Электричество | это… Что такое Электричество?
Эта статья о физическом понятии. Существует также статья о музыкальном альбоме «Электричество».
Электри́чество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества[1].
Содержание
|
История
Одним из первых электричество привлекло внимание греческого философа Фалеса в VII веке до н.
э., который обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч. ἤλεκτρον: электрон) приобретает свойства притягивать легкие предметы[2]. Однако долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году появился сам термин электричество («янтарность»), а в 1650 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания[3]. В 1729 году англичанин Стивен Грей провел опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество[4]. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть[5]. В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создает первый электрический конденсатор — Лейденская банка.
Первую теорию электричества создает американец Б. Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения над электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний[6]. Изучение электричества переходит в плоскость точной науки после открытия в 1785 году Закона Кулона.
Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой[1]. В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу.
Майкл Фарадей — основоположник учения об электромагнитном поле
В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие.
Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).
Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», — утверждает он.
Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 году.
В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).
В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества — электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.
В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединенную теорию электрослабых взаимодействий.
Теория
Электрический заряд — это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся прежде всего в способности создавать вокруг себя электрическое поле и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела[7]. Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (выбор, какой именно заряд назвать положительным, а какой отрицательным, считается в науке чисто условным, однако этот выбор уже исторически сделан и теперь — хоть и условно — за каждым из зарядов закреплен вполне определенный знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют, таким образом, место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм) (Эрстед, Фарадей, Максвелл).
В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, электрон имеет отрицательный заряд, а протон и позитрон — положительный.
Наиболее общая фундаментальная наука, имеющая предметом электрические заряды, их взаимодействие и поля, ими порождаемые и действующие на них (то есть практически полностью покрывающая тему электричества, за исключением таких деталей, как электрические свойства конкретных веществ, как то электропроводность итп) — это электродинамика. Квантовые свойства электромагнитных полей, заряженных частиц итп изучаются наиболее глубоко квантовой электродинамикой, хотя часть из них может быть объяснена более простыми квантовыми теориями.
Электричество в природе
Молния ночью в Денвере.
Ярким проявлением электричества в природе служат молнии, электрическая природа которых была установлена в XVIII веке. Молнии издавна вызывали лесные пожары. По одной из версий именно молнии привели к первоначальному синтезу аминокислот и появлению жизни на земле (Эксперимент Миллера — Юри и Теория Опарина — Холдейна).
Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 — 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия.
Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Разряды напряжения южноамериканского электрического угря могут достигать величины напряжения в 500 Вольт.
Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создает напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде[8].
Образ электричества в культуре
В мифологии существуют боги, способные метать разряды молнии: у греков Зевс, Волгенче из марийского пантеона, Агни — бог индусов, одна из форм которого — молния, Перун — бог-громовержец в древнерусском пантеоне, Тор — бог грома и бури в германо-скандинавской мифологии.
Одной из первых попыталась осмыслить образ электричества Мэри Шелли в драме «Франкенштейн, или Современный Прометей», где оно предстает силой, с помощью которой можно оживлять трупы. В диснеевском мультфильме Чёрный Плащ существует повелевающий электричеством антигерой Мегавольт, а в японской анимации — электрический покемон (Пикачу).
Практическое использование
Основная статья: Электротехника
Электрическая лампа
Начиная с XIX века электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют для освещения[9] (электрическая лампа) и передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте[10] (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).
В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения — аккумуляторы и электрические батареи.
Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка), умерщвления преступников (электрический стул) и создания музыки (электрогитара).
Хронология основных открытий и изобретений
Основная статья: История электротехники
Примечания
- ↑ 1 2 Спиридонов О.
П. «Универсальные физические постоянные», М., «Просвещение», 1984, с. 52, ББК 22.3 С72 - ↑ Электричество до Франклина
- ↑ Электростатическая машина Герике
- ↑ Первые опыты по передаче электричества на расстояние
- ↑ История электричества
- ↑ Открытие электричества
- ↑ Это не единственное свойство заряженных тел; например, заряженные тела при движении способны создавать еще и магнитное поле, а также подвергаются воздействию последнего (также в случае своего движения).
