fizician englez, James Clerk (Clark) Maxwell, a publicat o lucrare majoră în două volume, „Tratat de electricitate și magnetism”, în 1873, care a combinat conceptele de electricitate, magnetism și câmp electromagnetic. Din acel moment a început epoca utilizării active a energiei electrice în viața de zi cu zi.

1. ELECTRICITATE

Electricitatea este un concept care exprimă proprietăți și fenomene cauzate de structura corpurilor și proceselor fizice, a căror esență este mișcarea și interacțiunea particulelor microscopice de materie (electroni, ioni, molecule, complexele acestora etc.).

Gilbert a fost primul care a descoperit că proprietățile de electrificare sunt inerente nu numai chihlimbarului, ci și diamantului, sulfului și rășinii. De asemenea, a observat că unele corpuri, de exemplu metale, pietre, oase, nu sunt electrificate și a împărțit toate corpurile găsite în natură în electrificate și neelectrificate. Mers înapoi atenție deosebită La început, el a efectuat experimente pentru a le studia proprietățile.

În 1650, faimosul om de știință german, burgmaster al orașului Magdeburg, inventatorul pompei de aer, Otto von Guericke, a construit o „mașină electrică” specială, care era o minge de sulf de mărimea unui cap de copil, montată pe o osie. .

Figura 1 - Mașina electrică a lui Von Guericke, îmbunătățită de Van de Graaf

Dacă, în timp ce se rotește mingea, aceasta a fost frecată cu palmele mâinilor, aceasta a dobândit în curând proprietatea de a atrage și respinge corpurile ușoare. De-a lungul mai multor secole, mașina lui Guericke a fost îmbunătățită semnificativ de englezul Hoxby, de oamenii de știință germani Bose, Winkler și alții. Experimentele cu aceste mașini au condus la o serie de descoperiri importante:

· în 1707, fizicianul francez Du Fay a descoperit diferența dintre electricitatea obținută din frecarea unei bile de sticlă și cea obținută din frecarea unui cerc de rășină de copac;

· în 1729, englezii Gray și Wheeler au descoperit capacitatea unor corpuri de a conduce electricitatea și au indicat pentru prima dată că toate corpurile pot fi împărțite în conductori și neconductori de electricitate.

Dar o descoperire mult mai importantă a fost descrisă în 1729 de Muschenbrek, profesor de matematică și filozofie în orașul Leiden. El a descoperit că un borcan de sticlă, căptușit pe ambele părți cu folie de staniol (foi de staniol), este capabil să stocheze electricitatea. Încărcat la un anumit potențial (conceptul căruia a apărut mult mai târziu), acest dispozitiv putea fi descărcat cu un efect semnificativ - o scânteie mare care producea un sunet puternic de trosnet, asemănător unei descărcări de fulger, și avea efecte fiziologice atunci când mâinile atingeau căptușelile. a cutiei. De la numele orașului în care au fost efectuate experimentele, dispozitivul creat de Muschenbrek a fost numit borcanul Leyden.

Figura 2 - Borcan de Leyden. Conexiune paralelă a patru cutii

Studiile proprietăților sale au fost efectuate în diverse tariși a dat naștere multor teorii care încearcă să explice fenomenul descoperit de condensare a sarcinii. Una dintre teoriile acestui fenomen a fost dată de remarcabilul om de știință american și personalitate publică Benjamin Franklin, care a subliniat existența electricității pozitive și negative. Din punctul de vedere al acestei teorii, Franklin a explicat procesul de încărcare și descărcare a unui borcan Leyden și a demonstrat că plăcile sale pot fi electrificate în mod arbitrar cu sarcini electrice de diferite semne.

Franklin, la fel ca oamenii de știință ruși M.V. Lomonosov și G. Richman, a acordat multă atenție studiului electricității atmosferice și fulgerului. După cum știți, Richman a murit în timp ce efectua un experiment pentru a studia fulgerul. În 1752, Benjamin Franklin a inventat paratrăsnetul. Un paratrăsnet (în viața de zi cu zi se folosește și „paratrăsnetul” mai eufonic) este un dispozitiv instalat pe clădiri și structuri și servește la protejarea împotriva loviturilor de trăsnet. Este format din trei părți interconectate:

În 1785, C. Coulomb a descoperit legea fundamentală a electrostaticei. Pe baza a numeroase experimente, Coulomb a stabilit următoarea lege:

Forța de interacțiune între sarcinile staționare situate în vid este direct proporțională cu produsul modulelor de sarcină și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele - , :

În 1799, a fost creată prima sursă de curent electric - o celulă galvanică și o baterie de celule. Celulă galvanică (sursă de curent chimic) - un dispozitiv care vă permite să convertiți energia reacție chimicăîn lucrări electrice. Pe baza principiului de funcționare, există primare (de unică folosință), secundare (baterii) și pile de combustibil. Celula galvanică este formată dintr-un electrolit conducător de ioni și doi electrozi diferiți (semi-celule), procesele de oxidare și reducere din celula galvanică sunt separați spațial. Polul pozitiv al unei celule galvanice se numește catod, negativ - anod. Electronii părăsesc celula prin anod și se deplasează într-un circuit extern către catod.

Lucrările academicienilor ruși Epinus, Kraft și alții au dezvăluit o serie de proprietăți foarte importante ale sarcinii electrice, dar toți au studiat electricitatea în stare staționară sau descărcarea ei instantanee, adică proprietățile electricității statice. Mișcarea sa s-a manifestat doar sub forma unei descărcări. Nu se știa încă nimic despre curentul electric, adică despre mișcarea continuă a electricității.

Unul dintre primii care a studiat în profunzime proprietățile curentului electric în 1801-1802 a fost academicianul din Sankt Petersburg V.V. Munca acestui om de știință remarcabil, care a construit cea mai mare baterie din lume în acei ani din 4200 de cercuri de cupru și zinc, a stabilit posibilitatea utilizării practice a curentului electric pentru a încălzi conductorii. În plus, Petrov a observat fenomenul unei descărcări electrice între capetele cărbunilor ușor diluați atât în ​​aer, cât și în alte gaze și vid, care a fost numit arc electric. V.V Petrov nu numai că a descris fenomenul pe care l-a descoperit, dar a subliniat și posibilitatea de a-l folosi pentru iluminarea sau topirea metalelor și, prin aceasta, a exprimat mai întâi ideea de aplicare practică curent electric. Din acest moment ar trebui să înceapă istoria ingineriei electrice ca ramură independentă a tehnologiei.

Experimentele cu curentul electric au atras atenția multor oameni de știință din diferite țări. În 1802, omul de știință italian Romagnosi a descoperit deviația unui ac magnetic sub influența unui curent electric care trece printr-un conductor din apropiere. La sfârșitul anului 1819, acest fenomen a fost observat din nou de fizicianul danez Oersted, care în martie 1820 a publicat un pamflet în latină intitulat „Experimente privind efectul conflictului electric asupra acului magnetic”. În această lucrare, „conflictul electric” a fost numit curent electric.

De îndată ce Arago a demonstrat experimentul lui Oersted la o reuniune a Academiei de Științe din Paris, Ampère, repetându-l, la 18 septembrie 1820, exact o săptămână mai târziu, a prezentat Academiei un raport despre cercetările sale. La următoarea întâlnire, pe 25 septembrie, Ampere a terminat de citit un raport în care a conturat legile interacțiunii a doi curenți care circulă prin conductori paraleli. Din acel moment, Academia a ascultat săptămânal noi mesaje de la Ampere despre experimentele sale care au completat descoperirea și formularea legilor de bază ale electrodinamicii.

