История электричества. С древнейших времен до настоящего времени
Природное электричество сопровождало человечество на всем пути его развития. Но если первобытных людей оно скорее пугало, то во времена античности стало вызывать интерес. Уже в первом тысячелетии до нашей эры древнегреческий философ Фалес Милетский проводил первые опыты с электричеством. В частности, он описал способность янтаря, потертого о шерсть, притягивать перышки и другие легкие предметы.
Спустя пять веков греческий математик и механик Герон Александрийский изобрел паровой двигатель. Если бы кто-то из античных мыслителей сумел объединить два открытия, он мог бы создать первый электростатический генератор. Вероятно, это в корне изменило бы мир и развитие человечества пошло бы другим путем. Однако история не терпит сослагательного наклонения. Открытия не произошло и долгое время знания об электричестве ограничивались размышлениями древнегреческих философов.
Первый прорыв случился в середине XVII века.
Электроскоп и лейденская банка
Период с XVII по XIX век не напрасно называют Эпохой Просвещения. В это время было сделано огромное множество открытий, в том числе и связанных с электричеством. К примеру, в 1600 году английский физик Уильям Гилберт изобрел прибор, получивший название версориум. Главным элементом устройства была вращающаяся игла, позволяющая определять наличие электрического заряда в теле, а также его величину.
Через полтора века британский физик-экспериментатор Джон Кантон усовершенствовал прибор и создал электроскоп с деревянным шариком. Поскольку дерево не является проводником, электроны не могут покинуть атомы и, как следствие, притягиваются к источнику электрического заряда. Это явление позволяет определить наличие заряда — шарик из сердцевины дерева притягивается к заряженным телам и остается неподвижным в отношении нейтральных предметов.
Еще через три десятилетия другой английский ученый Абрахам Беннет создал электроскоп на основе тончайших золотых листов. Во время экспериментов он накрывал листочки прозрачной стеклянной емкостью с установленным на крышке контактом. В тот момент, когда физик приближал к контакту заряженный предмет, соприкасавшиеся частички фольги начинали отталкиваться. При этом стоит отметить, что за счет минимальной массы листового золота эффект был намного заметнее, чем при использовании деревянного шарика.
Не менее полезным стало изобретение первого электроконденсатора — лейденской банки. Честь его открытия принадлежит голландцу Питеру ван Мушенбруку и немцу Эвальду фон Клейсту, которые отдельно друг от друга изготовили данное устройство в 1745 году. По сути, это была обыкновенная банка из стекла, оклеенная листовым оловом и закрытая крышкой, сквозь которую проходил металлический стержень. Конденсатор позволял накапливать и хранить электричество, а значит открывал дополнительные возможности для экспериментов. Появление лейденской банки дало мощный толчок к дальнейшему развитию науки.
От накопления к производству
Научившись измерять, накапливать и хранить электричество, физики Эпохи Просвещения вплотную подошли к его производству. Принцип действия первых машин, генерирующих электроэнергию, основывался на законе, который был открыт античным философом Фалесом Милетским. Его суть заключается в том, что два размещенных рядом диэлектрика генерируют электрический заряд.
Поскольку в точке соприкосновения двух тел много микроскопических неровностей, заряд получается очень слабым. Однако при трении друг об друга тела входят в более плотный контакт и генерируют больший электрический заряд.
Электрофорный генератор, изобретенный во второй половине XVIII века и использующий явление электромагнитной индукции, стал усовершенствованной версией фрикционных машин. Его основное отличие состоит в том, что, отдавая заряд, предмет заземляется. В результате этого происходит смена заряда на противоположный.
Активно работая с электричеством, итальянский физик Алессандро Вольта изобрел несколько приборов. Одним из них стал электрофор. Основными конструкционным элементами этого устройства являются диэлектрическая планка и металлическая пластина с изолированной ручкой. Для зарядки диэлектрик необходимо потереть. После этого на нем размещают пластину из металла. Поскольку пластина заземлена, заряд меняется на противоположный, в то время как на диэлектрике он остается прежним.
Благодаря этому металлическую пластинку можно использовать для переноса заряда. Увидеть распространение зарядов невооруженным взглядом помог двухметровый электрофор, изобретенный немецким физиком Георгом Кристофом Лихтенбергом в 1777 году. Устройство имело смоляную поверхность, на которую следовало насыпать толченую в порошок смолу. При подаче электричества она складывалась в фигуры, напоминающие ветвистое дерево.