- ↑ Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. — М.: «Наука», Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986, 144 с. (Б-чка «Квант», Вып. 49) тир. 135000 экз., ББК 22.3 + 28 Гл. 1. Живое электричество.
- ↑ Жителям Подмосковья электричество не светит
- ↑ Из-за отключения электричества в Санкт-Петербурге встал электротранспорт
Литература
- Калашников С. Г. Электричество. — М., Наука, 1985. — 576 с.
- Максвелл Дж. К. Трактат об электричестве и магнетизме / пер. с англ. — М.: Наука, 1989.
- Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм. — М., Высшая школа, 1983. — 463 с.
- Поль Р. В. Учение об электричестве / пер. с нем. — М.: ГИФМЛ, 1962.
- Тамм И. Е. Основы теории электричества. — М.: Наука, 1989. — 504 с.
- Томилин А. Н. Рассказы об электричестве. — М., ДЛ, 1984.
- Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству / пер. с англ. — М.: Издательство АН СССР, 1947
- Франклин В. Опыты и наблюдения над электричеством / пер. с англ. — М.: Издательство АН СССР, 1956
- Эйхенвальд А. А. Электричество. — М., Государственное технико-теоретическое издательство, 1933
Когда придумали электричество – история открытия и развития
Сейчас электричество окружает человека повсюду: смартфоны, компьютеры, светильники и масса других устройств. Современную жизнь без него представить просто невозможно. Однако мало кто задумывался о том, когда придумали электричество и каков был путь его внедрения в повседневную жизнь.
- История открытия электричества
- Кто впервые использовал слово электричество
- Какие существуют типы электрических зарядов? Открытие Дюфе
- Открытия Франклина
- Электрическая батарея Вольта
- Ханс Эрстед: связь между магнитными полями и электричеством
- Заслуги Майкла Фарадея в развитии электричества
- Вклад других ученых в развитие электричества: Эдисона, Теслы и Герца
- Когда электричество появилось в домах
- Хронология развития электричества в России
История открытия электричества
Можно сказать, что история открытия берет свое начало в VI в. до н.э. Фалес Милетский, будучи известным в научных кругах греческим математиком отметил, что после трения о янтарь ткани с мехом наблюдается их взаимное притяжение. Далее данное явление было объяснено отсутствием баланса электрических зарядов и получило название «статическое электричество».
Интересно! В 1937 году археологами были найдены несколько десятков глиняных горшков, в которых присутствовали медные пластины и железные прутики.
В совокупности эти материалы могли применяться с целью изготовления батарей. Это наталкивает на мысль о том, что первые формы гальванических элементов могли создаваться задолго до того, как нам известно.
Кто впервые использовал слово электричество
В начале XVII века физиком Уильямом Гилбертом была написана книга, в которой помимо прочего было дано объяснение выработки статического электричества посредством трения шерсти о янтарь.
При этом акцент делался именно на янтаре, поскольку на тот момент Гилберт еще не осознавал, что электрический заряд для всех материалов универсален. По-гречески янтарь звучит как «Электрум», именно по этой причине явление выработки энергии было названо «электрической силой».
Это исследование породило новое английское слово – «electricity». В первый раз оно было замечено в одном из выпусков научно-популярного журнала Pseudodoxia Epidemica в 1946 году, автором которого является Томас Браун.
Какие существуют типы электрических зарядов? Открытие Дюфе
Исследования, касающиеся принципов движения частиц, производились огромным количеством деятелей науки. В начале XVIII века Стивену Грею удалось открыть явление, носящее название электростатической индукции.
Чуть позже Отто фон Герике стал создателем первой фрикционной электромашины. И пусть она была примитивной, однако же, послужила точкой отсчета для более сложных механизмов.
Отдельно стоит выделить научный вклад, сделанный французским химиком Шарлем Франсуа Дюфе. К его заслугам относят:
1. Открытие двух типов электричества. Изначально им были даны названия «стекловидный» и «смолистый». Позже термины были переименованы на «положительный» и «отрицательный» заряды.
2. Обнаружение зависимости между типом заряда и движениями двух предметов (объекты с противоположным знаком притягиваются друг к другу, в то время как предметы с одинаковыми знаками отталкиваются).
