Кто изобрел электростатическую машину
Электрофорная машина Гольца
Исторический период наиболее активных экспериментальных исследований в области электрических явлений связан с появлением первых электростатических машин, действие которых позволяло получать электрическую энергию благодаря совершению механической работы.
Механическая работа заключалась во вращении определенных частей машины, при котором преодолевались силы притяжения (разноименных) и отталкивания (одноименных) электрических зарядов, присутствовавших на наэлектризованных элементах машины.
Эксперименты с подобными машинами способствовали лучшему пониманию исследователями того времени самой природы электричества и принципов электрических взаимодействий. 
Создание первой электростатической машины трения историки приписывают немецкому ученому Отто фон Герике, который в 1650 году впервые создал такое устройство. Это была машина, работа которой основывалась на уже известном тогда явлении электризации тел трением. Однако машины трения обладали значительным недостатком — их работа требовала приложения больших механических усилий.
В отличие от машин трения, созданные позже электрофорные (индукционные) машины были лишены этого недостатка, поскольку для получения электрической энергии им не нужно было прямого контакта электризуемых частей с индуктором (с той частью, которая вызывала электризацию).
Так, первая электрофорная машина, то есть такая электростатическая машина, которая не требовала взаимного трения ее частей для получения электризации, была построена в 1865 году немецким физиком Августом Теплером. Изобретатель придерживался мнения, что именно электрофорные машины позволят эффективно получать электричество за счет преобразования механической энергии.
Примерно в это же время немецкий физик Вильгельм Гольц (нем. Holtz), независимо от Теплера, спроектировал более простую и более эффективную электрофорную машину, которая производила большую разность потенциалов, и даже могла служить источником постоянного тока для осветительных целей. Именно машины Гольца стали первыми электрофорными машинами, которые появились в учебных кабинетах образовательных учреждений.
Неподвижный диск опирается на эбонитовую пластину и поддерживается в вертикальном положении эбонитовыми же кружками на изолирующих стойках. В неподвижном диске вырезаны окна, на задней стороне которых наклеены неполные бумажные секторы, именуемые оправами.
Оправы оканчиваются бумажными язычками, передние заостренные края которых направлены к подвижному диску и немного изогнуты. Диски, оправы и язычки покрыты гуммилаком (смолистое вещество).
Вдоль горизонтального диаметра подвижного диска, спереди, с каждой из его сторон, установлены латунные гребенки. Эти гребенки соединены с соответствующими латунными кондукторами, на концах которых установлены проводящие шары, через которые проходят латунные стержни, оканчивающиеся с внутренней стороны шариками, с наружной — деревянными (изолирующими) ручками. Стержни можно двигать, отдаляя или сближая шарики.
К кондукторам могут быть присоединены лейденские банки (внутренними обкладками), наружные обкладки которых соединяются между собой проводником. Два латунных столбика спереди машины служат для присоединения проводов, к этим столбикам можно прислонить шарики, просто наклонив кондукторы.
Передний диск приводится во вращение посредством ременной передачи и системы шкивов, соединенных с рукояткой, с помощью которой экспериментатор и приводит данный механизм в движение. Однако, прежде чем начать работу с машиной, необходимо наэлектризовать бумажные секторы (оправы) разноименными зарядами (обозначим их как р+ и р-).
Данные оправы, будучи заряжены, благодаря явлению электростатической индукции, станут воздействовать на вращающийся диск, а диск в свою очередь будет воздействовать на гребенки О и О’.
По мере вращения диска, оправа (в окне F) с зарядом р+ наведет (индуцирует) отрицательный заряд на задней части m вращающегося диска, и заряд такого же знака будет притянут из гребенки О, опять же благодаря явлению электростатической индукции. Часть диска m’ примет отрицательный заряд от гребенки О, а сама гребенка О вместе со своим кондуктором С и шариком r поэтому станут заряжены положительно.
Итак, диск электризовался отрицательно с обеих его сторон (в местах m и m’), а кондуктор на левой стороне машины — положительно. Диск продолжает вращение, и вот, части его поверхности m и m’ подходят к окну F’, расположенному на неподвижном диске справа.
