Главная » Реферат » История электротехники реферат

История развития электротехники. История электротехники реферат


История развития электротехники — реферат

                                СОДЕРЖАНИЕ                             

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..

История развития электротехники…………………………….

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ПЕРВЫЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ……..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………

      

 

 

 

 

 

 

                              

 

 

 

 

                                        ВВЕДЕНИЕ

Впервые явления, ныне называемые электрическими, были замечены в древнем Китае, Индии, а позднее в древней Греции. Сохранившиеся предания гласят, что древнегреческому философу Фалесу Милетскому (640-550 гг. до н. э.) было уже известно свойство янтаря, натертого мехом или шерстью, притягивать обрывки бумаги, пушинки и другие легкие тела. От греческого названия янтаря - "электрон" - явление это позднее получило наименование электризации.

На протяжении многих столетий, электрические явления  считались проявлениями божественной силы, пока в 17в. ученые не подошли вплотную к изучению электричества. Кулон, Гильберт, Отто фон Герике, Мушенбрек,  Франклин, Эрстед, Араго, Ломоносов, Луиджи Гальвани, Алессандро Вольта – вот далеко не полный список ученых занимавшихся проблемами электричества. Особо следует сказать о деятельности замечательного ученого Андре Мари Ампера, положившего начало изучению динамических действий электрического тока и установившему целый ряд законов электродинамики.

Открытия  Эрстеда, Араго, Ампера заинтересовали гениального английского физика Майкла Фарадея и побудили его  заняться всем кругом вопросов о превращении  электрической и магнитной энергии в механическую. Другой английский физик Джеймс Клерк (Кларк) Ма́ксвелл 1873 году издал капитальный двухтомный труд «Трактат об электричестве и магнетизме», который объединил понятия электричество, магнетизм и электромагнитное поле. С этого момента началась эра активного использования электрической энергии в повседневной жизни.

 

 

       

      История развития электротехники

Электротехника (от электро... и техника), отрасль  науки и техники, связанная с  применением электрических и магнитных явлений для преобразования энергии, получения и изменения химического состава веществ, производства и обработки материалов, передачи информации, охватывающая вопросы получения, преобразования и использования электрической энергии в практической деятельности человека.

    Историческая  справка. Возникновению электротехники  предшествовал длительный период  накопления знаний об электричестве  и магнетизме, в течение которого  были сделаны лишь отдельные  попытки применения электричества  в медицине, а также для передачи сигналов. В XVII-XVIII вв. исследованию природы электрических явлений были посвящены труды М. В. Ломоносова, Г. В. Рихмана, Б. Франклина, Ш. О. Кулона, и др. Для становления электротехники решающее значение имело появление первого источника непрерывного тока - вольтова столба(А. Вольта, 1800), а затем более совершенных гальванических элементов, что позволило в 1-й трети XIX в. провести многочисленные исследования химических, тепловых, световых и магнитных явлений, вызываемых электрическим током(труды В. В. Петрова, X. К. Эрстеда, Д. Ф. Араго, М. Фарадея, Дж. Генри, А. М. Ампера, Г. С. Ома и др.). В этот период были заложены основы электродинамики, открыт важнейший закон электрической цепи - Ома закон. Среди попыток практического использования результатов этих достижений наиболее значительными были работы в телеграфии (электромагнитный телеграф П. Л. Шиллинга,1832), в военном деле (гальваноударные морские мины Б. С. Якоби, 1840-е гг.).Открытие электромагнитной индукции (1831-32) предопределило появление электрических машин - двигателей и генераторов. Поскольку все первые потребители электроэнергии использовали постоянный ток (как наиболее изученный), первые электрические машины были постоянного тока машинами. Исторически электродвигатели стали создаваться раньше электромашинных генераторов, т. к. в 1-й трети XIX в. гальванические элементы как источники тока к большей или меньшей мере удовлетворяли требованиям практики. Период совершенствования конструкции электродвигателя - от лабораторных приборов, демонстрировавших возможность превращения электрической энергии в механическую (установка Фарадея, 1821), до машин промышленного типа - охватывает приблизительно 50 лет. В первых электродвигателях подвижная часть совершала возвратно-поступательное или качательное движение, а момент на валу двигателя был пульсирующим (например, в двигателе Генри). Начиная с середины 30-х гг. XIX в. стали строиться двигатели с вращающимся якорем. Таким электродвигателем, получившим практическое применение, был двигатель, разработанный Якоби (1834--38). Испытание этого двигателя, приводившего в движение "электрический бот", показало, с одной стороны, принципиальную возможность его практического применения, а с другой - необходимость создания более экономичного по сравнению с гальваническими элементами источника электроэнергии. Таким источником стал электромашинный генератор, прообразом которого была униполярная машина Фарадея (1831). Первыми практически пригодными электромашинными генераторами были магнитоэлектрические генераторы, в которых магнитное поле создавалось постоянными магнитами, а якорями служили массивные индуктивные катушки (Якоби, 1842). В 1851 немецкий учёный В. Зинстеден предложил заменить постоянные магниты электромагнитами, катушки которых питались от самостоятельных магнитоэлектрических генераторов. Дальнейшее совершенствование конструкции электромашинного генератора связано с использованием для возбуждения обмотки электромагнита тока самого генератора. Промышленное производство генераторов было начато в 1870 в Париже после того, как З. Т. Грамм впервые применил в генераторе с самовозбуждением кольцевой шихтованный якорь, принципиальная конструкция которого была предложена для электродвигателя в 1860 А. Пачинотти. Генератор Грамма работал не только в генераторном, но и в двигательном режиме, что положило начало практическому внедрению принципа обратимости электрических машин (открытому Э. X. Ленцем, 1832-38) и позволило значительно расширить область использования электрических машин. Последующее совершенствование машин постоянного тока шло по пути улучшения их конструктивных элементов - замена кольцевого якоря барабанным (Ф. Хёфнер-Альтенек, 1873), усовершенствование шихтованных якорей (американский изобретатель Х. Максим, 1880), введение компенсационной обмотки (1884), дополнительных полюсов (1885) и др. К 80-м гг. XIX в. электрические машины постоянного тока приобрели основные конструктивные черты современных машин. Их совершенствованию способствовало открытие закона о направлении индукционных токов, обнаружение и исследование противоэдс (Якоби, 1840) и реакции якоря (Ленц, 1847), разработка методов расчёта электрических цепей (Г. Р. Кирхгоф, 1847) и магнитных цепей ( английский учёный Дж. Гопкинсон, нач. 80-х гг.), изучение магнитных свойств железа (А. Г. Столетов, 1871) и др. К концу 70-х гг. относятся работы Дж. К. Максвелла, сформулировавшего уравнения , являющиеся основой современного учения об электромагнитном поле.

    Создание  надёжных источников тока сделало  возможным удовлетворение возросших  потребностей в электрической энергии для практических целей. Дальнейшее развитие электротехники связано с возникновением электротехнической промышленности и массовым распространением электрического освещения, которое в 50-70-х гг. XIX в. заменило газовое. Идея применения электрической энергии для освещения была высказана Петровым в 1802 после открытия дуги электрической. Первыми электрическими источниками света были разнообразные дуговые угольные лампы, среди которых наиболее дешёвой и простой была "свеча Яблочкова" (П. Н. Яблочков, 1876). В 1870-75 А. Н. Лодыгин разработал несколько типов ламп накаливания, усовершенствованных позднее Т. А. Эдисоном и получивших преимущественное распространение к 90 м гг. XIX в. Достижения в создании и применении электрических источников света оказали существенное влияние на становление и развитие светотехники. С распространением электрического освещения связано создание электроэнергетических систем. Уже в первых осветительных устройствах Яблочкова имелись все основные элементы энергосистем: первичный двигатель, генератор, линия электропередачи, трансформатор, приёмник энергии. Начало применению электроэнергии для технологических целей положили ещё работы Якоби (1838), предложившего использовать электрический ток для получения металлических копий и для нанесения металлических покрытий.