3. Опровержение существующего в прошлом мифа о том, что электрические свойства конкретного объекта находятся в прямой зависимости от его цвета.
Интересный факт! Именно закон взаимодействия электрических зарядов послужил первоисточником для знаменитой фразы, применяющейся в психологии в отношении характеров людей – «противоположности притягиваются».
Каждое из вышеперечисленных открытий и изобретений перевернули представление ученых о физических свойствах электрической энергии.
Открытия Франклина
В середине XVIII века Бенджамином Франклином на регулярной основе проводились эксперименты, призванные расширить познания о свойствах и методах взаимодействия с электричеством.
В 1748 году ему удалось совместно с другими учеными сконструировать рабочий прототип электрической батареи. Основу прототипа составляли стеклянные листы, между которыми особым образом размещались пластины из свинца.
Однако самым знаменитым и значимым исследованием Бенджамина Франклина считается доказательство факта физического родства между электрическим зарядом и молнией.
1. Сначала Франклин привязал к смоченной веревке большого воздушного змея металлический ключ.
2. Далее на земле была собрана изоляционная площадка (не пропускающая электрический ток).
3. Затем во время грозы ученый встал на площадку и выпустил воздушного змея в небо.
Результат оказался предсказуемым – воздушный змей вобрал в себя небольшое количество заряда, который впоследствии протекал по веревке, заставляя ее колебаться. Эксперимент наглядно продемонстрировал, что молния имеет электрическую природу.
Электрическая батарея Вольта
Алессандро Вольт – известнейший физик-экспериментатор родом из Италии. Основываясь на собственном открытии о том, что определенные химические реакции способны генерировать ток, ему удалось собственноручно сконструировать электрическую батарею. Состояла она из короба с размещенными в нем чередующимися цинковыми и медными пластами. Цель батареи заключалась в производстве постоянного тока.
Исследования Вольта, связанные с получением тока посредством химических реакций, побудили и других ученых заняться изучением этого вопроса.
Постепенно тема подобного получения электрической энергии развивалась, а информация по ней накапливалась, что привело к развитию отдельного раздела физической химии, получившего название «электрохимия».
Важно! Электрохимическая ячейка Вольта была подробно изучена Георгом Симоном Омом. Тот вычислил, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению, прикладываемому к рассматриваемому проводнику. Данное явление было названо «законом Ома».
Ханс Эрстед: связь между магнитными полями и электричеством
Хансом Кристианом Эрстедом, датским физиком-экспериментатором, еще в начале XIX века была выявлена связь между магнетизмом и направленным движением заряженных частиц. Им была опубликована статья, описывающая необычное явление: стрелка компаса отклонялась от изначального положения, если на нее оказывалось влияние электрического заряда.
Результаты экспериментов, проводимых Хансом Эрстедом, были замечены другим не менее выдающимся ученым – физиком Андре-Мари Ампером.
Он решил продолжить работу, разработав собственную теорию, предоставляющую четкое объяснение имеющейся связи меду электричеством и магнетизмом.
Работа оказалась успешной и принесла свои плоды. Всего за пару лет Ампер сумел математическим методом определить формулу, представляющую магнитные силы между предметами, по которым в моменте протекает электрический ток. Именно тогда и появилась единица измерения тока, названная в честь ученого – «Ампер».
На этом работа Ампера не остановилась. Он пошел дальше, конструируя все новые приборы, работа которых так или иначе связана с электрическим зарядом. Ориентировочно в 1820-х годах им были изобретены электрический магнит (предмет, способный генерировать контролируемое магнитное поле) и телеграф, позволяющие связываться двум людям, находящимся на большом расстоянии друг от друга, посредством текстовых сообщений.
Заслуги Майкла Фарадея в развитии электричества
Майклу Фарадею принадлежат множество заслуг в области изучения физики.
Наиболее значимые его заслуги:
1. Посредством проведения множества физических опытов он обнаружил, что световые лучи способны оказывать прямое влияние на магнетизм.
2. Ему также удалось создать вращательные электромагнитные механизмы. Именно они в процессе дальнейших разработок легли в основу электрических двигателей.