Una dintre cele mai importante realizări ale lui Ampere a fost că a fost primul care a combinat două fenomene separate anterior - electricitatea și magnetismul - cu o teorie a electromagnetismului și a propus să le considere rezultatul unui singur proces natural. Această teorie, întâmpinată de contemporanii lui Ampere cu mare neîncredere, a fost foarte progresivă și a jucat un rol uriaș în înțelegerea corectă a fenomenelor descoperite mai târziu.

În 1827, omul de știință german Georg Ohm a descoperit una dintre legile fundamentale ale electricității, care stabilește relațiile de bază dintre puterea curentului, tensiunea și rezistența circuitului prin care circulă curentul electric, , ,

În 1847, Kirchhoff a formulat legile desfășurării curentului în circuite complexe:

Prima lege a lui Kirchhoff

Se aplică nodurilor și se formulează astfel: suma algebrică a curenților dintr-un nod este egală cu zero. Semnele sunt determinate în funcție de dacă curentul este direcționat spre sau departe de nod (în orice caz în mod arbitrar).

· A doua lege a lui Kirchhoff

Se aplică circuitelor: în orice circuit, suma tensiunilor de pe toate elementele și secțiunile circuitului incluse în acest circuit este zero. Direcția de parcurgere a fiecărui circuit poate fi aleasă în mod arbitrar. Semnele sunt determinate în funcție de coincidența tensiunilor cu direcția bypass-ului.

A doua formulare: în orice circuit închis, suma algebrică a tensiunilor din toate zonele cu rezistență incluse în acest circuit este egală cu suma algebrică a FEM.

· Generalizarea legilor lui Kirchhoff

Fie Y numărul de noduri din lanț, B numărul de ramuri, K numărul de circuite.

Figura 3 - Ramificate liniare circuit electric(U=3, V=5, K=6)

2. MAGNETISM (MANETISM)

Magnetism- este o formă de interacțiune între sarcini electrice în mișcare efectuate pe o distanță printr-un câmp magnetic.

Un câmp magnetic este un tip special de materie, a cărui caracteristică specifică este efectul asupra unei mișcări sarcina electrica, conductoare cu curent, corpuri cu moment magnetic, cu o forță în funcție de vectorul vitezei de încărcare, direcția curentului în conductor și direcția momentului magnetic al corpului.

Un magnet permanent este un produs realizat dintr-un material magnetic dur, o sursă autonomă a unui câmp magnetic constant.
Magneți [greacă] magnetis, din Magnetis Lithos, este o piatră din Magnezia ( oraș anticîn Asia Mică)] sunt naturale și artificiale. Un magnet natural este o bucată de minereu de fier care are capacitatea de a atrage obiecte mici de fier care se află în apropiere.

Pământul și alte planete (Magnetosfera) sunt magneți naturali giganți, deoarece au un câmp magnetic. Magneții artificiali sunt obiecte și produse care au primit proprietăți magnetice ca urmare a contactului cu un magnet natural sau magnetizat într-un câmp magnetic. Un magnet permanent este un magnet artificial.

În cele mai simple cazuri, un magnet permanent este un corp (sub formă de potcoavă, bandă, șaibă, tijă etc.) care a suferit un tratament termic corespunzător și a fost premagnetizat până la saturație.

Figura 4 - Tipuri de magneți: a) în formă de potcoavă; b) bandă; c) circulară

Magnetul permanent este de obicei inclus ca componentăîntr-un sistem magnetic conceput pentru a forma un câmp magnetic. Puterea câmpului magnetic generat de un magnet permanent poate fi fie constantă, fie reglabilă.
Diverse piese magnet permanent atrage obiecte de fier în moduri diferite. Capetele magnetului, unde atracția este maximă, se numesc polii magnetului, iar partea din mijloc, unde practic nu există atracție, se numește zona neutră a magnetului. Magneții artificiali sub formă de bandă sau potcoavă au întotdeauna doi poli la capetele benzii și o zonă neutră între ei. Este posibil să magnetizezi o bucată de oțel în așa fel încât să aibă 4, 6 sau mai mulți poli despărțiți de zone neutre, în timp ce numărul de poli rămâne întotdeauna egal. Este imposibil să obțineți un magnet cu un singur pol. Relația dintre dimensiunile regiunilor polilor și zona neutră a unui magnet depinde de forma acestuia.

Un magnet solitar sub forma unei tije lungi și subțiri se numește ac magnetic. Capătul unui ac magnetic montat pe un vârf sau suspendat este cea mai simplă busolă, indică nordul geografic al Pământului și se numește polul nord(N) al unui magnet, polul opus al magnetului este îndreptat spre sud și se numește polul sud (S).
Domeniile de aplicare a magneților permanenți sunt foarte diverse. Sunt utilizate în motoare electrice, automatizări, robotică, pentru cuplajele magnetice ale rulmenților magnetici, în industria ceasurilor, în aparatele de uz casnic, ca surse autonome de câmp magnetic constant în electrotehnică și radio inginerie.

Circuitele magnetice care conțin magneți permanenți trebuie să fie deschise, adică să aibă un spațiu de aer. Dacă un magnet permanent este realizat sub forma unui miez inel, atunci practic nu emite energie în spațiul exterior, deoarece aproape toate magnetice liniile electrice sunt închise în ea. În acest caz, câmpul magnetic din afara miezului este practic absent. Pentru a utiliza energia magnetică a magneților permanenți, trebuie să creați un spațiu de aer de o anumită dimensiune într-un circuit magnetic închis.

Când un magnet permanent servește la creare flux magneticîntr-un spațiu de aer, cum ar fi între polii unui magnet de potcoavă, spațiul de aer reduce inducția (și magnetizarea) magnetului permanent.

3. ELECTROMAGNETISM

Interacțiunea electromagnetică este una dintre cele patru interacțiuni fundamentale. Interacțiunea electromagnetică există între particulele care au o sarcină electrică. Dintr-un punct de vedere modern, interacțiunea electromagnetică între particulele încărcate nu se realizează direct, ci doar printr-un câmp electromagnetic.

Din punctul de vedere al teoriei câmpului cuantic, interacțiunea electromagnetică este purtată de un boson fără masă - un foton (o particulă care poate fi reprezentată ca o excitație cuantică a câmpului electromagnetic). Fotonul în sine nu are o sarcină electrică, ceea ce înseamnă că nu poate interacționa direct cu alți fotoni.

Dintre particulele fundamentale, particulele cu sarcină electrică participă și ele la interacțiunea electromagnetică: quarci, electroni, muoni și particule tau (de la fermioni), precum și bosonii gauge încărcați.

Interacțiunea electromagnetică diferă de interacțiunile slabe și puternice prin natura sa cu rază lungă de acțiune - forța de interacțiune între două sarcini scade doar pe măsură ce a doua putere a distanței (vezi: legea lui Coulomb). Conform aceleiași legi, interacțiunea gravitațională scade odată cu distanța.

Interacțiunea electromagnetică a particulelor încărcate este mult mai puternică decât cea gravitațională, iar singurul motiv pentru care interacțiunea electromagnetică nu se manifestă cu mare forță la scară cosmică este neutralitatea electrică a materiei, adică prezența în fiecare regiune a Univers cu grad înalt cantități exact egale de sarcini pozitive și negative.