     Но расширение области практического  использования электрической энергии  стало возможно лишь в 70-80-е  гг. XIX в. с решением проблемы  передачи электроэнергии на расстояние. В 1874 Ф. А. Пироцкий пришёл к выводу об экономической целесообразности производства электроэнергии в местах, где имеются дешёвые топливные или гидроэнергетические ресурсы, с последующей передачей её к потребителю. В 1880-81 Д. А. Лачинов и М. Депре независимо друг от друга предложили для уменьшения потерь электроэнергии в линии электропередачи (ЛЭП) использовать ток высокого напряжения. Первая линия электропередачи на постоянном токе была построена Депре в 1882 между городами Мисбахом и Мюнхеном (длина линии 57 км, напряжение в ней 1.5-2 кв). Однако попытки осуществить электропередачу на постоянном токе оказались неэффективными, т. к., с одной стороны, технические возможности получения постоянного тока высокого напряжения были ограничены, а с другой - было затруднено его потребление. Поэтому наряду с использованием для передачи электроэнергии постоянного тока велись работы по применению в тех же целях однофазного переменного тока, напряжение которого можно было изменять (повышать и понижать) с помощью однофазного трансформатора. Создание промышленного типа такого трансформатора ( О. Блати, М. Дери, К. Циперновский, 1885, и др.) по существу решило проблему передачи электроэнергии. Однако широкое распространение однофазного переменного тока в промышленности было невозможно из-за того, что однофазные электродвигатели не удовлетворяли требованиям промышленного электропривода, и поэтому применение однофазного переменного тока ограничивалось лишь установками электрического освещения.

    В  70-80-е гг. XIXв. электроэнергию начали  использовать в технологических процессах: при получении алюминия, меди, цинка, высококачественных сталей: для резки и сварки металлов; упрочнения деталей при термической обработке и т. д. В 1878 Сименс создал промышленную конструкцию электроплавильной печи. Методы дуговой электросварки были предложены Н. Н. Бенардосом (1885) и Н. Г. Славяновым (1891).

     К концу 70-х гг. относятся также  первые попытки использования  электроэнергии на транспорте, когда  Пироцкий провёл испытания вагона, на котором был установлен  электрический тяговый двигатель. В 1879 Сименс построил опытную электрическую дорогу в Берлине. В 80-е гг. трамвайные линии были открыты во многих городах Западной Европы, а затем в Америке (США). В России первый трамвай был пущен в Киеве в 1892. В 90-е гг. электрическая тяга была применена и на подземных железных дорогах (в 1890 в Лондонском метрополитене, в 1896 - в Будапештском), а затем на магистральных железных дорогах.

     В конце XIX в. промышленное использование  электроэнергии превратилось в  важнейшую комплексную технико-экономическую проблему - наряду с экономичной электропередачей необходимо было иметь электродвигатель, удовлетворяющий требованиям электропривода. Решение этой проблемы стало возможным после создания многофазных, в частности трёхфазных, систем переменного тока. Над этой проблемой работали многие инженеры и учёные , но комплексное решение предложил в конце 80-х гг. М. О. Доливо-Добровольский, который разработал ряд промышленных конструкций трёхфазных асинхронных двигателей, трёхфазных трансформаторов, и в 1891 построил трёхфазную линию электропередачи Лауфен - Франкфурт (длина линии 170 км).

 

  ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ПЕРВЫЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Электри́чество — понятие, выражающее свойства и явления, обусловленные структурой физических тел и процессов, сущностью которой является движение и взаимодействие микроскопических заряженных частиц вещества (электронов, ионов, молекул, их комплексов и т. п.).

Гильберт  впервые обнаружил, что свойства электризации присущи не только янтарю, но и алмазу, сере, смоле. Он заметил также, что некоторые тела, например металлы, камни, кость, не электризуются, и разделил все тела, встречающиеся в природе, электризуемые и неэлектризуемые. Обратив особое внимание на первые, он производил опыты по изучению их свойств.

В 1650 году известный немецкий ученый, бургомистр города Магдебурга, изобретатель воздушного насоса Отто фон Герике построил специальную "электрическую машину", представлявшую шар из серы величиной с детскую голову, насаженный на ось.

Рисунок 1 –  Электрическая машина фон Герике, усовершенствованная Ван де Графом

Если при  вращении шара его натирали ладонями рук, он вскоре приобретал свойство притягивать  и отталкивать легкие тела. На протяжении нескольких столетий машину Герике значительно  усовершенствовали англичанин Хоксби, немецкие ученые Бозе, Винклер и другие. Опыты с этими машинами привели к ряду важных открытий:

Но значительно  более важное открытие было описано в 1729 году Мушенбреком - профессором математики и философии в городе Лейдене. Он обнаружил, что стеклянная банка, оклеенная с обеих сторон оловянной фольгой (листочками станиоля), способна накапливать электричество. Заряженное до определенного потенциала (понятие о котором появилось значительно позднее), это устройство могло быть разряжено со значительным эффектом - большой искрой, производившей сильный треск, подобный разряду молнии, и оказывавшей физиологические действия при прикосновении рук к обкладкам банки. От названия города, где производились опыты, прибор, созданный Мушенбреком, был назван лейденской банкой.

Рисунок 2 – Лейденская банка. Параллельное соединение четырёх банок

Исследования  ее свойств производились в различных  странах и вызвали появление множества теорий, пытавшихся объяснить обнаруженное явление конденсации заряда. Одна из теорий этого явления была дана, выдающимся американским ученым и общественным деятелем Бенджамином Франклином, который указал на существование положительного и отрицательного электричества. С точки зрения этой теории Франклин объяснил процесс заряда и разряда лейденской банки и доказал, что ее обкладки можно произвольно электризовать разными по знаку электрическими зарядами[1].

Франклин, как  и русские ученые М. В. Ломоносов и Г. Рихман, уделил немало внимания изучению атмосферного электричества, грозового разряда (молнии). Как известно, Рихман погиб, производя опыт по изучению молнии. В 1752 году Бенджамином Франклином изобретен молниеотвод. Молниеотвод (в быту также употребляется более благозвучное «громоотвод») — устройство, устанавливаемое на зданиях и сооружениях и служащее для защиты от удара молнии. Состоит из трёх связанных между собой частей:

В 1785 году Ш. Кулоном открыт основной закон электростатики. На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Сила  взаимодействия неподвижных зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними[1]- [3], [7]:

                                                        (1)

В 1799 год Создан первый источник электрического тока — гальванический элемент и батарея элементов.  Гальванический элемент (химический источник тока) – устройство, которое позволяет превращать энергию химической реакции в электрическую работу. По принципу работы различают первичные (разовые), вторичные (аккумуляторы) и топливные элементы. Гальванический элемент состоит из ионпроводящего электролита и двух разнородных электродов (полуэлементов), процессы окисления и восстановления в гальваническом элементе пространственно разделены. Положительный полюс гальванического элемента называется катодом, отрицательный - анодом. Электроны выходят из элемента через анод и движутся во внешней цепи к катоду.

Работы русских  академиков Эпинуса, Крафта и других выявили целый ряд весьма важных свойств электрического заряда, но все они изучали электричество в состоянии неподвижном или мгновенный раз ряд его, то есть свойства статического электричества. Движение его проявлялось лишь в форме разряда. Об электрическом токе, то есть о непрерывном движении электричества, еще ничего не было известно.