3. В начале XIX века ученым была создана электрическая динамо-машина. Ее суть заключалась в преобразовании вращательных механических движений в электрический ток. В дальнейшем на этой основе будут создаваться турбины, вырабатывающие ток вследствие воздействия на них потока воды.
4. Также на счету Фарадея несколько сотен экспериментов, призванных изучить поведение электрических зарядов в разных условиях.
Эксперименты позволили ученому понять, что прошлая классификация токов на разные типы была иллюзорной. Вместо былых представлений о токе он выдвинул иную картину, при которой имеется лишь единственный «тип» электричества, а изменение всевозможных параметров (напряжения, тока) влечет создание разных групп явлений.
Вклад других ученых в развитие электричества: Эдисона, Теслы и Герца
Не только Майкл Фарадей, Ханс Эрстед и Алессандро Вольт трудились над изучением электричества и поиском способов его эффективного практического применения. Были и другие столь же выдающиеся ученые.
Томас Эдисон
Томаса Эдисона по праву можно считать первым человеком, кто сумел коммерциализировать электричество. В конце XIX века опытным путем ему удалось создать практичную лампочку, способную на протяжении длительного времени не перегорать. Дальнейшим его шагом стало проектирование системы, способной обеспечивать людей электричеством.
В 1882 году в Лондоне была возведена первая электростанция, питающая близлежащие дома. Далее чуть более совершенная ее версия была построена в Америке. Уже в конце XIX века получилось осветить около 90 домов, располагавшихся на юге Манхэттена.
В общей сложности мощности электростанции хватало для того, чтобы зажечь 5000 ламп.
Конечно, сейчас это кажется совсем малым показателем, однако в конце позапрошлого века такая мощность потрясала воображение.
Никола Тесла
После того, как вследствие конфликта Никола Тесла ушел из компании Эдисона, он приступил к созданию нового типа двигателя переменного тока. Попутно с этим Тесла работал над развитием технологии передачи электрической энергии. Его целью была ее передача на большие расстояния с минимальными потерями.
Интересно! Существует мнение, что Эдисон буквально присвоил себе все наработки Теслы, после чего не заплатил ему полагающийся процент с дохода. Считается, что именно поэтому Тесла покинул компанию. Как показало время, решение было верным. Николе удалось добиться впечатляющих успехов.
Спустя год после ухода Тесла объединяет усилия с другим талантливым ученым – Джорджем Вестингаузом. Совместно они патентуют новую разработку, способную генерировать переменный ток.
Достаточно быстро она распространяется в Западной Европе и США за счет главного преимущества – дальности передачи.
Построенная Теслой на Ниагарском водопаде ГЭС была способна эффективно передавать энергию на расстояние до двухсот кв. миль.
Генрих Рудольф Герц
В то время как Никола Тесла занимался разработкой систем производства и транспортировки электроэнергии, Генрих Герц все свои силы направлял на изучение электромагнитных волн.
Он заметил, что при попадании фотонов света на определенный материал наблюдается испускание электронов. Впоследствии наработки Герца в своих трудах использовал Альберт Эйнштейн. Труды Герца позволили ему сформулировать «закон фотоэлектрических эффектов». За этот труд он даже был удостоен Нобелевской премии.
Когда электричество появилось в домах
Мир велик, страны развиваются с разной скоростью. В каких-то из них электричество в домах обычных граждан пришло чуть раньше, в каких-то чуть позже.
Например, в Соединенных Штатах, а именно, в городе Нью-Йорк, Томасом Эдисоном была представлена первая в своем роде система коммерческого электрического освещения.
Это стало возможно благодаря строительству в 1882 году электростанции «Перл Стрит». В том же году первые лампочки появились не только на улицах, но и внутри домов.
В Англии первая электрическая станция начала функционировать также в 1882 году, только на несколько месяцев позже, чем в Америке. В первый год ее работы свет был проведен в несколько сотен многоквартирных домов. В России первое уличное освещение появилось в 1879 году. Электрическим светом освещался Петербургский Литейный мост. В домах свет начал появляться спустя 2 года.