Влияние установленной здесь оправы с отрицательным зарядом p- усиливается поверхностью m’, значит с гребенки О’ в сторону диска будет притянут положительный заряд. Соответственно и кондуктор С’, и шарик r’ зарядятся отрицательно. Поверхность m принимает притянутый с гребенки положительный заряд. Диск продолжает вращение и цикл повторяется.
Электростатические генераторы считаются самыми древними источниками электрического напряжения: Как устроены и работают электростатические генераторы
Электростатическая машина открывает новые свойства электричества
В 1650 г. известный изобретатель воздушного насоса магдебургский бургомистр Отто фон Герике (1602—1686 гг.) изготовил шар из серы «величиной с детскую голову», насадил его на железную ось, укрепленную на деревянном штативе. При помощи ручки шар мог вращаться и натирался ладонями рук или куском сукна, прижимаемого к шару рукою. Это была первая простейшая электростатическая машина.
Герике удалось заметить слабое свечение электризуемого шара в темноте и, что особенно важно, впервые обнаружить, что пушинки, притягиваемые шаром, через некоторое время отталкиваются от него — это явление ни Герике, ни многие его современники долго не могли объяснить. Из письма известного немецкого ученого Г. В. Лейбница, (1646—1716 гг.) Герике (март 1672 г.) известно, что Лейбниц, пользуясь его машиной, наблюдал электрическую искру — это первое упоминание об этом загадочном явлении.
В течение первой половине XVIII в. электростатическая машина претерпела ряд усовершенствований: шар из серы был заменен стеклянным, так как стекло более интенсивно электризовалось, а позднее вместо шаров или цилиндров (которые труднее было изготовить и при нагревании они нередко взрывались), стали применять стеклянные диски. Для натирания использовались кожаные подушечки, прижимаемые к стеклу пружинками. Позднее для усиления электризации подушечки стали покрывать амальгамой.
Важным новым элементом конструкции машины стал кондуктор (1744 г.) — металлическая трубка, подвешенная на шелковых нитях, а позднее устанавливаемая на изолирующих опорах. Кондуктор служил резервуаром для сбора электрических зарядов, образованных при трении. После изобретения лейденской банки они также устанавливались рядом с машиной.
В 60-х гг. XVIII в. электростатическая машина приобрела основные современные черты. Весьма оригинальные, простые и надежные электростатические машины были описаны в сочинении известного русского ученого энциклопедиста Андрея Тимофеевича Болотова (1738—1833 гг.) «Краткие и на опытности основанные замечания о електрицизме и о способности электрических махин к помоганию от разных болезней» (СПБ, 1803). Им были созданы даже комнатные «складные» и «дорожные» машины с диаметром стеклянного шара 20 см.
Стремясь получить наибольший эффект, некоторые изобретатели сооружали машины огромных размеров: так, например, в Лондоне хранится электростатическая машина с диаметром диска 2 м 27 см, причем вращение его осуществлялось паровой машиной (1849 г.).
Разнообразные эксперименты с электростатическими машинами и успехи в области естествознания вызывали значительный интерес к электрическим к магнитным явлениям и привели к открытию ранее неизвестных фактов. Были обнаружены два рода электричества и выявлены законы их взаимодействия, установлена «быстрота передачи электричества».
Создаются новые электрические приборы, позволившие получать и накапливать электричество в больших количествах, а также измерять его интенсивность. Начинается изучение явлений атмосферного электричества, разрабатываются первые теории электрических явлений.
Значительным шагом в изучении свойств электрических зарядов были исследования члена английского Королевского общества Стефана Грея (1670—1736 гг.) и члена Парижской Академии наук Шарля Франсуа Дюфе (1698—1739 гг.).
В результате многочисленных экспериментов С. Грею удалось установить, что «электрическая способность стеклянной трубки притягивать легкие тела может быть передана другим телам», и показать (1729 г.), что тела в зависимости от их отношения к электричеству можно разделить на две группы: проводники (на пример, металлическая нить, проволока) и непроводники (напри мер, шелковая нить).
Продолжая опыты С. Грея, Ш. Ф. Дюфе (в 1733—1737 гг.) обнаружил два рода электричества — «стеклянное», «смоляное» и их особенность отталкивать одноименные заряды и притягивать противоположные. Дюфе также создал прототип электроскопа в виде двух подвешенных нитей, расходящихся при их электризации.