Câmp electromagnetic- Asta formă specială materie prin care are loc interacțiunea dintre particulele încărcate. Reprezintă variabilele interconectate câmp electric și câmp magnetic. Legătura reciprocă dintre câmpurile electrice E și magnetice H constă în faptul că orice modificare a unuia dintre ele duce la apariția celuilalt: un câmp electric alternant generat de sarcini în mișcare accelerată (sursă) excită un câmp magnetic alternativ în regiunile adiacente. a spațiului, care, la rândul său, excită un câmp electric alternativ în regiunile adiacente ale spațiului etc. Astfel, câmpul electromagnetic se propagă de la un punct la altul în spațiu sub forma unde electromagnetice, rulând de la sursă. Datorită vitezei finite de propagare, câmpul electromagnetic poate exista autonom față de sursa care l-a generat și nu dispare atunci când sursa este îndepărtată (de exemplu, undele radio nu dispar când se oprește curentul din antena care le-a emis).

Un câmp electromagnetic în vid este descris de intensitatea câmpului electric E și de inducția magnetică B. Câmpul electromagnetic într-un mediu este caracterizat suplimentar de două mărimi auxiliare: intensitatea câmpului magnetic H și inducția electrică D. Legătura dintre componentele electromagnetice. câmpul cu sarcini și curenți este descris de ecuațiile lui Maxwell.

Undele electromagnetice sunt vibratii electromagnetice, propagăndu-se în spațiu cu o viteză finită în funcție de proprietățile mediului (Figura 5).

Figura 5 - Unde electromagnetice

Existența undelor electromagnetice a fost prezisă de fizicianul englez M. Faraday în 1832. Un alt om de știință englez, J. Maxwell, a arătat teoretic în 1865 că oscilațiile electromagnetice nu rămân localizate în spațiu, ci se răspândesc în toate direcțiile de la sursă. Teoria lui Maxwell a permis o abordare unificată a descrierii undelor radio, radiațiilor optice, radiații cu raze X, radiații gama. S-a dovedit că toate aceste tipuri de radiații sunt unde electromagnetice cu lungimi de undă diferite λ, adică sunt legate în natură. Fiecare dintre ele are propriul loc specific într-o singură scară de unde electromagnetice (Figura 6).

Figura 6 - Scala undelor electromagnetice

Propagandu-se in medii, undele electromagnetice, ca orice alte unde, pot experimenta refractie si reflexie la interfata dintre medii, dispersie, absorbtie, interferenta; La propagarea în medii neomogene, se observă difracția undelor, împrăștierea undelor și alte fenomene.

Undele electromagnetice din diferite game de lungimi de undă sunt caracterizate prin diferite metode de excitare și înregistrare și interacționează cu materia în moduri diferite. Procesele de emisie și absorbție a undelor electromagnetice de la cele mai lungi la radiația IR sunt descrise destul de pe deplin de relațiile electrodinamicii clasice.

În intervalele de lungimi de undă mai scurte, în special în domeniul razelor X și razelor γ, procesele de natură cuantică domină și pot fi descrise numai în cadrul electrodinamicii cuantice pe baza ideii de discreție a acestor procese.

Undele electromagnetice sunt utilizate pe scară largă în comunicațiile radio, radar, televiziune, medicină, biologie, fizică, astronomie și alte domenii ale științei și tehnologiei.

Descoperirile lui Oersted, Arago și Ampere l-au interesat pe genialul fizician englez Michael Faraday și l-au determinat să studieze întreaga gamă de întrebări despre transformarea energiei electrice și magnetice în energie mecanică. În 1821, a găsit o altă soluție la problema conversiei energiei electrice și magnetice în energie mecanică și și-a demonstrat dispozitivul, în care a obținut fenomenul de rotație electromagnetică continuă. În aceeași zi, Faraday a scris problema opusă în jurnalul său de lucru: „Transformați magnetismul în electricitate”. A fost nevoie de mai mult de zece ani pentru a o rezolva și a găsi o modalitate de a obține energie electrică din energie magnetică și mecanică. Abia la sfârșitul anului 1831 Faraday și-a anunțat descoperirea unui fenomen care se numea atunci inducție electromagnetică și formează baza întregii inginerie electrică modernă.

4. MAȘINI ELECTRICE

Cercetările lui Faraday și munca academicianului rus E. H. Lenz, care a formulat o lege prin care a fost posibilă determinarea direcției curentului electric care apare ca urmare a inducției electromagnetice, au făcut posibilă crearea primelor generatoare electromagnetice și motoare electrice.

La început, generatoarele electrice și motoarele electrice s-au dezvoltat independent unul de celălalt, ca două mașini complet diferite. Primul inventator al unui generator electric bazat pe principiul inducției electromagnetice a dorit să rămână anonim. S-a întâmplat așa. La scurt timp după publicarea raportului lui Faraday către Royal Society, care sublinia descoperirea inducției electromagnetice, omul de știință a găsit în cutia sa poștală o scrisoare semnată cu inițialele R.M. Conținea o descriere a primului generator sincron din lume și un desen atașat. Faraday, după ce a examinat cu atenție acest proiect, a trimis o scrisoare lui R.M și un desen aceleiași reviste în care a fost publicat cândva raportul său, în speranța că inventatorul necunoscut, în urma revistei, va vedea nu numai proiectul său publicat, ci și cel însoțitor al lui Faraday. scrisoare, lăudând extrem de mult invenția lui R.M.

Într-adevăr, aproape șase luni mai târziu, R.M a trimis explicații suplimentare și o descriere a designului generatorului electric pe care l-a propus redactorului revistei, dar de această dată a dorit să rămână anonim. Numele adevăratului creator al primului generator electromagnetic rămâne ascuns sub inițiale, iar omenirea încă, în ciuda căutărilor atente ale istoricilor ingineriei electrice, rămâne în întuneric căruia îi datorează unul dintre cele mai importante invenții. Aparatul lui R.M. nu avea dispozitiv de redresare a curentului și a fost primul generator de curent alternativ. Dar acest curent, se părea, nu putea fi folosit pentru iluminarea cu arc, electroliză și telegrafie, care deveniseră deja ferm stabilite în viață. A fost necesar, conform proiectanților de atunci, să se creeze o mașină în care să se poată obține un curent constant ca direcție și mărime.

Aproape simultan cu R.M., frații Pixie și V. Ricci, profesor de fizică la Universitatea din Londra și membru al Societății Regale, s-au angajat în construcția de generatoare. Mașinile pe care le-au creat aveau un dispozitiv special pentru redresarea curentului alternativ în curent continuu - așa-numitul colector. Dezvoltarea ulterioară a modelelor de generatoare de curent continuu a continuat într-un ritm neobișnuit de rapid. În mai puțin de patruzeci de ani, dinamo-ul își dobândise aproape întreaga formă generator modern DC. Adevărat, înfășurarea acestor dinamuri a fost distribuită neuniform în jurul circumferinței, ceea ce a înrăutățit funcționarea unor astfel de generatoare - tensiunea din ele fie a crescut, fie a scăzut, provocând șocuri neplăcute.

În 1870, Zenobey Gramm a propus o înfășurare specială, așa-numita inel pentru armătura unui dinam. Distribuție uniformăÎnfășurarea armăturii a făcut posibilă obținerea unei tensiuni complet uniforme în generator și aceeași rotație a motorului, ceea ce a îmbunătățit semnificativ proprietățile mașinilor electrice. În esență, această invenție a repetat ceea ce fusese deja creat și descris în 1860 de către fizicianul italian Pacinnoti, dar a trecut neobservat și a rămas necunoscut lui 3. Gram. Mașinile cu armătură inelară au devenit deosebit de răspândite după ce la Expoziția Mondială de la Viena din 1873 a fost descoperită reversibilitatea mașinilor electrice ale lui Gram: aceeași mașină, atunci când armătura se învârtea, dădea curent electric, când curentul trecea prin armătură, aceasta se rotește și putea fi folosit ca motor electric.