Одним из первых глубоко исследовал свойства электрического тока в 1801 -1802 годах петербургский  академик В. В. Петров. Работы этого  выдающегося ученого, построившего самую крупную в мире в те годы батарею из 4200 медных и цинковых кружков, установили возможность практического использования электрического тока для нагрева проводников. Кроме того, Петров наблюдал явление электрического разряда между концами слегка разведенных углей как в воздухе, так и в других газах и вакууме, получившее название электрической дуги. В. В. Петров не только описал открытое им явление, но и указал на возможность его использования для освещения или плавки металлов и тем самым впервые высказал мысль о практическом применении электрического тока. С этого момента и должно начинать историю электротехники как самостоятельной отрасли техники[1].

yaneuch.ru

Реферат История электротехники

Опубликовать скачать

Реферат на тему:

План:

1. Древний мир

2. XVII век

3. XVIII век

4. XIX век

5. XX век

«…При помощи Вашего съезда, при помощи всех электротехников России и ряда лучших, передовых учёных сил всего мира, при героических усилиях авангарда рабочих и трудящихся крестьян мы эту задачу осилим, мы электрификацию страны создадим. Приветствую VIII Всероссийский съезд электротехников и желаю ему всяческого успеха в его работах. Председатель Совета Народных Комиссаров В. Ульянов (Ленин)» (В. И. Ленин, Соч., т. 33, стр. 27—28)

6. XXI век

Примечания

  1. «Витебск. Энциклопедический справочник». Мн., Изд. «БелСЭ», 1988
  2. http://www.membrana.ru/lenta/?7331 - www.membrana.ru/lenta/?7331 Заработал новый способ беспроводной передачи электричества
скачатьДанный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 12.07.11 22:54:03Похожие рефераты: История теоретической электротехники, Институт инженеров электротехники и электроники, История го, История США, История ООН, История о нас, История О, История Явы, История Мин.

Категории: Электричество, Электротехника, Хронология технологий, История техники, История науки.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.

wreferat.baza-referat.ru

Реферат - История одного парадокса электротехники

История одного парадокса электротехники

Хасапов Б. Г.

Если составить электрическую цепь из источника тока, потребителя энергии и соединяющих их проводов, замкнуть ее, то по этой цепи потечет электрический ток. Резонно спросить: «А в каком направлении?» Учебник теоретических основ электротехники дает ответ: «Во внешней цепи ток течет от плюса источника энергии к минусу, а во внутри источника от минуса к плюсу» (1).

Так ли это? Вспомним, что электрическим током называется упорядоченное движение электрически заряженных частиц. Таковыми в металлических проводниках являются отрицательно заряженные частицы – электроны. Но ведь электроны во внешней цепи движутся как раз наоборот от минуса источника к плюсу. Это можно доказать очень просто. Достаточно поставить в вышеуказанную цепь электронную лампу – диод. В случае, если анод лампы будет заряжен положительно, то ток в цепи будет, если же отрицательно, то тока не будет. Напомним, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные – отталкиваются. Поэтому положительный анод притягивает отрицательные электроны, но не наоборот. Сделаем вывод, что за направление электрического тока в науке электротехнике принимают направление ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ движению электронов. (2)

Выбор направления, противоположный существующему, иначе как парадоксальным назвать нельзя, но объяснить причины такого несоответствия можно, если проследить историю развития электротехники как науки.

Среди множества теорий, иногда даже анекдотичных, пытающихся объяснить электрические явления, появившихся на заре науки об электричестве, остановимся на двух основных.

Американский ученый Б. Франклин выдвинул так называемую унитарную теорию электричества, по которой электрическая материя представляет собой некую невесомую жидкость, которая могла вытекать из одних тел и накапливаться в других. Согласно Франклину, электрическая жидкость содержится во всех телах, а наэлектризованным становится только тогда, когда в них бывает недостаток или избыток электрического флюида. Недостаток флюида означает отрицательную электризацию, избыток – положительную. Так появилось понятие положительного и отрицательного заряда. (3) При соединении положительно заряженных тел с отрицательными электрическая жидкость (флюид) переходит от тела с повышенным количеством жидкости к телам с пониженным количеством. Как в сообщающихся сосудах. С этой же гипотезой в науку вошло понятие движения электрических зарядов – электрического тока. (4)

Гипотеза Франклина оказалась в высшей степени плодотворной и предвосхитила электронную теорию проводимости, Однако она оказалась далеко не безупречной. Дело в том, что французский ученый Дюфе обнаружил, что существует два вида электричества, которые, подчиняясь каждое в отдельности теории Франклина, при соприкосновении нейтрализовывали друг друга. (5). Причиной появления новой дуалистической теории электричества, выдвинутой Симмером на основании опытов Дюфе, была простой. Как это ни поразительно, но на протяжении многих десятилетий экспериментов с электричеством никто не заметил, что при натирании электризуемых тел, заряжается не только натираемое, но и натирающее тело. Иначе гипотеза Симмера просто бы не появилась. Но в том, что она появилась есть своя историческая справедливость. (6)

Дуалистическая теория считала, что в телах обычном состоянии содержатся два рода электрической жидкости в РАЗНЫХ количествах, нейтрализующих друг друга. Электризация объяснялась тем, что соотношение положительных и отрицательных электричеств в телах менялось. Не очень понятно, но надо же было как-то объяснять реально существующие явления.

Обе гипотезы с успехом объясняли основные электростатические явления и долгое время конкурировали друг с другом. Исторически дуалистическая теория предвосхитила ионную теорию проводимости газов и растворов. (7)

Изобретение вольтова столба в 1799 г. и последовавшее за ним открытие явления электролиза позволило сделать выводы о том, что при электролизе жидкостей и растворов в них наблюдается два противоположных направления движения зарядов – положительного и отрицательного. Дуалистическая теория торжествовала, так как при разложении, например, воды наглядно можно было видеть, что на положительном электроде выделяются пузырьки кислорода, а на отрицательном – водорода. (8). Однако и здесь было не все гладко. При разложении воды количество выделяемых газов было неодинаково. Водорода было вдвое больше кислорода. Это ставило в тупик. Как мог бы помочь ученым того времени любой нынешний школьник, знающий, что в молекуле воды на атом кислорода приходится два атома водорода (знаменитое ашдвао) но химики до этого еще не додумались.

Нельзя сказать, что эти теории были понятны не только учащимся, но и самим ученым. Революционный демократ А.И. Герцен, кстати, выпускник физико-математического факультета Московского университета, писал, что эти гипотезы не помогают, а даже «делают страшный вред учащимся, давая им слова вместо понятий, убивая в них вопрос ложным удовлетворением. “Что есть электричество?” – “Hевесомая жидкость”. Не правда ли лучше было бы, если бы ученик отвечал: “Не знаю.”?» (10). Все-таки не прав был Герцен. Ведь в современной терминологии электрический ток ТЕЧЕТ от плюса к минусу источника, а не как-нибудь по другому передвигается и мы нисколько этим не огорчены.

Сотни ученых разных стран проводили тысячи опытов с вольтовым столбом, но только через двадцать лет датским ученым Эрстедом было открыто магнитное действие электрического тока. В 1820 г. было опубликовано его сообщение о том, что проводник с током влияет на показания магнитной стрелки. После многочисленных экспериментов он дает правило, по которому можно определить направление отклонения магнитной стрелки от тока или тока от направления магнитной стрелки. «Мы будем пользоваться формулой: полюс, который видит отрицательное электричество, входящим над собой, отклоняется к востоку». Правило настолько туманное, что современный грамотный человек не сразу и разберется как им воспользоваться, а что же говорить о том времени, когда понятия еще не устоялись.

Поэтому Ампер в труде, представленном Парижской академии наук, сначала решает принять одно из направлений токов за основное, а потом дает правило, по которому можно определить действие магнитов на токи. Читаем: «Так как мне пришлось бы постоянно говорить о двух противоположных направлениях, по которым текут оба электричества, то, во избежание излишних повторений, после слов НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, я буду всякий раз подразумевать ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО электричества» Так впервые было введено ныне общепринятое правило направления тока. Ведь до открытия электрона было более семидесяти лет. (11).

В 17-19 веках в Европе получила широкое распространение МНЕМОНИКА. или искусство запоминания, то есть система различных приемов, облегчающих запоминание путем образования искусственных ассоциаций. Например известны стихи для запоминания числа ПИ – «Кто и шутя и скоро пожелаетъ…», которым более ста лет. Или присказку на счет фазанов и охотников для запоминания порядка расположения цветов солнечного спектра… Это мнемонические правила.