Веселовский О. Н. Шнейберг А. Я «Очерки по истории электротехники»
Что такое электрофорная машина и как она работает?
Генератор Вимшурста или электрофорная машина — это индукционный электростатический прибор, созданный как непрерывный источник электрической энергии. В XXI веке используется как вспомогательная техника для демонстрации физических опытов, касающихся различных электрических эффектов и явлений.
Немного из истории изобретения
В 1865 г. физик-экспериментатор из Германии Август Теплер разработал итоговые чертежи электрофорной машины. Одновременно с этим было сделано второе независимое открытие подобного агрегата немецким ученым Вильгельмом Хольцем. Главным отличием прибора была возможность получать большую мощность и разность потенциалов. Хольц считается создателем источника постоянного электрического тока.
Простая начальная конструкция применения электрофорной машины в 1883 г. была усовершенствована Джеймсом Уимсхерстом из Англии. Его модификация используется во всех физических лабораториях для наглядной демонстрации опытов.
Конструкция электрофорной машины
2 соосных диска вращаются друг против друга, неся при этом простейшие конденсаторы из алюминиевых секторов. Благодаря случайным процессам в первичный момент на участке одного из сегмента образуется заряд. Вызывается явление процессом трения о воздух. Из-за симметричности конструкции нельзя заранее предсказать итоговый знак.
В конструкции используются 2 лейденовские банки. Они создают из последовательно включенных конденсаторов единую систему. Это влияет на двойное уменьшение требований к рабочему напряжению в каждой емкости. Следует подбирать одинаковые номиналы, это залог равномерного распределения рабочего напряжения.
Снять напряжение призваны индукционные нейтрализаторы. Вся конструкция напоминает металлический гребень, парящий на некотором расстоянии над диском. В точку съема заряда приходят оба диска с эквивалентными знаками внешней поверхности. Нейтрализаторы спарены. После осуществления разгрузки сильно снижается заряд сегментов. В дополнительных конструкциях щетка легко соприкасается с краем диска.
Оператор за счет силы электрического привода либо собственной рукой насильно сближает отталкивающиеся элементы системы. Взаимодействующие друг с другом заряды стараются расположиться как можно дальше. Процесс способствует резкому росту поверхностной плотности зарядов во всех точках съема.
Электричество собирается в лейденовских банках с гребней нейтрализаторов. Происходит быстрый рост напряжения. Избежать выхода из строя системы помогает разрядник, прикрепленный к 2 электродам. Возможно получение дуги различно силы при регулировании дистанции между ними. Существует взаимосвязь: чем сильнее напряженность поля между 2 разрядниками, тем более шумный эффект сопровождает процесс опустошения банок Лейдена.
Сегменты остаются опустошенными после точки съема заряда. По течению движения устанавливаются уравнители потенциала или нейтрализаторы по принципу действия. Каждая противоположная сторона диска уже отдала заряд у различных щеток. В момент прохождения точки съема и после нее остаточные знаки заряда являются различными.
Отрезок толстой проволоки из меди с щетками из тончайших проволочек, парящих на небольшой высоте или трущих сегменты, способствует замыканию указанных противоположностей. Результат — заряды на обоих сегментах приравниваются к нулю, вся энергия превращается согласно закону Джоуля-Ленца в тепло, образующееся на утолщенной медной жиле.
Что такое банки Лейдена
Первым электрическим конденсатором, созданным учеными из Голландии Питером ван Мушенбруком, была лейденская банка. Изобретенный конденсатор имеет форму цилиндра с широким или средним горлом разного диаметра. Лейденскую банку делают из стекла. Изнутри и снаружи она оклеена специальным листовым оловом. Прикрывается изделие деревянной крышкой. Главной функцией изобретения является накопление и хранение больших зарядов.
Стимулировало создание такой банки широкое изучение электричества, общей скорости его распространения, а также свойств проводимости электроэнергии различных материалов. Благодаря ей получилось впервые добыть электрическую искру искусственным путем. Сейчас банки Лейдена применяются только как неотъемлемая часть электрофорных машин.