Din acest moment, a început creșterea rapidă a utilizării motoarelor electrice și a consumului în continuă expansiune de energie electrică, care a fost facilitată foarte mult de invenția de către P. N. Yablochkov a unei metode de iluminare folosind așa-numita „lumânare Yablochkov” - o lampă cu arc electric cu un aranjament paralel de cărbuni.

Simplitatea și comoditatea „lumânărilor Yablochkov”, care au înlocuit lămpile cu arc scumpe, complexe și voluminoase cu regulatoare pentru convergența continuă a cărbunilor aprinși, au determinat distribuția lor pe scară largă, iar în curând „lumina Yablochkov”, lumina „rusă” sau „nordica” , a iluminat bulevardele Parisului, terasamentele Tamisa, bulevardele capitalei Rusiei și chiar orașele antice ale Cambodgiei. Acesta a fost un adevărat triumf pentru inventatorul rus.

Dar pentru a alimenta aceste lumânări cu energie electrică, a fost necesar să se creeze generatoare electrice speciale care să ofere nu constantă, dar AC, adică un curent, deși nu des, dar care își schimbă continuu amploarea și direcția. Acest lucru a fost necesar deoarece cărbunii conectați la diferiți poli ai generatorului de curent continuu au ars neuniform - anodul conectat la pozitiv ars de două ori mai repede decât catodul. Curentul alternativ a transformat alternativ anodul în catod și a asigurat astfel arderea uniformă a cărbunilor. Un generator de curent alternativ a fost creat special pentru a alimenta „lumânările Yablochkov” de către P. N. Yablochkov însuși, iar apoi îmbunătățit de inginerii francezi Lonten și Gram. Cu toate acestea, încă nu se gândise la un motor AC.

În același timp, pentru a alimenta separat bujiile individuale de la un generator de curent alternativ, inventatorul a creat un dispozitiv special - o bobină de inducție (transformator), care a făcut posibilă schimbarea tensiunii curente în orice ramură a circuitului în conformitate cu numărul de bujii conectate. Curând, cererile tot mai mari de energie electrică și posibilitatea de a o obține în cantități mari au intrat în conflict cu dizabilități transmitându-l la distanță. Curentul continuu de joasă tensiune (100-120 volți) folosit la acea vreme și transmiterea acestuia prin fire de secțiune transversală relativ mică a provocat pierderi uriașe în liniile de transmisie. De la sfârșitul anilor 70 ai secolului trecut, principala problemă, de a cărei soluție de succes a depins întregul viitor al ingineriei electrice, a fost problema transmiterii energiei electrice pe distanțe lungi fără pierderi mari.

Prima justificare teoretică a posibilității de a transmite orice cantitate de energie electrică pe orice distanță prin fire de diametru relativ mic fără pierderi semnificative prin creșterea tensiunii a fost dată de D. A. Lachinov, profesor de fizică la Institutul Silvic din Sankt Petersburg, în iulie 1880. În urma acesteia, fizicianul și inginerul electrotehnic francez Marcel Despres, în 1882, la Expoziția Electrotehnică de la München, a transmis energie electrică de câțiva cai putere pe o distanță de 57 de kilometri cu o eficiență de 38 la sută.

Ulterior, Despres a efectuat o serie de alte experimente, transmitând energie electrică pe o distanță de o sută de kilometri și mărind puterea de transmisie la câteva sute de kilowați. O creștere suplimentară a distanței a necesitat o creștere semnificativă a tensiunii. Despres a adus-o la 6 mii de volți și s-a convins că izolarea plăcilor din comutatorul generatoarelor și motoarelor de curent continuu nu permitea atingerea unor tensiuni mai mari.

În ciuda tuturor acestor dificultăți, la începutul anilor 80, dezvoltarea industriei și concentrarea producției au necesitat din ce în ce mai urgent crearea unui nou motor, mai avansat decât motorul cu abur răspândit. Era deja clar că era rentabil să construiești centrale electrice în apropierea zăcămintelor de cărbune sau pe râuri cu picături mari de apă, în timp ce fabricile erau construite mai aproape de sursele de materii prime. Acest lucru a necesitat adesea transmiterea unor cantități uriașe de energie electrică către obiectele de consum pe distanțe considerabile. Un astfel de transfer ar fi recomandabil doar atunci când se aplică o tensiune de zeci de mii de volți. Dar a fost imposibil să se obțină o astfel de tensiune în generatoarele de curent continuu. Curentul alternativ și un transformator au venit în ajutor: folosindu-le, au început să producă curent alternativ de joasă tensiune, apoi să-l mărească la orice valoare necesară, să-l transmită pe o distanță la tensiune înaltă și, la punctul de consum, să-l reducă din nou la valoarea cerută și folosiți-o în pantografe.

Motoarele electrice cu curent alternativ încă nu existau. La urma urmei, deja la începutul anilor 80, electricitatea era consumată în principal pentru nevoile de energie. Motoarele electrice cu curent continuu au fost folosite din ce în ce mai des pentru a conduce o mare varietate de mașini. Crearea unui motor electric care ar putea funcționa pe curent alternativ a devenit sarcina principală a ingineriei electrice. În căutarea unor noi căi, este întotdeauna necesar să privim înapoi. A existat ceva în istoria ingineriei electrice care ar putea indica calea spre crearea unui motor electric cu curent alternativ? Căutările din trecut au avut succes. Ne-am amintit: în 1824, Arago a demonstrat un experiment care a pus bazele multor studii fructuoase. Este vorba despre despre demonstrarea „magnetismului de rotație”. Discul de cupru (nemagnetic) a fost transportat de un magnet rotativ.

A apărut o idee: este posibil, prin înlocuirea discului cu spire de înfășurare, și a magnetului rotativ cu un câmp magnetic rotativ, să se creeze un motor electric cu curent alternativ? Probabil posibil, dar cum să obțineți rotația câmpului magnetic?

De-a lungul anilor, au fost propuse multe aplicații diferite ale curentului alternativ. Un istoric conștiincios al ingineriei electrice va trebui să numească diverșii fizicieni și ingineri care au încercat să creeze motoare electrice cu curent alternativ la mijlocul anilor 1980. Nu va uita să amintească de experimentele lui Bailey (1879), Marcel Despres (1883), Bradley (1887), lucrările lui Wenstrom, Haselvander și mulți alții. Propunerile au fost, fără îndoială, foarte interesante, dar niciuna dintre ele nu a putut satisface industria: motoarele lor electrice erau fie voluminoase și neeconomice, fie complexe și nesigure. Însuși principiul construirii motoarelor electrice cu curent alternativ simple, economice și fiabile nu a fost încă găsit.

În această perioadă, Nikola Tesla, după cum știm deja, a început să caute o soluție la această problemă. El și-a urmat propriul drum, reflectând asupra esenței experienței lui Arago și a propus o soluție radicală la problema apărută, care sa dovedit imediat a fi acceptabilă din punct de vedere practic. Înapoi la Budapesta, în primăvara anului 1882, Tesla și-a imaginat clar că dacă înfășurările erau alimentate cumva poli magnetici motor electric cu doi curenți alternativi diferiți, diferiți unul de celălalt doar prin defazare, atunci alternanța acestor curenți va determina formarea alternativă a polilor nord și sud sau rotația câmpului magnetic. Câmpul magnetic rotativ ar trebui să antreneze și înfășurarea rotorului mașinii.

După ce a construit o sursă specială de curent bifazat (generator bifazat) și același motor electric bifazat, Tesla și-a realizat ideea. Și deși mașinile sale erau foarte imperfecte din punct de vedere structural, principiul unui câmp magnetic rotativ, aplicat chiar în primele modele Tesla, s-a dovedit a fi corect.