Такое же правило было придумано Ампером для определения направлений сил на проводник с током. Оно называлось «правилом пловца». Мы его не приводим, потому что оно было тоже неудачным и не привилось. Но направление тока во всех правилах подразумевало движение ПОЛОЖИТЕЛЬНО заряженных частиц. (12)

Этого канона придерживался позже и Максвелл, придумавший правило «пробочника» или «буравчика» для определения направления магнитного поля катушки. Оно знакомо каждому школьнику. Однако вопрос об истинном направлении тока оставался открытым. Вот что писал Фарадей: «Если я говорю. что ток идет от положительного места к отрицательному, то лишь в согласии с традиционным, хотя до некоторой степени молчаливым соглашением, заключенным между учеными и обеспечивающим им постоянное ясное и определенное средство для указания направления сил этого тока». (13. Курсив наш. БХ)

После открытия электромагнитной индукции Фарадеем (наведение тока в проводнике в изменяющемся магнитном поле) возникла необходимость для определения направления индуцированного тока. Это правило дал выдающийся русский физик Э.Х.Ленц. (14). Оно гласит: «Если металлический проводник перемещается вблизи тока или магнита, то в нем возникает гальванический ток. Направление этого тока таково, что покоящийся провод пришел бы от него в движение, противоположное действительному перемещению». (15). То есть правило сводилось к такому типу, как «спроси совет и поступи наоборот».

Правила, известные нынешним выпускника школ, как «правило левой руки» и «правило правой руки» в окончательном виде предложил английский физик Флеминг и служат они для ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗАПОМИНАНИЯ физического явления физикам, студентам и школьникам, а не для того, чтобы им морочить головы.

Эти правила широко вошли в практику и учебники физики и после открытия электрона очень многое пришлось бы изменять и не только в учебниках, если указывать истинное направление тока. Так и живет эта условность более полутора столетий. Сначала она не вызывала трудностей, но с изобретением электронной лампы (по иронии судьбы первую радиолампу изобрел Флеминг) и широким применением полупроводников начали возникать трудности. Поэтому физики и специалисты по электронике предпочитают говорить не о направлениях электрического тока, а о направлениях движения электронов, или зарядов. Но электротехника по-прежнему оперирует старыми определениями. Иногда это вызывает путаницу. Можно было бы внести коррективы, но не вызовет ли это больше неудобств, чем существующие?

Список литературы

1. Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. М., Высшая школа, 1957, с.8.

2. Н.И.Мансуров, В.С.Попов. Теоретическая электротехника. М., Энергия, 1968, с.46.

3. В.Франклин. Опыты и наблюдения над электричеством. АН СССР, М,. 1956, с.12-13.

4. А.Г.Столетов. Обзор теории электричества. Московские университетские известия. М, 1866, № 1, неоф. отдел. с.26-46..

5. М.И.Радовский. Дюфе – основатель дуалистической теории электричества. «Электричество» № 4, 1938, с.74-79.

6. М.В.Ломоносов. Избранные труды по физике и химии. М., 1961, с.534.

7. В.М.Дуков. Электрон. История открытия и изучения свойств. М., Просвещение, 1966, с. 11-12.

8. А.Азимов. Краткая история химии. М., Мир, 1983. с.66-67.

9. М.Фарадей. Экспериментальные исследования по электричеству. Т.1, М., АН СССР, 1947, с.191.

10. А.И.Герцен. Письма об изучении природы. Соч. в 9 томах. т.2. М., худож. лит. 1955, с.102.

11. А.М.Ампер. Электродинамика. М., АН СССР, 1954, с.229.

12. О.Д.Хвольсон. Курс физики. т.4., Берлин, Госиздат РСФР, 1923, С.491.

13. М.Фарадей. с.269.

14. Э.Х.Ленц. Избранные труды. М., АН СССР., 1950, с.147-157.

www.ronl.ru

История электротехники

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Нижневартовский филиал

В.З. Ковалёв, А.Г. Щербаков, Р.Н. Хамитов

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Учебное пособие

Омск 2006

УДК 621.3.000.93(075)

ББК 31.2 гя73

К 56 Рецензенты:

Авилов В.Д. зав. кафедрой «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПС, д.т.н., профессор, засл. работник транспорта РФ, академик ПАНИ, член-корр. АЭН РФ;

Руппель А.А. зав. кафедрой «АПП и электротехника» СибАДИ, к.т.н., доцент

Ковалёв В.З. и др.

К56 История электротехники: Учеб. пособие / В.З. Ковалёв, А.Г. Щербаков, Р.Н. Хамитов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. 60 с. Изложены основные этапы развития электротехники как самостоятельной отрасли, теоретическая и практическая база которой является основой для многих технических отраслей (промышленной электроники, радиоэлектроники, автоматики и т.д.). Приводятся некоторые памятные даты развития электротехники и её основные термины.

Учебное пособие написано в соответствии с программой курса «История электротехники» для студентов специальностей 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений» и 080801 «Прикладная информатика (в электрооборудовании и электрохозяйстве предприятий, организаций и учреждений)». Может быть полезно студентам других электрических и электромеханических специальностей при изучении подобных дисциплин, а также всем, кто интересуется историей развития электротехники.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета. УДК 621.3.000.93(075)

ББК 31.2 гя73  Авторы, 2006

 Омский государственный

т

ехнический университет, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………..……...4

1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ……………….5

2. НЕКОТОРЫЕ ПАМЯТНЫЕ ДАТЫ РАЗВИТИЯ

ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ…………………………………………………………..8

3. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ……………...…………11

4. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ДО 1800 г. ………………………………….....…..14

5. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА В ПЕРИОД 1800–1830 гг.…………………..….....30

6. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА В ПЕРИОД 1830–1870 гг.………………………...48

7. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА В ПЕРИОД 1870–1890 гг. ……………………......67

8. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА В ПЕРИОД 1890–1980 гг.………….....…………..70

Библиографический список………………………………………………74

Введение

Изделия электротехнической промышленности плотно вошли и продолжают входить в нашу жизнь. Невозможно представить современную жизнь без электрического освещения, электрических двигателей и генераторов электрической энергии, электрических нагревателей, вычислительной техники и т.п. На сегодняшний день практически не осталось ни одной сферы человеческой деятельности, где не использовалась бы энергия электрического тока. При этом наблюдается постоянный рост мощностей потребителей электрической энергии и постоянное появление новых их разновидностей.

Всё это говорит о том, что электротехника сегодня – одна из самых интенсивно развивающихся отраслей человеческой деятельности. При этом история использования электрической энергии насчитывает чуть более 200 лет. За прошедшие два века было произведено обобщение имеющихся ранее знаний об электричестве и магнетизме, разработаны соответствующие теории для описания электрических и магнитных явлений, выработана терминология, построен на основе этой теории ряд электротехнических устройств, конструкция которых находится в постоянном совершенствовании и развитии. Точно в таком же совершенствовании и развитии находится и современная теория электрических и магнитных явлений. Специалистам, чья сфера деятельности связана с созданием, эксплуатацией или техническим обслуживанием различного рода электрооборудования, необходимо иметь представление об особенностях создания и развития этого оборудования, об особенностях формирования и развития формулировок физических законов, на основе которых функционирует рассматриваемое оборудование.

Данное учебное пособие позволить отследить основные этапы становления и развития теории об электрических и магнитных явлениях, этапы создания и развития широко используемого электротехнического оборудования. Цель учебного пособия – показать студентам, как развивались представления исследователей прошлых лет об окружающем мире и в частности об электричестве и магнетизме, как эти представления отражались на путях использования явлений электричества и магнетизма и на создании различного рода электротехнических устройств, как конструкция электротехнических устройств изменялась согласно изменениям представлений исследователей об окружающем мире.

1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Электротехника – область науки и техники, использующая элект­рические и магнитные явления для осуществления процессов пре­образования энергии и превращения вещества, а также для передачи сигналов и информации.

В развитии электротехники условно можно выделить следую­щие шесть этапов.

1. Становление электростатики (до 1800 г.). К этому периоду относятся первые наблюдения электрических и магнитных явле­ний, создание первых электростатических машин и приборов, исследования атмосферного электричества, разработка первых те­орий электричества, установление закона Кулона, зарождение электромедицины.