Каков принцип работы электрофорной машины
Из силы оператора берется энергия для смены знаков. Уже между уравнителями и щетками диски двигаются со взаимным отталкиванием навстречу друг другу. Свою роль играет количество оборотов в минуту. Повышена плотность заряда. Сильнейший заряд противолежащих дисков выталкивает остатки через отрезки медной проволоки. Из этого вытекает энергия, достаточная для смены знака.
Электростатическая машина
Резюме
Машины трения
Электрификация путем трибоэлектрификации генерирует электрические заряды.
В 1768 году Джесси Рамсден усовершенствовал свою машину с вращающейся пластиной, удерживаемой деревянными стойками, пластина натиралась кожаными подушками, электричество собиралось металлическими гребнями на изолированной латунной опорной системе со стеклянными ножками. Машина Рамсдена была очень популярна в дворянских салонах, где эксперименты проводились из любопытства: «электризующие» галанты и галанты, установленные на изолирующих табуретах, обменивались «электрическими поцелуями».
В 1840 году гидроэлектрическая машина Армстронга представляла собой паровой котел, он был разработан с использованием струи паровых капель в качестве жидкости-носителя заряда.
Машины влияния
Электрификация за счет электростатического воздействия или индукции
Когда мы приближаемся к электрически нейтральному телу A или к наэлектризованному телу B (проводнику или изолятору), на теле A происходит электризация, в результате чего на теле A накапливаются заряды противоположных знаков. Подобно телу A, тело A не получает и не отдает никаких зарядов, заряды противоположных знаков являются Распространяется на поверхности тела А с пристрастием к изогнутым или заостренным поверхностям конечностей.
Машины воздействия можно рассматривать как мгновенные вечные электрофоры путем сложения зарядов. Механическая энергия преобразуется в электрическую за счет добавления дополнительных зарядов к небольшому начальному заряду.
В 1788 году Уильям Николсон предложил свой удвоитель прядения, который можно рассматривать как первую прядильную машину влияния; 1795 г. Т. Кавалло, Джон Лу, Шарль Бернар Десорм и Жан Николя Пьер Ашетт разработали различные формы вращающихся дублеров ; 1798, Готтлиб Кристоф Боненбергер описывает машину Боненбергера вместе с несколькими другими дублерами Беннета; 1831 г. Джузеппе Белли разработал простой симметричный дублер; 1867 год, лорд Кельвин и пополнитель ; 1860 г. К.Ф. Варлей запатентовал более современный тип машины влияния.
Между 1864 и 1880 годами У. Т. Б. Хольц построил и описал большое количество машин влияния, которые считались самыми передовыми в то время. Машина Хольца состоит из стеклянного диска, установленного на горизонтальной оси, который вращается со значительной скоростью за счет уменьшения. Другой неподвижный диск имеет выемки, в которых проходят небольшие токопроводящие ножки, которые позволяют индукторам разряжаться.
В 1865 году Дж. И. Топлер разработал машину влияния, которая состояла из двух дисков, закрепленных на одной оси и вращающихся в одном направлении. Это конденсаторы переменной емкости, которые заряжаются и разряжаются при контакте со щетками. Маленькая машина возбуждает большую и наоборот, отсюда самовоспламенение из-за контактных напряжений.
В 1868 году машина Шведова имела любопытную конструкцию для увеличения выходного тока. В том же 1868 году несколько машин объединили трение и влияние: машина Кундта и машина Карре. В 1866 году появилась машина Piche (или машина Bertsch).
В 1869 г. Х. Жюль Смит получил патент США на портативное герметичное электростатическое устройство, предназначенное для воспламенения пороха. В том же 1869 году Поггендорф изучал машины без сектора в Германии.
В 1880 году Роберт Фосс (производитель инструментов из Берлина) изобрел машину, в которой, как он утверждал, были объединены принципы Топлера и Хольца. Та же самая структура стала известна как машина Топлера-Хольца. В 1878 году английский изобретатель Джеймс Вимшерст усовершенствовал машину Хольца и машину Мусея в мощной версии с несколькими дисками. Классическая машина Вимшерста стала самой популярной моделью машин влияния.