Хронология развития электричества в России
Рассматривая историю распространения электроэнергии в России, разумно выделить несколько основополагающих этапов:
Развитие до революции
В 1872 году открывается первый в стране кабельный завод, функционирующий и по сей день. В том же году Александр Николаевич Лодыгин запатентовывает свое новое изобретение – лампу накаливания, после чего начинает воплощаться в жизнь проект по электрификации Петербурга.
После 1880 года в составе Русского технического общества учеными Чиколаевым, Яблочковым и Лодыгиным организуется специализированный отдел, деятельность которого направлена на популяризацию электричества внутри страны. К 1886 году планируется электрификация половины магазинов, фабрик и жилых домов Петербурга.
Развитие при СССР
После революции до ВОВ электрификация страны производилась крайне медленно. Иногда она и вовсе деградировала. Однако все кардинальным образом поменялось после войны (частично начало меняться во время нее, поскольку страна нуждалась в колоссальных мощностях).
Стали возводится крупные гидро- и теплоэлекростанции. Если сравнивать с довоенным периодом, то производство электроэнергии увеличилось примерно в 6 раз до 300 миллиардов кВт/ч.
В 1967 года завершилось строительство энергосистемы из более чем шестисот электростанций. Все их мощности были направлены на обеспечение энергией европейской части СССР. К 1985 году суммарная мощность всех станций в СССР составляла порядка 315 млн.
кВт.
Настоящее время
Сейчас электричеством пользуются даже в самых отдаленных уголках страны. Более того, электроэнергия в РФ производится с избытком, что позволяет продавать ее в соседние страны.
Электрическая энергия дает свет, тепло, позволяет приводить в действие всевозможные механизмы, значительно облегчающие жизнь. В связи с этим не стоит забывать, кто стоял у истоков ее открытия и продолжал развивать технологии, постепенно делая их все более производительными и безопасными.
Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.
История электричества (и будущее электричества)
Электрическая энергия всегда была вокруг нас, но на протяжении большей части человеческой истории мы не понимали ее или не могли ею управлять. Все изменилось в 18-м и 19-м веках, когда серия крупных открытий привела к изобретению батареи, электрической лампочки и других технологий, которые мы считаем само собой разумеющимися сегодня.
20-й век также принес прорывы в области производства электроэнергии, когда на сцену вышли энергия ветра, атомной энергии и энергии приливов.
Вот краткая история электричества, от ранних экспериментов 18-го века до более поздних изобретений, таких как солнечная панель и электромобиль.
Ранняя история электричества
Хотя люди научились генерировать электричество относительно недавно, мы знали о его существовании в природе уже довольно давно. В Древнем Египте электрических рыб называли «Громовержцами Нила», и они появляются на изображениях, датируемых 2725 годом до нашей эры.
Первые попытки использовать электрическую энергию, возможно, были в медицине: греки, римляне и египтяне, как сообщается, использовали электрическую рыбу для лечения эпилепсии и подагры.
Следующим открытым видом электричества было статическое электричество, которое приписывают Фалесу Милетскому, греческому философу. Он увидел, что частицы пыли можно заставить прилипнуть к янтарю так же, как мы можем заметить, что они прилипают к воздушному шару.
Фалес из Милета не совсем правильно понял — он думал, что это вызвано магнетизмом — но это все же одно из самых ранних наблюдений электричества в древнем мире.
Термина «электричество» в то время не существовало. Фактически, он не использовался до начала 1600-х годов, когда он был придуман от греческого слова «янтарь». Английский ученый по имени Уильям Гилберт придумал слово «9».0021 electricus » для описания объектов, притягивающих пыль «как янтарь», и это в конечном итоге привело к современному использованию слова «электричество».
После этого появилась лейденская банка, устройство, способное хранить электрический заряд и проложившее путь к лабораторным экспериментам с электричеством и магнетизмом.
Известные имена в истории электричества
источник
Некоторые из важнейших вех в истории электричества произошли в 18-м и 19-м веках, когда отдельные ученые проводили эксперименты, которые расширили наши знания об электрической энергии.
Эти пять фигур являются одними из самых известных в этой области, а некоторые из них даже дали названия научным законам и единицам измерения.