2. Закладка фундамента электротехники, ее научных основ (1800–1830). Начало этого периода ознаменовано созданием «вольтова столба» – первого электрохимического генератора, а вслед за ним "огромной наипаче батареи" В. В. Петрова, с помощью которой им была получена электрическая дуга и сделано много но­вых открытий. Важнейшие достижения этого периода: открытие основных свойств электрического тока, законов Ампера, Био и Савара, Ома, создание прообраза электродвигателя, первого индикатора электрического тока (мультипликатора), установление связей между электрическими и магнитными явлениями.

3. Зарождение электротехники (1830–1870). Самым зна­менательным событием этого периода явилось открытие М. Фарадеем явления электромагнитной индукции, создание первого электромашинного генератора. Разрабатываются разнообраз­ные конструкции электрических машин и приборов, формули­руются законы Ленца и Кирхгофа, создаются первые источники электрического освещения, первые электроавтоматические приборы, зарождается электроизмерительная техника. Однако широкое практическое применение электрической энергии бы­ло невозможно из-за отсутствия экономичного электрического генератора.

4. Становление электротехники как самостоятельной отрасли тех­ники (1870–1890). Создание первого промышленного электрома­шинного генератора с самовозбуждением (динамомашины) открывает новый этап в развитии электротехники, которая стано­вится самостоятельной отраслью техники. В связи с развитием про­мышленности, ростом городов возникает острая потребность в электрическом освещении, начинается строительство «домовых» электрических станций, вырабатывающих постоянный ток. Элект­рическая энергия становится товаром, и все более остро ощущается необходимость централизованного производства и экономичной пе­редачи электроэнергии на значительные расстояния. Решить эту проблему на базе постоянного тока было нельзя из-за невозможно­сти трансформации постоянного тока. Значительным стимулом к внедрению переменного тока явилось изобретение «электрической свечи» П. Н. Яблочковым и разработка им схемы дробления электри­ческой энергии посредством индукционных катушек, представляв­ших собой трансформатор с разомкнутой магнитной системой.

Одновременно разрабатываются способы передачи электриче­ской энергии на большие расстояния посредством значительного повышения напряжения линий электропередач. Дальнейшее раз­витие электрического освещения способствовало совершенствова­нию электрических машин и трансформаторов; в середине 80-х гг. началось серийное производство однофазных трансформаторов с замкнутой магнитной системой. Идея П. Н. Яблочкова о централизованном производстве и распределении электроэнергии претворяется в жизнь, начинается строительство центральных электростанций переменного тока.

Однако развивающееся производство требовало комплексного решения сложнейшей научно-технической проблемы: экономич­ной передачи электроэнергии на дальние расстояния и создания экономичного и надежного электрического двигателя, удовлетво­ряющего требованиям промышленного электропривода. Эта проблема была успешно решена на основе многофазных, в частности трехфазных систем.

5. Становление и развитие электрификации (с 1891 г.). Важ­нейшей предпосылкой разработки трехфазных систем явилось открытие (1888 г.) явления вращающегося магнитного поля. Первые многофазные двигатели были двухфазными. Трехфазная система оказалась наиболее рациональной, так как имела ряд преиму­ществ как перед однофазными цепями, так и перед другими мно­гофазными системами.

В разработку трехфазных систем большой вклад сделали уче­ные и инженеры разных стран. Но, как будет показано далее, наи­большая заслуга принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому, сумевшему придать своим работам практический характер, со­здавшему трехфазные синхронные генераторы и асинхронные двигатели, трансформаторы. Убедительной иллюстрацией пре­имуществ трехфазных цепей была знаменитая Лауфен-франкфуртская электропередача (1891 г.), сооруженная при активном участии Доливо-Добровольского.

С этого времени начинается бурное развитие электрификации: строятся мощные электростанции, возрастает напряжение элект­ропередач, разрабатываются новые конструкции электрических машин, аппаратов и приборов. Электрический двигатель занимает господствующее положение в системе промышленного привода.

Процесс электрификации постепенно охватывает все новые об­ласти производства: развивается электрометаллургия, электро­термия, электрохимия.

Электрическая энергия начинает все более широко использо­ваться в самых разнообразных отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в быту.

Широкое применение переменного тока потребовало теорети­ческого осмысления и математического описания физических про­цессов, происходящих в электрических машинах, линиях электропередач, трансформаторах.

6. Зарождение и развитие электроники (первая четверть XX в.). Рост потребности в постоянном токе (электрохимия, электротран­спорт и др.) вызвал необходимость в развитии преобразовательной техники, что привело к зарождению, а затем бурному развитию промышленной электроники.

Электротехника становится базой для разработки автоматизи­рованных систем управления энергетическими и производствен­ными процессами. Создание разнообразных электронных, в особенности микроэлектронных устройств позволяет коренным образом повысить эффективность автоматизации процессов вы­числений, обработки информации, осуществлять моделирование сложных физических явлений, решение логических задач и др. при значительном снижении габаритов, устройств, повышении их надежности и экономичности.

Значительный прогресс в электронике наметился после создания больших интегральных схем (БИС), быстродействие их измеряется миллиардными долями секунды, а минимальные размеры состав­ляют 2–3 мкм. Внедрение БИС привело к созданию микропроцессоров, осуще­ствляющих цифровую обработку информации по программе, и микроЭВМ.

Быстрое развитие микроэлектроники обусловило возникнове­ние и заметный прогресс новой области науки и техники — ин­форматики. Уже в начале 80-х гг. как в нашей стране, так и за рубежом ста­ли изготовлять микропроцессоры и микроЭВМ в одном кристалле. Все это дает огромный эффект в повышении надежности, сниже­нии габаритов и потребляемой энергии микроэлектронных уст­ройств, используемых в различных производственных процессах, автоматизированных системах управления, на транспорте, в быто­вых устройствах.

2. НЕКОТОРЫЕ ПАМЯТНЫЕ ДАТЫ

РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Второе тысячелетие до н.э. – в Китае изобретены первые компасы различных конструкций.

1600 г. Вильямом Гильбертом написана книга «О магните, магнитных телах и большом магните Земли».

1633 г. В «Трактате о свете» Декартом была сформулирована идея сохранения движения, эта идея получила дальнейшее развитие у Лейбница как закон сохранения живых сил.

1650 г. Отто фон Герике создал электростатическую машину.

1729 г. С. Грей вывел зависимость тел от их отношения к электричеству (проводники и непроводники).

1744 г. М.В. Ломоносовым и А.Л. Лавуазье независимо друг от друга открыт закон сохранения вещества.

1744 г. Важным новым элементом конструкции машины стал кондуктор (кондуктор служил резервуаром для сбора электрических зарядов, образованных при трении).

1745 г. Академик Г.В. Рихман разработал оригинальную конструкцию первого электроизмерительного прибора – «электрический указатель». В этом же году профессор Мусхенбрук изобретает «Лейденскую банку», а вскоре и простейший конденсатор.

1747 г. Б. Франклин разработал «унитарную» теорию электричества.

1749 г. Он же экспериментально доказал электрическую природу молнии и ее тождество с уже известными свойствами «электрической жидкости».

1752 г. Был установлен первый «громоотвод» по проекту Б. Франклина.

1766 г. Англичанин Т. Лейн изобрел новый тип электрометра.

1781 г. На Международном конгрессе электриков в Париже единице напряжения было присвоено наименование «Вольт».

1799 г. А. Вольта создал первый источник непрерывного электрического тока, который впоследствии получил название «электродвижущий аппарат» («вольтов столб»).

1802–1803 г. В.В. Петров открыл явление электрической дуги и указал на возможность ее использования для электроосвещения, электросварки и плавления металлов.

1820 г. Ж.Б. Био и Ф. Саваром был установлен закон действия тока на магнит. В этом же году А.М. Ампер сформулировал известный закон – закон Ампера.

1825 г. Изобретен электромагнит с железным сердечником.

1827 г. Г.С. Ом сформулировал одно из основных положений для электрической цепи – закон Ома.

1827 г. В.В. Петровым впервые введен в электротехнический язык термин «сопротивление».