Luând în considerare toate cazurile posibile de schimbare de fază, Tesla a stabilit o schimbare de 90°, adică un curent cu două faze. Acest lucru a fost destul de logic - înainte de a crea motoare electrice cu un număr mare de faze, a fost necesar să începeți cu curent bifazat. Dar ar fi posibil să se aplice o altă schimbare de fază: 120° (curent trifazat). Fără să analizeze și să înțeleagă teoretic toate cazurile posibile, fără măcar să le compare între ele (aceasta este marea greșeală a lui Tesla), și-a concentrat toată atenția asupra curentului bifazat, creând generatoare și motoare electrice bifazate și a menționat doar pe scurt curenții multifazici în cererile sale de brevet și posibilitățile de aplicare a acestora.

Dar Tesla nu a fost singurul om de știință care și-a amintit experimentul lui Arago și a găsit o soluție. problema importanta. În aceiași ani, fizicianul italian Galileo Ferraris, reprezentant italian la numeroase congrese internaționale ale electricienilor (1881 și 1882 la Paris, 1883 la Viena și altele), s-a angajat în cercetări în domeniul curenților alternativi. În timp ce pregătea prelegeri despre optică, i-a venit ideea de a realiza un experiment care să demonstreze proprietățile undelor luminoase. Pentru a face acest lucru, Ferraris a atașat un cilindru de cupru la un fir subțire, care a fost acționat de două câmpuri magnetice deplasate la un unghi de 90°. Când curentul a fost pornit în bobine, care creau alternativ câmpuri magnetice într-una sau alta dintre ele, cilindrul, sub influența acestor câmpuri, a rotit și a răsucit firul, drept urmare a crescut în sus cu o anumită cantitate. . Acest dispozitiv a simulat perfect fenomenul cunoscut sub numele de polarizare a luminii.

Ferraris nu a intenționat să-și folosească modelul în niciun scop electric. Era doar un instrument de prelegere, a cărui ingeniozitate constă în folosirea cu pricepere a fenomenelor electrodinamice pentru demonstrații în domeniul opticii.

Ferraris nu s-a limitat la acest model. În al doilea model, mai avansat, a reușit să realizeze rotirea cilindrului la viteze de până la 900 rpm. Dar dincolo de anumite limite, oricât de mult a crescut curentul din circuitul care a creat câmpurile magnetice (cu alte cuvinte, oricât de mult a crescut puterea consumată), nu a fost posibil să se realizeze o creștere a numărului de rotații. Calculele au arătat că puterea celui de-al doilea model nu a depășit 3 wați.

Fără îndoială, Ferraris, fiind nu doar un optician, ci și un electrician, nu a putut să nu înțeleagă semnificația experimentelor pe care le-a efectuat. Cu toate acestea, prin propria sa recunoaștere, nu i-a trecut niciodată prin cap să aplice acest principiu la crearea unui motor electric cu curent alternativ. Cel mai mult și-a imaginat a fost să-l folosească pentru a măsura puterea curentului și chiar a început să construiască un astfel de dispozitiv.

La 18 martie 1888, la Academia de Științe din Torino, Ferraris a făcut un raport despre „Rotația electrodinamică produsă de curenți alternativi”. În el, a vorbit despre experimentele sale și a încercat să demonstreze că este imposibil să se obțină o eficiență de peste 50 la sută într-un astfel de dispozitiv. Ferraris era sincer convins că, demonstrând inutilitatea utilizării câmpurilor magnetice alternative în scopuri practice, făcea științei un serviciu grozav. Raportul lui Ferraris a fost înaintea raportului lui Nikola Tesla la Institutul American de Ingineri Electrici. Dar cererea depusă pentru un brevet încă din octombrie 1887 indică prioritatea incontestabilă a Tesla față de Ferrari. În ceea ce privește publicarea, articolul lui Ferraris, disponibil pentru citire de către toți electricienii din lume, a fost publicat abia în iunie 1888, adică după binecunoscutul raport al lui Tesla.

La afirmația lui Ferraris că a început să lucreze la studiul câmpului magnetic rotativ în 1885, Tesla a avut toate motivele să obiecteze că lucrează la această problemă la Graz, a găsit o soluție la aceasta în 1882, iar în 1884 la Strasbourg a demonstrat o soluție. modelul funcțional al motorului său Dar, desigur, nu este doar o chestiune de prioritate. Fără îndoială, ambii oameni de știință au făcut aceeași descoperire independent unul de celălalt: Ferraris nu ar fi putut să știe despre cererea de brevet Tesla, așa cum acesta din urmă nu ar fi putut ști despre munca fizicianului italian.

Mult mai important este că G. Ferraris, după ce a descoperit fenomenul unui câmp magnetic rotativ și și-a construit modelul cu o putere de 3 wați, nu s-a gândit la utilizarea lor practică. Mai mult decât atât: dacă concluzia eronată a lui Ferraris despre inadecvarea utilizării curenților polifazici alternativi ar fi fost acceptată, atunci omenirea ar fi fost trimisă pe calea greșită încă câțiva ani și ar fi fost lipsită de oportunitatea de a utiliza pe scară largă electricitatea într-o mare varietate de industrii. si gospodarii. Meritul lui Nikola Tesla constă în faptul că, în ciuda multor obstacole și a unei atitudini sceptice față de curentul alternativ, a dovedit practic fezabilitatea utilizării curentului multifazic. Primele motoare de curent cu două faze pe care le-a creat, deși prezentau o serie de neajunsuri, au atras atenția inginerilor electricieni din întreaga lume și au trezit interesul pentru propunerile sale.

Cu toate acestea, articolul lui Galileo Ferraris din revista Atti di Turino a jucat un rol imens în dezvoltarea ingineriei electrice. A fost retipărit de o revistă engleză importantă, iar numărul cu acest articol a căzut în mâinile unui alt om de știință, recunoscut acum pe merit ca fiind creatorul ingineriei electrice moderne trifazate.

5. TRANSFORMATOR TESLA

Se știe că transformatoarele Tesla variază în ceea ce privește designul, de la cele mai simple cu eclator până la circuite moderne cu oscilatoare master de înaltă frecvență pentru înfășurarea primară, realizate atât pe circuite semiconductoare, cât și pe tuburi.

Diagrama celui mai simplu transformator Tesla:

În forma sa elementară, transformatorul Tesla constă din două bobine, primară și secundară și un cablaj format dintr-un eclator (întrerupător, adesea găsit Versiunea în engleză Spark Gap), condensator, toroid (nu este întotdeauna utilizat) și terminal (prezentat ca „ieșire” în diagramă).

Figura 7 - Cel mai simplu circuit transformator Tesla

Figura 8 - Transformerul Tesla în acțiune

Bobina primară este construită din 5-30 (pentru VTTC - bobina Tesla pe o lampă - numărul de spire poate ajunge la 60) spire de sârmă de diametru mare sau tub de cupru, iar secundarul este format din multe spire de sârmă de diametru mai mic. . Bobina primară poate fi plată (orizontală), conică sau cilindrică (verticală). Spre deosebire de multe alte transformatoare, nu există miez feromagnetic. Astfel, inductanța reciprocă dintre cele două bobine este mult mai mică decât cea a transformatoarelor convenționale cu miez feromagnetic. De asemenea, acest transformator nu are practic nicio histerezis magnetic, fenomenul de întârziere a modificărilor inducției magnetice în raport cu modificările curentului și alte dezavantaje introduse de prezența unui feromagnet în câmpul transformatorului.