Электрофоры постепенно совершенствовались учеными. К примеру, для усиления заряда стали применять многоступенчатые устройства. Но наиболее важной инновацией того времени стал переход от линейного движения к вращательному. Теперь для заряда следовало не тереть диэлектрик, а крутить ручку, что значительно упростило процесс получения электричества. Особую популярность приобрела электрофорная машина Джеймса Уимхерста, которая была изобретена в 1878 году. В ней использовались стеклянные диски с закрепленными металлическими пластинками. При вращении дисков заряд накапливался в лейденской банке.
Важно отметить, что электрофоры стали предшественниками всех современных индукционных машин.
Генератор Ван де Граафа
Еще одним интересным решением стал генератор, изобретенный американским ученым-физиком Робертом Ван де Граафом в 1929 году. Принцип работы этого оборудования основывается на электризации движущейся полоски, изготовленной из диэлектрического материала. Изолирующая лента заряжается в основании устройства, а металлический гребень передает заряд к металлической же сфере.
Первый генератор де Граафа позволял получать разность потенциалов до 80 киловольт. Но ученый не остановился на достигнутом и дважды усовершенствовал агрегат — в 1931 и 1933 годах. После первой доработки было достигнуто напряжение в 1000 киловольт, а после второй оно возросло до 7000 киловольт. Впрочем, это не сделало машину вечной. Спустя короткое время ей на смену пришел более мощный циклотрон.
Применение принципов электростатики в современных условиях
Сегодня электростатические генераторы можно встретить только в научно-технических музеях, где с их помощью посетителям демонстрируют законы физики.
Но именно старинные генераторы и в целом принципы электростатики стали базой для появления современной техники. Без них были бы невозможны аэрографы, светокопировальные машины и десятки других приборов, без которых нельзя представить жизнь человека в XXI веке.
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА | Реалэнерго
Открытие электрических явлений легенда приписывает мудрейшему из мыслителей древней Греции Фалесу, жившему более двух тысячелетий назад. Еще в те времена в окрестностях древнегреческого города Магнезия люди находили на берегу моря камешки, притягивавшие легкие железные предметы. По имени этого города их назвали Магнитами (оттуда пришло к нам слово магнит). Фалес же находил и другие, не менее таинственные камешки к тому же красивые и легкие. Эти привлекательные дары моря не притягивали, как магниты, железных предметов, но обладали не менее любопытным свойством: если их натирали шерстяной тряпочкой, то к ним прилипали пушинки, легкие кусочки дерева, травы.
Такие камешки, выбрасываемые приливами и волнами морей, мы сейчас называем янтарем. Древние же греки янтарь называли электроном.
Отсюда и образовалось слово электричество.
Но ни Древние греки, ни другие мыслители и философы на протяжении многих столетий не могли объяснить это свойство янтаря и стекла. В XVII веке немецкому ученому Отто Герике удалось создать электрическую машину, извлекавшую из натираемого шара отлитого из серы, значительные искры, уколы которых могли быть даже болезненными. Однако разгадка тайн «электрической жидкости», как в то время называли это электрическое явление, не была тогда найдена. В середине XVII века в Голландии, в Лейденском университете, ученые под руководством Питера ван Мушенбрука нашли способ накопления электрических зарядов. Таким накопителем электричества была лейденская банка (по названию университета) – стеклянный сосуд, стенки которого снаружи и изнутри оклеены свинцовой фольгой (рис).
Лейденская банка, подключенная обкладками к электрической машине, могла накапливать и долго сохранять значительное количество электричества.
Если ее обкладки соединяли отрезком толстой проволоки, то в месте замыкания проскакивала сильная искра, и накопленный электрический заряд мгновенно исчезал. Если же обкладки заряженного прибора соединяли тонкой проволокой, она быстро нагревалась, вспыхивала и плавилась, т.е. перегорала, как мы часто говорим сейчас. Вывод мог быть один: по проволоке течет электрический ток, источником которого является электрически заряженная лейденская банка. Сейчас подобные приборы мы называем электрическими конденсаторами (слово конденсатор означает сгуститель), а их не соединяющиеся между собой полоски фольги – обкладками конденсаторов.
Более совершенный, а главное почти непрерывный источник электрического тока изобрел в конце XVIII в. итальянский физик Александр Вольта. Между небольшими дисками из меди и цинка он помещал суконку, смоченную раствором кислоты.
Пока прокладка влажная, между дисками и раствором происходит химическая реакция, создающая в проводнике, соединяющем диски, слабый электрический ток.
Соединяя пары дисков в батарею, можно было получать уже значительный электрический ток. Такие батареи называли вольтовыми столбами. Они-то и положили начало электротехнике.
История электричества — Iberdrola
СМ. ИНФОГРАФИКУ: краткая история электричества [PDF] Внешняя ссылка, открывается в новом окне.