1831 г. М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

1832 г. П.Л. Шиллинг создал первый в мире электромагнитный телеграф.

1833 г. Э.Х. Ленц сформулировал одно из основных положений, относящихся к явлению электромагнитной индукции, – правило Ленца; теоретически установил (в 1838 г. показал экспериментально) обратимость генераторного и двигательного режимов электрических машин.

1834 г. Академик Б.С. Якоби создаёт электродвигатель с непосредственным вращением якоря.

1838 г. Началось испытание на реке Неве первого в мире судна, приводимого в движение электродвигателем. Б.С. Якоби изобрел гальванопластику.

1844 г. Э.Х. Ленц и независимо от него Джоуль установили количественное соотношение при нагревании проводника электрическим током – закон Джоуля–Ленца.

1847 г. Г. Кирхгоф сформулировал два закона для разветвленных электрических цепей (законы Кирхгофа).

1859 г. Построен первый свинцовый аккумулятор.

1867 г. Построена первая электрическая машина с самовозбуждением.

1872 г. А.Г. Столетов провел исследования магнитных свойств железа.

1873 г. А.Н. Лодыгин демонстрировал опыты уличного освещения с помощью изобретенной им лампы накаливания.

1876 г. П.Н. Яблочков изобрел электрическую свечу, новую систему распределения электрического тока и трансформатор (с разомкнутым магнитным сердечником). Ф.А. Пироцкий проводил опыты по передаче электроэнергии по железнодорожным рельсам.

1880 г. Д.А. Лачинов опубликовал первое в мире исследование о передаче электрической энергии на дальние расстояния.

1888 г. А.Г. Столетов исследовал фотоэлектрические явления и построил первый фотоэлемент.

М.О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазную систему электрических цепей.

Феррарис открыл явление вращающегося магнитного поля.

Г. Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн.

1891 г. Построена первая трехфазная линия электропередачи (Лауфен – Франкфурт на Майне, 175 км, 200 кВт, 15000 В).

1895 г. А.С. Попов изобрел беспроволочный телеграф и построил первый радиоприемник (грозоотметчик).

1897 г. А.С. Попов установил возможность радиолокации с помощью беспроволочного телеграфа.

1900 г. А.С. Попов организовал радиосвязь острова Готланд с материком для руководства работами по снятию с камней броненосца.

1919 г. Принято решение о строительстве Каширской ГРЭС на подмосковном угле.

1920 г. Принято постановление ВЦИК о создании комиссии ГОЭЛРО. VIII Всероссийский съезд Советов утвердил план ГОЭЛРО.

1922 г. Вступила в эксплуатацию первая в России линия электропередачи при напряжении 110 кВ (Кашира – Москва, 120 км).

1932 г. Начала работать Днепровская ГЭС.

1933 г. Введена в эксплуатацию первая линия электропередачи при напряжении 220 кВ (Ленинград – Свирь).

1954 г. Построена первая в мире атомная электростанция в г. Обнинске.

1956 г. Введена в эксплуатацию линия электропередачи при напряжении 400 кВ (Волжская ГЭС, 891 км).

1959 г. Введена первая в мире линия электропередачи при напряжении 500 кВ.

1962 г. Осуществлена передача постоянного тока при напряжении 800 кВ (Волгоград – Донбасс).

1967 г. Начата эксплуатация электропередачи переменного тока при напряжении 750 кВ (Конаково – Москва).

1973 г. Построена атомная электростанция на быстрых нейтронах (г. Шевченко).

3. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ 1. Электромагнитное поле – вид материи, определяемый во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны, называемые «электрическое поле» и «магнитное поле», оказывающий силовое воздействие на электрически заряженные частицы, зависящее от их скорости и электрического заряда.

2. Электрическое поле – одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости.

3. Магнитное поле – одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на движущуюся электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и ее скорости.

4. Элементарный электрический заряд – свойство электрона и протона, характеризующее их взаимосвязь с собственным электрическим полем и взаимодействие с внешним электрическим полем, определяемое для электрона и протона равными числовыми значениями с противоположными знаками.

Примечание: условно отрицательный знак приписывают заряду электрона, а положительный – заряду протона.

5. Электрический ток – явление направленного движения носителей электрических зарядов и (или) явление изменения электрического поля во времени, сопровождаемые магнитным полем.

6. Сила Лоренца – векторная величина, представляющая собой силу, действующую на электрически заряженную частицу, движущуюся в электромагнитном поле.

Примечание: сила Лоренца имеет две составляющие: электрическую, не зависящую от скорости частицы, обусловленную электрическим полем, и магнитную, пропорциональную скорости частицы, действующую со стороны магнитного поля.

7. Напряженность электрического поля – векторная величина, характеризующая электрическое поле и определяющая силу, действующую на электрически заряженную частицу со стороны электрического поля.

Примечание: напряженность электрического поля равна отношению силы, действующей на заряженную частицу, к её заряду и имеет направление силы, действующей на частицу с положительным зарядом.

8. Магнитная индукция – векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся электрически заряженную частицу со стороны магнитного поля.

Примечание: магнитная индукция равна отношению силы, действующей на электрически заряженную частицу, к произведению заряда и скорости частицы, если направление скорости таково, что эта сила максимальна и имеет направление, перпендикулярное к векторам силы и скорости, совпадающее с поступательным перемещением правого винта при вращении его от направления силы к направлению скорости частицы с положительным зарядом.

9. Магнитный поток – скалярная величина, равная потоку магнитной индукции.

10. Электрическое напряжение – скалярная величина, равная линейному интегралу напряженности электрического поля вдоль рассматриваемого пути.

Примечание: электрическое напряжение U12 вдоль рассматриваемого пути от точки 1 к точке 2 определяют по формуле

,

где Е – напряженность электрического поля; dl – бесконечно малый элемент пути; r1 и r2 – радиусы-векторы точек 1 и 2.

11. Электрический ток проводимости – явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в пустоте, количественно характеризуемое скалярной величиной, равной производной по времени от электрического заряда, переносимого свободными носителями заряда сквозь рассматриваемую поверхность.

12. Полный ток – скалярная величина, равная сумме электрического тока проводимости, электрического тока переноса и электрического тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность.

13. Вихревые (электрические) токи – электрические токи в проводящем теле, вызванные электромагнитной индукцией, замыкающиеся по контурам, образующим односвязную область.

14. Электромагнитная индукция – явление возбуждения электродвижущей силы в контуре при изменении магнитного потока, сцепляющегося с ним.

15. Самоиндукция – электромагнитная индукция, вызванная изменением сцепляющегося с контуром магнитного потока, обусловленного электрическим током в этом контуре.

16. Взаимная индукция – электромагнитная индукция, вызванная изменением сцепляющегося с контуром магнитного потока, обусловленного электрическими токами в других контурах.

Понятия, относящиеся к электрическим и магнитным свойствам сред.