Bobina primară, împreună cu condensatorul, formează un circuit oscilator, care include un element neliniar - un eclator de scânteie (eclator). Descărcătorul, în cel mai simplu caz, este unul obișnuit cu gaz; de obicei realizate din electrozi masivi (uneori cu radiatoare), care sunt realizate pentru o rezistență mai mare la uzură atunci când curenți mari trec printr-un arc electric între ei.

Bobina secundară formează și un circuit oscilator, unde rolul unui condensator este jucat de conexiunea capacitivă dintre toroid, dispozitivul terminal, spirele bobinei în sine și alte elemente conductoare electric ale circuitului cu Pământul. Dispozitivul final (terminalul) poate fi realizat sub forma unui disc, un știft ascuțit sau o sferă. Terminalul este proiectat pentru a produce descărcări previzibile de scântei de lungă durată. Geometria și poziția relativă a pieselor unui transformator Tesla influențează foarte mult performanța acestuia, ceea ce este similar cu problemele de proiectare a oricăror dispozitive de înaltă tensiune și de înaltă frecvență.

CONCLUZIE

Lucrurile care folosesc electricitate care au devenit familiare în viața noastră de zi cu zi sunt fructele gândirii științifice și tehnice a multor generații de oameni de știință. Adesea înțelegerea valorii practice și a semnificației fenomene deschise a venit târziu sau a venit cu următoarea generație de oameni de știință.

Cu toate acestea, trebuie menționat că dezvoltarea ingineriei electrice a contribuit la accelerarea progresului tehnic. Crearea și dezvoltarea mașinilor electrice cu curent continuu și alternativ a făcut posibilă proiectarea unor sisteme de control flexibile, care nu au putut fi realizate pe motoare care utilizează energie gazoasă și lichidă. Dezvoltarea tehnologiei microprocesoarelor a făcut posibilă crearea unor computere puternice care participă la experimentele fizicienilor teoreticieni care dezvăluie secretele universului (LHC la Cern).

În convingerea mea profundă, în domeniul ingineriei electrice au rămas încă multe mistere, secrete și mari descoperiri.

Spate

Redirecţiona

Actualizat: 21.02.2020 15:21

Nu aveți drepturi de a posta comentarii

Atunci când determinați data apariției energiei electrice în Imperiul Rus, puteți utiliza diverse criterii. Dacă luăm în considerare răspunsul publicului, atunci această dată ar trebui considerată 1879, când Podul Liteiny din Sankt Petersburg a fost iluminat cu lămpi electrice. Povestea electrificării acestui pod are o conotație oarecum curioasă. Cert este că a fost construit după ce companiile private au cumpărat monopolul de la autoritățile orașului pentru iluminarea străzilor și podurilor din Neva cu lămpi cu petrol și gaz. Ca urmare, s-a dovedit a fi singurul loc în care în acel moment istoric era posibil să se folosească iluminatul electric.

Pentru a fi corect, merită menționat că cu un an mai devreme la Kiev au fost folosite mai multe lumini electrice pentru a ilumina unul dintre atelierele de cale ferată, dar acest eveniment a trecut neobservat de publicul larg.

Mulți sunt de părere că, din punct de vedere juridic, epoca electricității a început la 30 ianuarie 1880, când a fost creat departamentul de inginerie electrică la Societatea Tehnică Rusă. Această structură nou creată era însărcinată cu supravegherea problemelor legate de dezvoltarea și introducerea energiei electrice în viața statului.

Date semnificative din istoria apariției energiei electrice în Rusia includ 15 mai 1883, când, cu ocazia urcării pe tronul lui Alexandru al III-lea, a fost iluminat Kremlinul, pentru care a fost construită chiar și o centrală specială pe Sofia. terasament. În același an, strada principală din Sankt Petersburg a fost electrificată, iar câteva luni mai târziu Palatul de Iarnă a fost electrificat.

În iulie 1886, prin Decret al Împăratului, a fost creată Societatea de Iluminat Electric, care a elaborat un plan general pentru electrificarea Moscovei și Sankt Petersburg.

În 1888, au început lucrările direcționate la construirea primelor centrale electrice.

Fapte interesante din istoria apariției electricității în Rusia

Când studiați problema electrificării țării, puteți întâlni o serie de fapte interesante și curioase. Da, în primul rând oraș european, complet iluminat de lămpi electrice, Tsarskoye Selo a devenit în 1881.

În iulie 1892, a fost lansat primul tramvai electric al imperiului. Acest lucru s-a întâmplat la Kiev. În 1895, prima centrală hidroelectrică din Rusia a fost construită pe râul Bolshaya Okhta din Sankt Petersburg. Deja în 1897, prima centrală electrică a fost lansată pe terasamentul Raushskaya din Moscova, care a generat curent alternativ trifazat, ceea ce a făcut posibilă transmiterea acesteia fără pierderi de putere pe distanțe destul de mari.

De la începutul secolului al XX-lea au început să fie construite centrale electrice în alte orașe ale Imperiului Rus (Kursk, Yaroslavl, Chita, Vladivostok). Din 1913, centralele electrice ale țării generau în total aproximativ 2 milioane MWh de energie electrică pe an.

Electricitate

Electricitate sau șoc electric numit un flux direcțional de particule încărcate, cum ar fi electronii. Electricitatea se referă și la energia obținută ca urmare a unei astfel de mișcări a particulelor încărcate și la iluminarea care se obține pe baza acestei energii. Termenul „electricitate” a fost introdus de omul de știință englez William Gilbert în 1600 în eseul său „Despre magnet, corpuri magnetice și marele magnet pământesc”.

Gilbert a efectuat experimente cu chihlimbar, care, ca urmare a frecării cu pânza, a reușit să atragă alte corpuri de lumină, adică a dobândit o anumită sarcină. Și din moment ce chihlimbarul este tradus din greacă prin electron, fenomenul observat de om de știință a fost numit „electricitate”.

Curent electric

O mică teorie despre electricitate

Electricitatea poate crea un câmp electric în jurul conductorilor de curent electric sau a corpurilor încărcate. Prin intermediul unui câmp electric este posibilă influenţarea altor corpuri cu sarcină electrică.fv

Sarcinile electrice, după cum știe toată lumea, sunt împărțite în pozitive și negative. Această alegere este însă condiționată, datorită faptului că a fost făcută de multă vreme din punct de vedere istoric, doar din acest motiv i se atribuie un anumit semn fiecărei taxe.

Corpurile care sunt încărcate cu același tip de semn se resping reciproc, iar cele care au sarcini diferite, dimpotrivă, se atrag.

În timpul mișcării particulelor încărcate, adică a existenței electricității, pe lângă câmpul electric, apare și un câmp magnetic. Acest lucru vă permite să setați relația dintre electricitate și magnetism.

Este interesant că există corpuri care conduc curentul electric sau corpuri cu rezistență foarte mare. Aceasta a fost descoperită de omul de știință englez Stephen Gray în 1729.

Studiul electricității, cel mai complet și fundamental, este realizat de o știință precum termodinamica. Cu toate acestea, proprietățile cuantice ale câmpurilor electromagnetice și ale particulelor încărcate sunt studiate de o știință complet diferită - termodinamica cuantică, dar unele fenomene cuantice pot fi explicate destul de simplu prin teorii cuantice obișnuite.

Bazele energiei electrice

Istoria descoperirii energiei electrice

Pentru început, trebuie spus că nu există un astfel de om de știință care să poată fi considerat descoperitorul electricității, deoarece din cele mai vechi timpuri și până în prezent, mulți oameni de știință au studiat proprietățile acesteia și au învățat ceva nou despre electricitate.