БОЛЬШИЕ РАССТОЯНИЯ
Эти первые электростанции работали на постоянном токе, что не позволяло передавать электричество на большие расстояния. Эту проблему решил другой гений: Никола Тесла и его приверженность использованию переменного тока. В 1895 году он построил гидроэлектростанцию на Ниагарском водопаде вместе с промышленником Джорджем Вестингаузом, 9 лет.0007, проводивший электричество в Буффало, который находился в 40 километрах от него. Началась электрификация мира, а вместе с ней и вторая промышленная революция.
Этот процесс был запущен в 1898 году двумя новыми проектами: гидроэлектростанция Decew Falls в Онтарио (Канада) стала первой в мире, вырабатывающей высоковольтную электроэнергию, которая должна была транспортироваться на большие расстояния; Электростанция в Райнфельдене (Германия) первой использовала трехфазный переменный ток частотой 50 Гц, который сегодня является стандартом почти во всем мире.
В 1900 году 40% электроэнергии в США производилось на гидроэлектростанциях. В 1940 г. она составляла 30%, а сейчас всего 6,3%. В 1951 году в штате Огайо (США) была открыта первая экспериментальная атомная электростанция. В течение 20-го века ископаемое топливо и атомные электростанции заменили воду для производства энергии во всем мире. В чем вызов 21 века? Без сомнения, заменить их большим количеством источников возобновляемой энергии.
История Ибердрола
СОЛНЦЕ И ВОЗДУХ
Идея концентрации солнечных лучей для использования их тепла пришла из Древней Греции, , но Фрэнк Шуман был первооткрывателем и первым, кто представил это как коммерчески жизнеспособное решение. В 1911 году он основал компанию Sun Power Co., построив первую солнечную ферму в Танкони (США). Однако его самым большим проектом, прерванным Первой мировой войной, была солнечная ферма площадью 52 000 км 2 в пустыне Сахара, которая будет генерировать достаточно энергии для снабжения всей планеты.
Использование солнечной энергии в фотоэлектрических панелях началось в 1960-х годах, и их мировое производство достигло 1 ТВт после первого квартала 2022 года, при этом Китай был основным движущим фактором, согласно SolarPowerEurope. Другим важным источником чистой возобновляемой энергии является энергия ветра, с самым большим ростом во всем мире за последнее десятилетие. С момента установки в 1956 году у побережья Дании первой ветряной турбины мощностью 200 кВт в первом квартале 2022 года установленная мощность во всем мире достигла 837 ГВт.
Мечта о чистой и бесконечной энергии может стать реальностью в будущем, если проект ИТЭР, в настоящее время остановленный из-за технических проблем, достигнет своих целей к 2027 году. То есть ядерный синтез, энергия звезд, воспроизводимая в реакторе с магнитным удержанием. В качестве топлива используется водород, один из самых распространенных элементов на нашей планете.
Многие страны не сомневаются в необходимости инвестировать в эти источники, и сейчас это одно из самых распространенных решений во всем мире.
Китайское правительство взяло на себя обязательства по инвестициям, которые увеличат его ветровую и солнечную мощность на 450 ГВт, а к 2022 году — на 100 ГВт. Ожидается, что Латинская Америка и Европа также увеличат свои инвестиции, в то время как другие страны, такие как Япония, меняют свою политику, чтобы расширить свои солнечные электростанции. производства в долгосрочной перспективе.
Война на Украине в 2022 году также привела к еще большему давлению на европейском уровне, чтобы попытаться добиться эффективной замены газа, тем самым приблизив энергетический переход. Это привело к нескольким законодательным изменениям в европейских странах и значительному увеличению приверженности возобновляемым источникам энергии, как это имеет место в Германии.
Какая из этих энергий заменит нефть в книгах по истории и обеспечит нас чистой, устойчивой и бесконечной энергией в будущем? Ответ придет через несколько десятков лет.
Iberdrola, утилита будущего
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТЬЮ
Электроэнергия — достаточно сложный продукт: она вырабатывается, распределяется по сети и продается конечному потребителю.
Вот почему сеть так важна: она должна состоять из системы с различными источниками генерации, где источники могут добавляться или заменяться.
Солнечные электростанции и ветряные турбины не производят электричество в летние ночи без ветра. Кроме того, в периоды засухи будет ограничено использование воды для выработки электроэнергии. Если дома включают свои системы кондиционирования воздуха и создают пик потребления, необходимо интенсифицировать использование тепловых электростанций или закупать дополнительную мощность в соседних странах. Сеть и ее менеджеры должны быть готовы удовлетворить спрос с помощью необходимых ресурсов.
Проект STAR: Iberdrola и интеллектуальные сети
Открытие электричества | Британика
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- В этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Компаньоны
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Британика Классика
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Британской энциклопедии.
- #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