В 1885 году в Англии была построена одна из крупнейших машин Вимшерста (сейчас она находится в Чикагском музее науки и промышленности). В том же году немец Вальтер Хемпель отметил, что работа машин Топлера улучшилась, когда воздух был сжат. Ток увеличивается пропорционально давлению (испытания до 3 бар). К сожалению, он не экспериментировал с влиянием давления на кровяное давление.
В 1894 году Бонетти сконструировал машину со структурой машины Вимшерста, но без металлических секторов на дисках. Эта машина значительно мощнее версии с секторами, но не самовсасывающая. В 1898 году была разработана машина Pidgeon с уникальной установкой WR Pidgeon.
Многодисковые машины, электростатические машины « триплекс » (генераторы с тремя дисками) также широко разрабатывались на рубеже веков. В 1900 году Ф. Тадсбери обнаружил (независимо от Уолтера Хемпеля), что, заключая генератор в металлическую камеру, содержащую сжатый воздух или, что еще лучше, углекислый газ, можно улучшить характеристики (изоляцию и натяжение).
В 1903 году Альфред Верзен запатентовал вращающийся диск из эбонита с включенными секторами с контактами на лицевой стороне диска. В 1907 году Генрих Воммельсдорф (1877-1945) сообщил об изменении машины Хольца. Он также разработал несколько высокоэффективных электростатических генераторов, наиболее известными из которых были его конденсаторные машины (1920 г.). Это были многодисковые машины, в которых использовались встроенные металлические сектора, доступные через край диска.
Кто изобрел электричество первым: значение для человечества, сколько лет назад научились использовать
Ответ на вопрос, кто изобрел электричество, требует анализа опытов и открытий, совершенных в отрасли. В поисках объяснения явления, которое представляет собой поток заряженных частиц, ученые объединили разные направления исследований. Роль основателя науки об электричестве история уделяет Бенджамину Франклину, который экспериментально подтвердил электрическую природу атмосферных разрядов. Есть и немало других фамилий ученых, в т.ч. начинающих, внесших большой вклад в развитие науки об электричестве.
Что такое электричество
Под этим термином понимают ток и процессы, вызванные его влиянием. Электричество — категория, определяющая систему явлений, обусловленных структурой физических тел, взаимодействием, движением заряженных частиц вещества.
Ток вызывает тепловое, химическое, световое, магнитное, механическое действие. Генераторами, например, атмосферного электричества являются пылевые бури, облака, пар, дым промышленных установок.
Наука, изучающая электричество
Электричество как природное явление представляет интерес для биологов, химиков, физиков. Детальному его изучению посвящен такой раздел физики, как электродинамика.
Природу разрядов, магнитные явления, их практическое применение, преобразование, передачу изучает электротехника. Продукты этой отрасли знаний включают в себя бытовое и промышленное оборудование, коммуникации и сферу обработки информации.
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.
Этапы создания электрической теории
Развитию электромагнетизма способствовали опыты Андре-Мари Ампера. В его честь была названа единица тока, включенная в СИ. Изучением процессов трения и свойств веществ занимался Шарль Огюстен де Кулон.
Отто фон Герике создал первый электрический прибор. Это была сфера из серы, закрепленная на металлическом стержне. Алессандро Вольта разработал генератор постоянного тока. Исследовательская деятельность Георга Симона Ома повлияла на развитие теоретической основы этого направления. Немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф открыл 2 закона теории цепей. Генрих Рудольф Герц исследовал природу волн в среде.
Джеймс Клерк Максвелл составил уравнения, иллюстрирующие законы этой сферы. Майклом Фарадеем разработан закон индукции, а Томас Эдисон сконструировал лампу.
Появление термина
В Древней Греции статическое явление, возникающее при взаимодействии янтаря и мелких предметов, изучал Фалес Милетский. Его название происходит от древнегреческого слова «электрон», что обозначает «янтарь». Записи Фалеса детально были изучены в 17 в. немецким физиком Отто фон Герике.
Впервые понятие «электрика» было использовано в 1747 г. американским исследователем и политиком Бенджамином Франклином. Он утверждал, что «жидкая электрика» обладает свойством к перетеканию под воздействием силы трения.