• Prima persoană care a devenit interesată de electricitate a fost filozoful grec antic Thales. El a descoperit că chihlimbarul, care este frecat pe lână, capătă proprietatea de a atrage alte corpuri de lumină.
• Apoi, un alt om de știință grec antic, Aristotel, a studiat anumite anghile care loveau inamicii, după cum știm acum, cu o descărcare electrică.
• În anul 70 d.Hr., scriitorul roman Pliniu a studiat proprietățile electrice ale rășinii.
• Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp nu s-au acumulat cunoștințe despre electricitate.
• Și abia în secolul al XVI-lea, medicul de curte al reginei engleze Elisabeta 1, William Gilbert, a început să studieze proprietățile electrice și a făcut o serie de descoperiri interesante. După aceasta, a început literalmente „nebunia electrică”.
• Abia în 1600 a apărut termenul „electricitate”, introdus de omul de știință englez William Gilbert.
• În 1650, datorită primăriei de Magdeburg, Otto von Guericke, care a inventat o mașină electrostatică, a devenit posibil să se observe efectul de respingere a corpurilor sub influența electricității.
• În 1729, omul de știință englez Stephen Gray, în timp ce efectua experimente privind transmiterea curentului electric la distanță, a descoperit accidental că nu toate materialele au capacitatea de a transmite electricitate în mod egal.
• În 1733, omul de știință francez Charles Dufay a descoperit existența a două tipuri de electricitate, pe care le-a numit sticlă și rășină. Ei au primit aceste nume datorită faptului că au fost dezvăluite prin frecarea de sticlă pe mătase și rășină pe lână.
• Primul condensator, adică un dispozitiv de stocare a energiei electrice, a fost inventat de olandezul Pieter van Musschenbroek în 1745. Acest condensator a fost numit borcanul Leyden.
• În 1747, americanul B. Franklin a creat prima teorie a electricității din lume. Potrivit lui Franklin, electricitatea este un lichid sau fluid imaterial. Un alt serviciu oferit de Franklin pentru știință este că a inventat paratrăsnetul și, cu ajutorul acestuia, a demonstrat că fulgerul are o origine electrică. El a introdus și conceptele de sarcini pozitive și negative, dar nu a descoperit încărcături. Această descoperire a fost făcută de omul de știință Simmer, care a dovedit existența polilor de sarcină: pozitivi și negativi.
• Studiul proprietăților electricității a trecut la științe exacte după ce în 1785 Coulomb a descoperit legea cu privire la forța de interacțiune care are loc între sarcinile electrice punctuale, care a fost numită Legea lui Coulomb.
• Apoi, în 1791, omul de știință italian Galvani a publicat un tratat în care afirma că un curent electric ia naștere în mușchii animalelor atunci când se mișcă.
• Invenția bateriei de către un alt om de știință italian, Volta, în 1800, a dus la dezvoltarea rapidă a științei electricității și la o serie ulterioară de descoperiri importante în acest domeniu.
• Au urmat descoperirile lui Faraday, Maxwell și Ampere, care au avut loc în doar 20 de ani.
• În 1874, inginerul rus A.N Lodygin a primit un brevet pentru o lampă incandescentă cu tijă de carbon, inventată în 1872. Apoi lampa a început să folosească o tijă de wolfram. Și în 1906, și-a vândut brevetul companiei lui Thomas Edison.
• În 1888, Hertz a înregistrat unde electromagnetice.
• În 1879, Joseph Thomson a descoperit electronul, care este purtător de material electricitate.
• În 1911, francezul Georges Claude a inventat prima lampă cu neon din lume.
• Secolul al XX-lea a dat lumii teoria electrodinamicii cuantice.
• În 1967, a fost făcut un alt pas spre studierea proprietăților electricității. Anul acesta a fost creată teoria interacțiunilor electroslabe.

Cu toate acestea, acestea sunt doar principalele descoperiri făcute de oamenii de știință care au contribuit la utilizarea energiei electrice. Dar cercetările continuă și astăzi, iar descoperiri în domeniul energiei electrice au loc în fiecare an.

Toată lumea este sigură că cel mai mare și mai puternic în ceea ce privește descoperirile legate de electricitate a fost Nikola Tesla. El însuși s-a născut în Imperiul Austriac, acum teritoriul Croației. În bagajul său de invenţii şi lucrări științifice: curent alternativ, teoria câmpului, eter, radio, rezonanță și multe altele. Unii admit posibilitatea ca fenomenul „ Meteoritul Tunguska„, aceasta nu este altceva decât opera lui Nikola Tesla însuși, și anume o explozie de putere enormă în Siberia.

Stăpânul lumii - Nikola Tesla

De ceva vreme s-a crezut că electricitatea nu există în natură. Cu toate acestea, după ce B. Franklin a stabilit că fulgerul are o origine electrică, această opinie a încetat să mai existe.

Importanța electricității în natură, precum și în viața umană, este destul de enormă. La urma urmei, fulgerul a dus la sinteza aminoacizilor și, în consecință, la apariția vieții pe pământ..

Procese în sistemul nervos La oameni și animale, de exemplu, mișcarea și respirația apar din cauza unui impuls nervos care apare din cauza electricității existente în țesuturile ființelor vii.

Unele tipuri de pești folosesc electricitatea, sau mai degrabă descărcări electrice, pentru a se proteja de inamici, pentru a căuta hrană sub apă și pentru a o obține. Astfel de pești sunt: ​​anghile, lamprele, raze electrice și chiar unii rechini. Toți acești pești au un organ electric special care funcționează pe principiul unui condensator, adică acumulează o sarcină electrică destul de mare și apoi o descarcă asupra victimei care atinge un astfel de pește. De asemenea, un astfel de organ funcționează cu o frecvență de câteva sute de herți și are o tensiune de câțiva volți. Puterea curentă a organului electric al peștilor se modifică odată cu vârsta: cu cât peștele devine mai în vârstă, cu atât este mai mare puterea curentului. De asemenea, datorită curentului electric, peștii care trăiesc la adâncimi mari navighează în apă. Câmpul electric este distorsionat de acțiunea obiectelor din apă. Și aceste distorsiuni ajută peștii să navigheze.

Experimente mortale. Electricitate

Obținerea de energie electrică

Centralele electrice au fost create special pentru a produce energie electrică. La centralele electrice, cu ajutorul generatoarelor, se creează energie electrică, care este apoi transmisă la locurile de consum prin intermediul liniilor electrice. Curentul electric este creat ca urmare a tranziției energiei mecanice sau interne în energie electrică. Centralele electrice sunt împărțite în: centrale hidroelectrice sau CHE, centrale termice nucleare, eoliene, mareomotrice, solare și alte centrale.

În centralele hidroelectrice, turbinele generatoare acționate de fluxul de apă produc curent electric. În termocentrale sau, cu alte cuvinte, termocentrale, se generează și curent electric, dar în loc de apă se folosesc vapori de apă, care iau naștere la încălzirea apei în timpul arderii combustibilului, de exemplu, cărbunele.

Un principiu de funcționare foarte similar este utilizat într-o centrală nucleară sau centrală nucleară. Numai centralele nucleare folosesc un alt tip de combustibil - materiale radioactive, de exemplu, uraniu sau plutoniu. Fisiunea nucleelor ​​lor, rezultând în eliberarea unei cantități foarte mari de căldură, care este folosită pentru a încălzi apa și a o transforma în vapori de apă, care apoi intră într-o turbină care generează curent electric. Astfel de stații necesită foarte puțin combustibil pentru a funcționa. Deci zece grame de uraniu generează aceeași cantitate de electricitate ca o mașină de cărbune.