Бенджамин Франклин
1706-1790
Бенджамин Франклин, возможно, наиболее известен как один из отцов-основателей Америки, но он также сыграл важную роль в истории электричества. После знаменитого эксперимента с воздушным змеем 1752 года, в ходе которого он, как сообщается, запускал воздушного змея во время грозы, он писал, что «когда Дождь намочит воздушного змея и шпагат, чтобы он мог свободно проводить электрический огонь, вы обнаружите, что он обильно течет наружу». от Ключа на подходе к твоему кулаку».
Это был не первый раз, когда кто-то определил связь между электричеством и молнией, но он был первым, кто собрал все воедино и объяснил, как это работает. Он использовал эти знания, чтобы изобрести громоотвод, который можно было использовать для защиты высоких зданий.
Алессандро Вольта
17:45-18:27
Алессандро Вольта был итальянским ученым, который разработал первую электрическую батарею, известную как гальванический столб.
Его эксперименты подтвердили, что электричество вырабатывается не только животными, такими как лягушки, которых в то время обычно использовали в лабораториях, но также может производиться в результате химических реакций и перемещаться по электрической цепи.
Открытия Вольты привели к быстрому прогрессу в области электричества, включая изобретение динамо-машины, электрического генератора, сыгравшего ключевую роль в промышленной революции. Через много лет после его смерти его именем был назван вольт, единица измерения электрической энергии.
Майкл Фарадей
(1791-1867)
Майкл Фарадей, возможно, не так известен, как некоторые другие имена в истории электричества, но ему приписывают разработку идеи электромагнитного поля. В его честь названа клетка Фарадея, блокирующая электромагнитную энергию. Он также определил законы электролиза, которые до сих пор используются для определения того, сколько энергии должно пройти через вещество, чтобы вызвать химическое изменение.
Фарадей большую часть жизни провел в Англии, но его идеи облетели весь мир, и он стал почетным членом Американской академии искусств и наук. Он также разработал первый электродвигатель и продемонстрировал его в 1821 г. что уже существовало. Многие из 1,09 Эдисона3 патента были результатом совместной работы большой группы исследователей, работающих в его лаборатории в Менло-Парке, штат Нью-Джерси. Их исследования также сыграли ключевую роль в развитии технологии звукозаписи и кино.
Одним из его самых больших достижений было открытие первой электростанции в Нью-Йорке в 1882 году, станции Перл-Стрит. Он также установил первые электрические уличные фонари в Розелле, штат Нью-Джерси, что положило начало концу газового освещения в американских городах.
Со временем компании Эдисона превратились в бренд General Electric, известный своими стиральными машинами, холодильниками и электрическими лампочками.
Никола Тесла
1856-1943
Николу Теслу часто называют соперником Эдисона, и в этом есть доля правды.
Он родился в Австрийской империи и работал во французском отделении компании Эдисона, прежде чем переехать в США в 1884 году. После открытия собственной лаборатории в Нью-Йорке он работал с Джорджем Вестингаузом над разработкой системы переменного тока, которая конкурировала с с системой питания постоянного тока Эдисона.
Это стало известно как Война токов и привело к подвигам в области электротехники, таким как электроснабжение Буффало, штат Нью-Йорк, с помощью энергии Ниагарского водопада.
Тесла также разработал несколько различных типов трансформаторов, в том числе катушку Тесла, высоковольтный слаботочный трансформатор, который часто используется в развлекательных целях.
Современная история электричества
источник
Война токов положила начало современной эре электричества, поскольку новые технологии распространялись по всей Америке и по всему миру. В Висконсине человек по имени Генри Роджерс стал первым, кто использовал гидроэнергию для производства электроэнергии в своем доме, а Вернер фон Сименс построил первый электрический трамвай в Германии в 1881 году.
Но повышенный спрос на электроэнергию означал потребность в крупномасштабной выработке электроэнергии и высоковольтных линиях электропередачи. Многие ранние электростанции использовали паровые турбины, работающие на угле, для производства электроэнергии, и уголь в течение многих лет оставался наиболее распространенным источником электроэнергии в США, уступая место только природному газу в 2015 году.