Первая электростатическая машина
В 1663 г. магдебургский градоначальник Отто фон Герике сконструировал прибор, демонстрирующий возникновение статического заряда. При трении сферы из серы об ладони аккумулировался заряд, создавалось поле.
«Лейденская банка»
Питер ван Мушенбрук в 1745 г. придумал первый в мире электростатический конденсатор — «Лейденскую банку» (от города Лейден). Она была способна разряжаться и хранить энергию.
Два типа зарядов
Полярность исследовалась Б. Франклином. С того времени истинным является положение о наличии у потенциала 2 полюсов. В 1865 г. немецкий физик Август Теплер создал электрофорную машину, которая могла использоваться как генератор постоянного тока.
Изобретатель Джеймс Вимшурст усовершенствовал эту конструкцию. Машина использовалась им для проведения демонстрационных опытов по электростатике, получения источника разноименных зарядов.
Бенджамин Франклин
Этот исследователь и основатель науки об атмосферном электричестве создал теорию, которая рассматривает электричество в качестве нематериальной жидкости в форме флюидов. В 1753 г. Б. Франклин обосновал идею создания молниеотвода, предложил ввести понятия «плюс» и «минус».
От электрической теории к точной науке
Накопленная в результате исследований практическая база позволила синтезировать знания, научиться управлять энергией. Основой формирования точной науки стали открытия природы тока. Время изобретения искусственного электричества относится к периоду XVIII-XIX вв. Открытия делались в краткий период, что было связано с активным развитием мысли.
Большой вклад в точную науку внес Томас Эдисон. Никола Тесла принадлежит теоретическое подтверждение магнетизма, а разработки ученого позволили получить беспроводное электричество.
Закон взаимодействия зарядов
Эта фундаментальная разработка принадлежит Шарлю Огюстену де Кулону. Основатель закона взаимодействия неподвижных зарядов установил зависимость силы 2 точечных зарядов: возникающие силы подчиняются закону Ньютона.
Изобретение батареи
Электрический прибор Алессандро Вольта представляет собой батарею. Конструкция выполнена в форме этажерки, сложенной из цинковых и медных пластин. Между ними установлены смоченные серной кислотой куски войлока.
В верхней и нижней частях источника энергии создавался электрический потенциал, разряд которого ощущался тактильно. Под влиянием электролита происходило взаимодействие металлов на атомарном уровне. Внутри конструкции аккумулировалась электрическая энергия. Изобретение Вольта было положено в разработку батареек.
Появление понятия тока
Эта категория появилась в период лабораторных исследований электричества Уильямом Гилбертом (1600 г.). Понятие характеризовало упорядоченное движение частиц вещества или таковое в вакууме. Ток мог иметь постоянную природу и переменный характер. Силовой показатель определял количество электронов, протонов, ионов, протекающих через поперечное сечение.
Закон электрической цепи
Деятельность немецкого физика Густава Кирхгофа была связана с теоретическими изысканиями. Исследователь ввел термины «ветвь», «узел», «контур», а установленные законы стали базой для внедрения изобретений в радиоэлектронной и технической отраслях.
Положения ученого гласят о равенстве сумм электрических зарядов, идущих в узел и уходящих из него в течение заданного времени. Потенциал падает при движении тока через контуры, а при возвращении происходит восстановление и достигается первоначальный показатель.
Электромагнитная индукция
Появление заряда при прохождении переменного магнитного поля в замкнутом контуре практически доказано и описано Фарадеем. Индукционная теория стала основой открытия законов электротехники, базой для моделирования и изобретения генераторов.
Производство и практическое использование
С момента появления первых генераторов произошло много открытий, изобретения внедрены в сферу генерирования и передачи энергии.
В результате научных поисков с последней четверти XIX в. возникли предпосылки для развития электроэнергетики, которые включают в себя:
В 1801 г. в Германии под руководством русского инженера М.О. Доливо-Добровольского была построена ГЭС промышленной мощностью 220 кВт. В XX в. началась эра широкого применения потенциала энергии воды, в XXI в. постепенно внедрялось и увеличивалось использование природных ресурсов.
Для производства электрической энергии используются полезные ископаемые. Атомную энергию, отлично удовлетворяющую потребности в электричестве, считают лучшим вариантом на фоне альтернативных ресурсов.