Utilizarea energiei electrice

În zilele noastre, viața fără electricitate devine imposibilă. A devenit destul de integrat în viața oamenilor în secolul XXI. Electricitatea este adesea folosită pentru iluminat, de exemplu, folosind o lampă electrică sau cu neon, și pentru a transmite tot felul de informații folosind telefonul, televiziunea și radioul, iar în trecut, telegraful. De asemenea, în secolul al XX-lea, a apărut o nouă zonă de aplicare a energiei electrice: o sursă de energie pentru motoarele electrice ale tramvaielor, metroului, troleibuzelor și trenurilor electrice. Electricitatea este necesară pentru a funcționa diverse aparate electrocasnice care îmbunătățesc mult viața omul modern.

Astăzi, electricitatea este folosită și pentru a produce materiale de calitate și a le procesa. Chitarele electrice, alimentate cu energie electrică, pot fi folosite pentru a crea muzică. De asemenea, electricitatea continuă să fie folosită ca o modalitate umană de a ucide criminali ( scaun electric), în țările care permit pedeapsa cu moartea.

De asemenea, având în vedere că viața unei persoane moderne devine aproape imposibilă fără computere și telefoane mobile, care necesită electricitate pentru a funcționa, importanța electricității va fi destul de greu de supraestimat.

Electricitatea în mitologie și artă

În mitologia aproape tuturor națiunilor există zei care sunt capabili să arunce fulgere, adică care pot folosi electricitatea. De exemplu, printre greci acest zeu era Zeus, printre hinduși era Agni, care se putea transforma în fulger, printre slavi era Perun, iar printre popoarele scandinave era Thor.

Desene animate au și electricitate. Deci, în desenul animat Disney Black Cape există un anti-erou Megavolt, care este capabil să controleze electricitatea. În animația japoneză, electricitatea este mânuită de Pokemon Pikachu.

Concluzie

Studiul proprietăților electricității a început în vremuri străvechi și continuă până în zilele noastre. După ce au învățat proprietățile de bază ale electricității și au învățat să le folosească corect, oamenii și-au făcut viața mult mai ușoară. Electricitatea este folosită și în fabrici, fabrici etc., adică poate fi folosită pentru a obține alte beneficii. Importanța electricității, atât în ​​natură, cât și în viața omului modern, este enormă. Fără un astfel de fenomen electric precum fulgerul, viața nu ar fi apărut pe pământ, iar fără impulsurile nervoase, care apar și din cauza electricității, nu ar fi fost posibilă asigurarea unei lucrări coordonate între toate părțile organismelor.

Oamenii au fost întotdeauna recunoscători energiei electrice, chiar și atunci când nu știau despre existența ei. Ei și-au înzestrat principalii lor zei cu capacitatea de a arunca fulgere.

Omul modern nu uită nici de electricitate, dar este posibil să uite de ea? El dă puteri electrice personajelor de desene animate și de filme, construiește centrale electrice pentru a genera electricitate și multe altele.

Astfel, electricitatea este cel mai mare dar pe care ni l-a dat natura însăși și pe care, din fericire, am învățat să-l folosim.

Puțini oameni se gândesc la când a apărut electricitatea. Și istoria sa este destul de interesantă. Electricitatea face viața mai confortabilă. Datorită lui, televiziunea, internetul și multe altele au devenit disponibile. ŞI viata moderna Nu se mai poate imagina fără electricitate. A accelerat semnificativ dezvoltarea omenirii.

Istoria energiei electrice

Dacă începeți să înțelegeți când a apărut electricitatea, atunci trebuie să vă amintiți de filozoful grec Thales. El a fost primul care a atras atenția asupra acestui fenomen în anul 700 î.Hr. e. Thalles a descoperit că atunci când chihlimbarul a fost frecat de lână, piatra a început să atragă obiecte ușoare.

In ce an a aparut electricitatea? După filozoful grec, nimeni nu a studiat mult timp acest fenomen. Iar cunoștințele în acest domeniu nu au crescut până în 1600. În acest an, William Gilbert a introdus termenul „electricitate” studiind magneții și proprietățile lor. De atunci, oamenii de știință au început să studieze intens acest fenomen.

Primele descoperiri

Când a apărut electricitatea și a fost folosită în soluții tehnice? În 1663, a fost creată prima mașină electrică, care a făcut posibilă observarea efectelor respingerii și atracției. În 1729, omul de știință englez Stephen Gray a efectuat primul experiment în care electricitatea a fost transmisă la distanță. Patru ani mai târziu, omul de știință francez C. Dufay a descoperit că electricitatea are 2 tipuri de încărcare: rășină și sticlă. În 1745, a apărut primul condensator electric - borcanul Leyden.

În 1747, Benjamin Franklin a creat prima teorie care să explice acest fenomen. Și în 1785, a apărut electricitatea Galvani și Volt a studiat-o mult timp. A fost scris un tratat despre acțiunea acestui fenomen în timpul mișcării musculare și a fost inventat un obiect galvanic. Iar omul de știință rus V. Petrov a devenit descoperitorul

Iluminat

Când a apărut electricitatea în case și apartamente? Pentru mulți, acest fenomen este legat în primul rând de iluminare. Prin urmare, ar trebui luat în considerare când a fost inventat primul bec. Acest lucru s-a întâmplat în 1809. Inventatorul a fost englezul Delarue. Puțin mai târziu, au apărut becuri în formă de spirală, care au fost umplute cu gaz inert. Au început să fie produse în 1909.

Apariția energiei electrice în Rusia

La ceva timp după introducerea termenului „electricitate”, acest fenomen a început să fie studiat în multe țări. Începutul schimbării poate fi considerat aspectul luminii. În ce an a apărut electricitatea în Rusia? Conform acestei date - 1879. Atunci a fost efectuată pentru prima dată electrificarea cu ajutorul lămpilor la Sankt Petersburg.

Dar cu un an mai devreme, la Kiev, într-unul dintre atelierele de cale ferată, au fost instalate lumini electrice. Prin urmare, data apariției electricității în Rusia este o problemă oarecum controversată. Dar din moment ce acest eveniment a trecut neobservat, data oficială poate fi considerată iluminarea Podului Liteiny.

Dar există o altă versiune când a apărut electricitatea în Rusia. Din punct de vedere juridic, această dată este 30 ianuarie 1880. În această zi, primul departament de inginerie electrică a apărut în Societatea Tehnică Rusă. Atribuțiile lui erau să supravegheze introducerea energiei electrice în viata de zi cu zi. În 1881, Tsarskoye Selo a devenit primul oraș european care a fost complet iluminat.

O altă dată semnificativă este 15 mai 1883. În această zi, Kremlinul a fost iluminat pentru prima dată. Evenimentul a fost programat să coincidă cu urcarea pe tronul Rusiei Alexandra III. Pentru a ilumina Kremlinul, electricienii au instalat o mică centrală electrică. După acest eveniment, iluminatul a apărut mai întâi pe strada principală din Sankt Petersburg, iar apoi în Palatul de Iarnă.

În vara anului 1886, prin decret al împăratului, a fost înființată Societatea de Iluminat Electric. S-a angajat în electrificarea întregului Sankt Petersburg și Moscova. Și în 1888 au început să fie construite primele centrale electrice cele mai mari orase. În vara anului 1892, în Rusia a fost lansat tramvaiul electric de debut. Și în 1895 a apărut la Sankt Petersburg, pe râu. Bolshaya Okhta.

Și la Moscova, prima centrală electrică a apărut în 1897. A fost construită pe terasamentul Raushskaya. Centrala genera curent alternativ trifazat. Și acest lucru a făcut posibilă transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi fără pierderi semnificative de putere. În alte orașe, construcția a început în zorii secolului al XX-lea, înainte de Primul Război Mondial.