  1. Электрическая цепь – совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, электрическом токе и электрическом напряжении.
  2. Резистор – элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления.
  3. Электрический конденсатор – элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрической емкости.
  4. Индуктивная катушка – элемент электрической цепи, предназначенный для использования его собственной индуктивности и/или его магнитного поля.
  5. Активное сопротивление – параметр пассивного двухполюсника, равный отношению активной мощности, поглощаемой в этом двухполюснике, к квадрату действующего значения электрического тока через этот двухполюсник.
  6. Реактивное сопротивление – параметр пассивного двухполюсника, равный квадратному корню из разности квадратов полного и активного электрических сопротивлений двухполюсника, взятый со знаком плюс, если электрический ток отстает по фазе от электрического напряжения, и со знаком минус, если электрический ток опережает по фазе напряжение.
  7. Индуктивное сопротивление – реактивное сопротивление, обусловленное собственной индуктивностью элемента электрической цепи и равное произведению значений индуктивности и угловой частоты.
  8. Емкостное сопротивление – реактивное сопротивление, обусловленное емкостью элемента электрической цепи и равное абсолютному значению величины, обратной произведению значений этой емкости и угловой частоты.
  9. Постоянный электрический ток – электрический ток, не изменяющийся во времени.
Примечание: аналогично определяют постоянные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т.д.
  1. Переменный электрический ток – электрический ток, изменяющийся во времени.
Примечание: аналогично определяют переменные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т.д.
  1. Постоянная составляющая периодического электрического тока – среднее значение периодического электрического тока за период.
Примечание: аналогично определяют постоянные составляющие периодических электрического напряжения, электродвижущей силы, магнитного потока и т.д.
  1. Переменная составляющая периодического электрического тока – разность мгновенных значений периодического электрического тока и его постоянной составляющей.
Примечание: аналогично определяют переменные составляющие периодических электрического напряжения, электродвижущей силы, магнитного потока и т.д.
  1. Синусоидальный электрический ток – периодический электрический ток, являющийся синусоидальной функцией времени.
Примечание: аналогично определяют синусоидальные электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т.д.
  1. Полная мощность (двухполюсника) – величина, равная произведению действующих значений электрического напряжения и электрического тока на входе двухполюсника.
  2. Активная мощность (двухполюсника) – величина, равная среднеарифметическому значению мгновенной мощности двухполюсника за период.
  3. Реактивная мощность (двухполюсника) – величина, равная при синусоидальных электрическом токе и электрическом напряжении произведению действующего значения напряжения на действующее значение тока и на синус сдвига фаз между напряжением и током двухполюсника.
  4. Коэффициент мощности (двухполюсника) – скалярная величина, равная отношению активной мощности двухполюсника к полной мощности.

4. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ДО 1800 г. Первые наблюдения электрических и магнитных явлений отно­сятся к глубокой древности. О таинственных способностях магни­та притягивать железные предметы упоминается в старинных летописях и легендах, дошедших до нас из Азии, Индии, Китая, Центральной Америки, древней Греции и Рима. Кусочки природ­ного железняка (магнита) в разных странах имели различные на­звания, но большая часть из них переводится как «любящий» (т.е. «любящий железо»).

Происхождение слова «магнит» древние ученые также объясня­ют по-разному. Например, известный римский писатель и ученый Плиний (23—79 гг.) в своей 37-томной «Естественной исто­рии» ссылается на легенду о пастухе Магнесе, пасшем стада у под­ножия горы на острове Крит, близ которой были разбросаны загадочные черные камни, притягивавшие железные гвозди его сандалий и железный наконечник посоха. В честь Магнеса эти камни будто бы назвали магнитами, а само явление притяжения – магнетизмом.

По утверждению древнегреческого философа Платона (427—347 гг. до н.э.), слово «магнит» происходит от названия древнегреческой провинции Магнезии, жителей которой называли «магнетами», а камни из Магнезии – магнитами.

Из древних сказаний и летописей, относящихся ко второму ты­сячелетию до н.э., мы узнаем о многих интересных фактах прак­тического использования магнита. Древние индийцы использовали магнит для извлечения железных наконечников стрел из тел ране­ных воинов. В китайских летописях рассказывается о волшебных магнитных воротах, сквозь которые не мог пройти человек, спря­тавший металлическое оружие.

Естественно, что древние ученые и естествоиспытатели заду­мывались над причиной загадочных свойств магнита. Платон, на­пример, объяснял их божественным происхождением.

Один из древних мудрецов Фалес (640—550 гг. до н.э.) счи­тал причиной движения «душу», и поэтому, по мнению Аристо­теля, наличие у магнита «души» вызывало притяжение к нему железа.

С именем Фалеса связаны и дошедшие до нас предания о свой­стве натертого янтаря притягивать легкие тела. По его мнению, в янтаре (как и в магните) имеется душа, являющаяся первопричи­ной притяжения.

Изделия из янтаря, блестящие и красивые, широко использова­лись древними людьми для украшения, поэтому вполне вероятна, что многие могли заметить, что натертый янтарь притягивает лег­кие соломинки, кусочки тканей и пр.

Греки называли янтарь "электрон" () – от этого (спустя много веков) и произошло слово «электричество».

И еще одно любопытное явление не осталось незамеченным древними народами, жившими на побережье Средиземного моря и в бассейне Нила. Речь идет об «электрических» рыбах — скате и соме. Греки их называли «наркэ», что означает «парализующий». При соприкосновении с этими рыбами, имеющими электрические органы, человек испытывал сильные удары. Известно, что в пер­вом веке н.э. римские врачи использовали электрического ската для лечения подагры, головной боли и других болезней.

И, конечно, древние народы наблюдали грозные раскаты гро­ма и яркие вспышки молний, внушавшие им естественный страх, но ни одному из мудрецов тех времен не могла прийти мысль о том, что и притяжения натертого янтаря, и удары элек­трических рыб, и явление грозы в атмосфере имеют одну и ту же природу.

Упадок античной культуры заметно отразился и на изучении электрических и магнитных явлений. Из многочисленных ис­точников следует, что практически до 1600 г. не было сделано ни одного открытия в области электрических явлений, а в обла­сти магнетизма описаны способы использования мореплавате­лями компаса (арабами в IX в., а европейцами – в XI в.). В XIII в. находятся подтверждения некоторым новым открытиям, сде­ланным независимо друг от друга англичанином Р. Бэконом, французом П. Перегрином и итальянцем Д. Б. Порта. Им уда­лось установить ряд свойств магнита: существование разно­именных полюсов и их взаимодействие; распространение магнитного действия через различные тела (бумагу, дерево и др.), невозможность получения магнита с одним полюсом.

В XVI—XVII вв. с развитием торговли в Европе все большее распространение получает экспериментальный метод научных ис­следовании, одним из основоположников которого по праву назы­вают Леонардо да Винчи (1452—1519). Это в его записной книжке можно найти знаменательные слова: «Не слушай учения тех мыслителей, доводы которых не подтверждены опытом».

Значительный перелом в представлениях об электрических и магнитных явлениях наступил в самом начале XVII в., когда вы­шел в свет фундаментальный научный труд видного английского ученого Вильяма Гильберта (1554—1603) «О магните, магнит­ных телах и о большом магните — Земле» (1600 г.). Будучи после­дователем экспериментального метода в естествознании, В. Гильберт провел более 600 искусных опытов, открывших ему тайны «скрытых причин различных явлений».

В отличие от многих своих предшественников Гильберт считал, что причиной действия на магнитную стрелку является магнетизм Земли, которая является большим магнитом. Свои выводы он ос­новывал на оригинальном эксперименте, впервые им осуществ­ленном. Он изготовил из магнитного железняка небольшой шар – «маленькую Землю — тереллу» и доказал, что магнитная стрелка принимает у поверхности этой «тереллы» такие же положения, какие она принимает в поле земного магнетизма. Исследуя магнетизм, Гильберт занялся также и изучением электрических явлений. Он доказал, что электрическими свойст­вами обладает не только янтарь, но и многие другие тела — алмаз, сера, смола, горный хрусталь, электризующиеся при их натира­нии. Эти тела он называл «электрическими» в соответствии с гре­ческим названием янтаря (электрон). Но Гильберт безуспешно пытался наэлектризовать металлы, не изолируя их. Поэтому он пришел к ошибочному выводу о невозможности электризации ме­таллов трением. Это заключение Гильберта было убедительно опро­вергнуто спустя два столетия выдающимся русским электротехником академиком В. В. Петровым.

В. Гильберт правильно установил, что «степень электрической силы» бывает различна, что влага снижает интенсивность электризации тел посредством натирания.

Сравнивая магнитные и электрические явления, Гильберт ут­верждал, что они имеют разную природу: например, «электриче­ская сила» происходит только от трения, тогда как магнитная — постоянно воздействует на железо, магнит поднимает тела значи­тельной тяжести, электричество – только легкие тела. Этот оши­бочный вывод Гильберта продержался в науке более 200 лет.

Пытаясь объяснить механизм воздействия магнита на железо, а также способность наэлектризованных тел притягивать другие легкие тела, Гильберт считал магнетизм как особую «силу оду­шевленного существа», а электрические явления – «истечениями» тончайшей жидкости, которая вследствие трения «выливается из тела» и непосредственно действует на другое притягиваемое тело.