Производство (генерация) электроэнергии осуществляется на объектах индустриального назначения. Используя в качестве топлива водород, человечество получает высокий КПД сгорания, заботится об экологической чистоте.
Генерирование и передача
Создание мобильных и электростанций большой мощности повлияло на поиск практических решений передачи электричества на расстояние.
Это удалось сделать посредством сетей, в состав которых вошли:
Первые опыты по транспортированию принадлежат Стивену Грею, который в 1720-е гг. передавал заряд по шелковому проводу.
В 1873 г. Фонтен продемонстрировал применение генератора и двигателя постоянного тока, связанные между собой проводом длиной 2000 м. Прорывом в передаче тока на большие расстояния стал проведенный в 1891 г. опыт М.О. Доливо-Добровольского, в ходе которого использовалась 3-фазная линия.
Для дальности передачи действует главный параметр пропускной способности, при расчете которой учитывается волновое влияние связывающих факторов сопротивления и создаваемого напряжения.
Применение
Электричество, будучи незаменимым, используется для таких целей:
Сфера применения электричества настолько широка, что часто пользователи не замечают существования источников энергии.
Появление электричества в России
В середине XVII в. русскими учеными Георгом Рихманом и Михаилом Ломоносовым в санкт-петербургской лаборатории был получен искусственный разряд. В 1874 г. российский инженер А.Н. Лодыгин разработал и получил патент на лампу освещения, где опция нити накаливания предназначалась угольному стержню.
Через 16 лет эта часть конструкции была заменена вольфрамом. П.Н. Яблочков представил устройство с применением электрической дуги. Его действие было основано на возникновении искры между 2 электродами из каолина.
Он сконструировал электродуговую лампу, ресурс работы которой составлял 4 часа. Ее использовали для освещения Зимнего дворца. Свечи Яблочкова применялись на паровозах в качестве дуговых прожекторов.
Влияние электричества на живые организмы
Электричество играет в жизненных процессах важную роль. Лабораторными исследованиями подтверждено его положительное влияние на растения, проращивание семян, фотосинтез. Заряженный поток частиц может защищать сады от биологических вредителей, облучение плодов предотвращает процесс гниения.
Действие электрического тока на человека
В статистике производственных травм электротравматизм имеет низкий показатель. Опасность его состоит в том, что пораженный током не может самостоятельно оказать себе помощь. Электрический ток оказывает термическое, биологическое, электролитическое воздействие. Сопротивление организма человека зависит от параметров цепи, физиологического состояния, условий окружающей среды.
Электрические явления в природе
Управлять электричеством человечество научилось недавно.
Электрические явления в природе наблюдаются в формах:
Искры, появляющиеся при поглаживании кошки против шерсти и видные в темноте, имеют природу статического разряда. Интенсивное проявление грозовых явлений наблюдается при извержении вулканов, торнадо. Вклад в электризацию атмосферы вносят осадки, облака.
Хронология открытий и изобретений
В 1752 г. Бенджамин Франклин подтвердил идентичность природы молний и искр.
Алессандро Вольта экспериментальным путем доказал, что ряд химических реакций сопровождаются электрическим потоком. В 1800 г. он сконструировал батарею для генерации тока, выполнил его передачу на расстояние.
Позже Майкл Фарадей придумал генератор. Эта разработка помогла Томасу Эдисону и Джозефу Свону в 1878 г. изобрести лампу.
Исследованиями тока занимались Эмилий Ленц, Карл Гаусс. В 1830 г. было открыто электростатическое поле. Лампа с нитью из платины была изобретена Уорреном де ла Рю. В начале 1900-х гг. Никола Тесла развил коммерческое направление этой отрасли. Совместно с Томасом Эдисоном он разработал многофазную систему для распределения потока. Благодаря его изобретениям человечество пользуется бытовыми приборами.
Интересные факты
Древнеегипетские врачи, занимавшиеся поиском новых средств, знали о способности нильского сома накапливать электричество.
Изобретениям в этой отрасли предшествовали наблюдения за природой:
Интересные факты в истории электричества связаны с природными явлениями, разработками ученых, достижениями науки и технологий.