Закон об электрификации сельских районов 1936 года проблема заключалась в том, чтобы провести электричество в дома людей. В 1936 году президент Франклин Д. Рузвельт подписал Закон об электрификации сельских районов, который помог обеспечить электроэнергией сельские районы, удаленные от существующих распределительных сетей.
Помимо строительства линий электропередач, бригады электриков выезжали на отдаленные фермы и дома для установки электропроводки и панелей предохранителей. В совокупности это способствовало развитию национальной энергосистемы, которая теперь разделена на Западную межсистемную связь, Восточную межсистемную связь и Техасскую межсистемную связь.
Атомная энергия
Поскольку электричество доступно практически в каждом доме, исследователи обратились к новым методам производства энергии, чтобы удовлетворить растущий спрос на энергию.
Одной из самых многообещающих идей была ядерная энергетика, использующая уран для выработки энергии посредством ядерного деления. Президент Дуайт Д. Эйзенхауэр назвал эту исследовательскую программу «Атом во имя мира», чтобы отличить ее от атомной войны.
Первая атомная электростанция в США открылась в 1958 году, вскоре после аналогичных электростанций в Великобритании и СССР. Сейчас их 92, которые обеспечивают электроэнергией десятки миллионов домов.
Однако опасность, связанная с транспортировкой и хранением радиоактивных материалов, всегда вызывала споры об этом источнике энергии.
Солнечная энергия
Еще одна технология, сыгравшая ключевую роль в истории электричества, — фотогальваническая технология или солнечная энергия.
Первая солнечная панель, вырабатывающая электрический ток, была построена в 1800-х годах, но потребовалось более века, чтобы технология прижилась из-за ее стоимости.
В 1979 году на крыше Белого дома были установлены солнечные панели. В настоящее время солнечная энергия является одним из основных факторов перехода на возобновляемые источники энергии, и цены на нее продолжают падать.
Электроника
Есть еще одна технология, которая не могла бы существовать без электричества: компьютеры и другая электроника. Первая печатная плата была изобретена Альбертом Хэнсоном в Германии в 1903 году, но в то время схемы все еще приходилось соединять вручную. Первая печатная плата появилась в 1936 году.
Когда технология стала широко доступной, печатные платы можно было использовать в радиоприемниках, телевизорах и другой электронике. Затем появился компьютерный чип, который обладал еще большей вычислительной мощностью в еще меньших масштабах. Согласно закону Мура, мощность современных микросхем удваивается каждые два года.
Будущее электричества
источник
За последние несколько столетий история электричества прошла через множество этапов. Итак, что мы можем ожидать в будущем? Одной из четких тенденций является снижение угольной энергетики. По данным Международного энергетического агентства, «глобальные выбросы углерода от энергетики достигнут пика в 2025 году», поскольку электросеть переходит с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии.
Мы также можем наблюдать тенденцию к большей самостоятельности, поскольку периодические отключения электроэнергии и экстремальные погодные явления создают нагрузку на региональные энергосистемы. Это могут быть домашние накопители энергии, зарядные станции для электромобилей и объединенные в сеть микросети.
Будущее электричества может быть непредсказуемым, но ваши счета за электричество не обязательно должны быть такими. Получите фиксированный тариф на электроэнергию с Just Energy и сэкономьте деньги на затратах на электроэнергию.
Предоставлено вам justenergy.com
Все изображения предоставлены по лицензии Adobe Stock.
Рекомендуемое изображение:
History of Electricity — Issuu
из Intermediate Energy Infobook 2023-2024
by NEED Project
Начиная с Бена
Многие думают, что Бенджамин Франклин открыл электричество во время своих знаменитых экспериментов с запуском воздушного змея в 1752 году. Франклин известен тем, что привязал ключ к веревке воздушного змея во время грозы, доказав, что статическое электричество и молния действительно одно и то же. Однако это еще не все, что связано с электричеством. Электричество не было «открыто» сразу. Сначала электричество ассоциировалось со светом. Людям нужен был дешевый и безопасный способ освещения своих домов, и ученые думали, что электричество может быть таким способом.
Другой вид энергии: батарея
Научиться производить и использовать электричество было нелегко.
Долгое время не было надежного источника электричества для экспериментов. Наконец, в 1800 году итальянский ученый Алессандро Вольта сделал великое открытие. Он замачивал бумагу в соленой воде, помещал цинк и медь на противоположные стороны бумаги и наблюдал, как химическая реакция приводит к возникновению электрического тока. Вольта создал первую электрическую ячейку.
Соединяя множество таких элементов вместе, Вольта смог «пропустить ток» и создать батарею. Именно в честь Вольты мы оцениваем аккумуляторы в вольтах. Наконец, появился безопасный и надежный источник электричества, что облегчило ученым изучение электричества.
Начало тока
Английский ученый Майкл Фарадей первым понял, что электрический ток можно получить, пропуская магнит через медную проволоку. Это было удивительное открытие. Почти все электричество, которое мы используем сегодня, производится с помощью магнитов и катушек из медной проволоки на гигантских электростанциях. На этом принципе основаны и электрогенератор, и электродвигатель.
Генератор преобразует энергию движения в электричество. Двигатель преобразует электрическую энергию в энергию движения.
Майкл Фарадей
Изображение предоставлено фотобиблиотекой NOAA Бенджамина Франклина
Изображение предоставлено Музеем Тейлера Алессандро Вольта
В 1879 году Томас Эдисон сосредоточился на изобретении практичной лампочки, которая могла бы работать долгое время, прежде чем перегореть. Проблема заключалась в том, чтобы найти прочный материал для нити накала, тонкой проволоки внутри лампочки, которая проводит электричество. Наконец, Эдисон использовал обычную хлопчатобумажную нить, пропитанную углем. Эта нить вообще не горела — она раскалялась; то есть светился. Следующей задачей была разработка электрической системы, которая могла бы обеспечить людей практичным источником энергии для питания этих новых ламп. Эдисон хотел найти способ сделать электричество практичным и недорогим. Он спроектировал и построил первую электростанцию, которая могла производить электричество и доставлять его в дома людей.
Электростанция Эдисона на Перл-стрит запустила свой генератор 4 сентября 1882 года в Нью-Йорке. Около 85 клиентов в Нижнем Манхэттене получили мощность, достаточную для освещения 5000 ламп. Однако его клиенты много платили за электроэнергию. В сегодняшних долларах электричество стоило 5 долларов за киловатт-час! Сегодня электричество стоит около 13 центов за киловатт-час для бытовых потребителей, около 10,7 центов за киловатт-час для коммерческих и около 6,8 центов за киловатт-час для промышленности.
Вопрос: AC или DC?
Поворотный момент эпохи электричества наступил несколько лет спустя с развитием систем переменного тока (переменного тока). Родившийся в Хорватии ученый Никола Тесла приехал в Соединенные Штаты, чтобы работать с Томасом Эдисоном. После ссоры Тесла открыл вращающееся магнитное поле и создал электрическую систему переменного тока, которая очень широко используется сегодня. Тесла объединился с инженером и бизнесменом Джорджем Вестингаузом, чтобы запатентовать систему переменного тока и обеспечить нацию энергией, которая может передаваться на большие расстояния — прямое соревнование с системой постоянного тока Томаса Эдисона.
Позже Тесла основал Tesla Electric Company, изобрел катушку Теслы, которая до сих пор используется в научных лабораториях и в радиотехнологиях, и спроектировал систему, используемую для выработки электроэнергии на Ниагарском водопаде. Теперь, используя переменный ток, электростанции могут передавать электричество гораздо дальше, чем раньше. В то время как электростанция постоянного тока Эдисона могла транспортировать электроэнергию только в пределах одной квадратной мили от его электростанции на Перл-стрит, электростанция Ниагарского водопада могла транспортировать электроэнергию на расстояние более 200 миль!
У электричества не было легкого начала. В то время как многие люди были в восторге от всех новых изобретений, некоторые люди боялись электричества и опасались приносить его в свои дома. Они боялись подпускать своих детей к этому странному новому источнику энергии. Многие социальные критики того времени видели в электричестве конец более простого и менее беспокойного образа жизни.