Представление Гильберта об электрическом «притяжении» бы­ло более правильным, чем у многих современных ему исследова­телей. По их утверждениям, при трении из тела выделяется «тончайшая жидкость», которая отталкивает воздух, прилегающий к предмету; более отдаленные слои воздуха, окружающие тело, оказывают сопротивление «истечениям» и возвращают их вместе с легкими телами обратно к наэлектризованному телу.

Представления о том, что электрические явления обусловлены присутствием особой «электрической жидкости», аналогичной «теплотвору» и «светотвору», были характерны для науки того пе­риода, когда механистические взгляды на многие явления приро­ды были господствующими.

Одним из первых, кто, познакомившись с книгой Гильберта, решил получить более сильные проявления электрических сил, был известный изобретатель воздушного насоса магдебургский бургомистр Отто фон Герике (1602—1686). В 1650 г. он изгото­вил шар из серы величиной с детскую голову, насадил его на же­лезную ось, укрепленную на деревянном штативе (рис.1). При помощи ручки шар мог вращаться и натирался ладонями рук или куском сукна, прижимаемого к шару рукой. 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.

Рис.1. Электростатическая машина Герике
С помощью электростатической машины Герике немецкому ученому Г. В. Лейбницу (1646–1716) удалось наблюдать электрическую искру. Первое упоминание об этом явлении содержится в письме Лейбница (март 1672 г.).

В течение первой половины 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) стали применять стеклянные диски. Для натирания использовались ко­жаные подушечки, прижимаемые к стеклу пружинками.

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.

В 60-х гг. XVIII в. электростатическая машина приобрела ос­новные современные черты.

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 и магнитным явлениям и привели к открытию ранее неизвестных фактов. Были обнаружены два рода электричества, выявлены законы их взаимодействия, установлена «быстрота передачи электричества». В это же время 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) и члена Парижской Академии наук Шарля Франсуа Дюфе (1698–1739).

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 (на­пример, металлическая нить, проволока) и непроводники (напри­мер, 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.

После того как было установлено разделение тел на проводники и непроводники, а опыты с электростатическими машинами получили широчайшее распространение, совершенно естественной была попытка «накопить» электрические заряды в каком-то сосуде, который мог их сохранить. Среди многих фи­зиков, занявшихся подобными экспериментами, наибольшую известность получил голландский профессор из г. Лейдена Мусхенбрук (Мушенбрек) (1692–1761). Зная, что стекло не проводит электричества, он (в 1745 г.) взял стеклянную банку (колбу), наполненную водой, опустил в нее медную проволоку, висевшую на кондукторе электрической машины, и попросил своего помощника вращать шар машины. При этом он правильно предположил, что заряды, поступавшие с кондуктора, будут накапливаться в стеклянной банке.

После того как в банке накопилось достаточное количество зарядов, он решил левой рукой отсоединить медную проволоку. При этом он ощутил сильный удар, ему показалось что «пришел конец».

Так была изобретена лейденская банка (по имени г. Лейдена), а вскоре и первый простейший конденсатор – одно из самых распространённых электротехнических устройств.

Опыт Мусхенбрука произвел подлинную сенсацию не только среди физиков, но и многих любителей, интересовавшихся электрическими опытами. Независимо от Мусхенбрука в том же 1745 г. к созданию лейденской банки пришел и немецкий ученый Э.Г. Клейа. Опыты с лейденской банкой стали производить физики разных стран, а в 1746—1747 гг. первые теории лейденской банки разработали знаменитый американский ученый Б. Франклин и хранитель физического кабинета англичанин В. Уатсон. Небезынтересно отметить, что Уатсон стремился определить скорость распространения электричества, «заставив» его «пробежать» 12 000 футов.

Одним из важнейших последствий изобретения лейденской банки явилось установление влияния электрических разрядов на организм человека, что привело к зарождению электромедицины. Это было первое сравнительно широкое практическое применение электричества, сыгравшее большую роль в углублённом изучении электрических явлений.

Опыт Мусхенбрука был повторен в присутствии французского короля аббатом Нолле. Он образовал цепь из 180 гвардейцев, взявшихся за руки, причем первый держал банку в руке, а послед­ний прикасался к проволоке, извлекая искру. «Удар почувство­вался всеми в один момент; было курьезно видеть разнообразие жестов и слышать мгновенный вскрик» десятков людей. От этой цепи солдат и произошел термин «электрическая цепь».

Постепенно конструкция лейденской банки совершенствова­лась: воду заменили дробью, а затем наружная поверхность по­крывалась тонкими свинцовыми пластинами; позднее внутреннюю и наружную поверхности стали покрывать оловянной фольгой, и банка приобрела современный вид.

При проведении исследований с банкой было установлено (в 1746 г. англичанином Б. Вильсоном), что количество электричества, соби­раемое в банке, пропорционально размеру обкладок и обратно про­порционально толщине изоляционного слоя. В 70-х гг. XVIII в. металлические пластины стали разделять не стеклом, а воздушным промежутком. Так появился простейший конденсатор.

Важным и вполне закономерным шагом на пути изучения элек­трических явлений был переход от качественных наблюдений к установлению количественных связей и закономерностей, к раз­работке основ теории электричества. Наиболее значительный вклад в решение этих проблем был сделан петербургскими акаде­миками М. В. Ломоносовым и Г. В. Рихманом и американским ученым Б. Франклином.

Выдающийся ученый-энциклопедист XVIII в. Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765) явился в России основоположником изу­чения электрических явлений, автором первой теории электричества. При поддержке Ломоносова академик Георг Вильгельм Рихман (1711—1753) разработал в 1745 г. оригинальную конструкцию пер­вого электроизмерительного прибора непосредственной оценки «электрического указателя» (рис. 2), который принципиально отличался от уже известного электроскопа тем, что был снабжен деревянным квадрантом со шкалой, разделенной на градусы. Именно это усовершенствование (по словам Рихмана) позволило измерять «большую и меньшую степень электричества».

Из постановления Академической канцелярии (март 1745 г.) следует, что Рихманом проводились весьма интересные электрические эксперименты, «которые при дворе и современном петербургском обществе обращали на себя внимание». Для этих экспериментов Рихману была предоставлена «при дворе особливая камера», которая, по-видимому, была первой отечественной электрической лабораторией. До Рихмана в России систематическим изучением электрических явлений не занимались. «Электрический указатель» Ломоносов и Рихман использовали при создании «громовой машины» – первой стационарной установки для наблюдения за интенсивностью электрических разрядов в атмосфере. Атмосферное электричество в середине XVIII в., еще совершенно неизученное загадочное проявле­ние гигантских сил природы, привлекало особое внимание М. В. Ломоносова.

«Громовая машина» (рис. 3) позволяла непре­рывно наблюдать за изменением электричества. С помощью «громовой машины» Ломоносов и Рихман установили, что электричество содержится в атмосфере и при отсутствии грозы, они убедительно доказали, что молния – это электрические разряды в атмосфере.

Рис. 2. Электрический указатель Рихмана: 1 – деревянный квадрант с делениями; 2 – металлическая линейка; 3 – металлический шест; 4 – льняная нить

Рис. 3. Громовая машина:

1 – электрический указатель;

2 – соединительная проволока;

3 – шест на крыше
Летом 1753 г. М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман провели уникаль­ный эксперимент и с помощью громовой машины доказали, что «... элект­рическая сила без действительного грому быть может. Ежели второе правда, то не гром и молния электрической силы в воздухе, но сама электрическая сила грому и молнии причина». Ученые, при огромном стечении народа, устроили пальбу из целой батареи пушек, гром «сотрясал небо», но электрический указатель» ничего не показывал («искусством произведенный гром электрической силы не показывает»).

Выводы М. В. Ломоносова послужили одной из основ впервые разработанной им теории атмосферного электричества. На публичном собрании Академии наук в сентябре 1753 г. Рихман, – пи­сал Ломоносов, – «будет предлагать опыты..., а я – теорию и пользу от оной происходящую...».

Как известно, 25 июня 1753 г., во время грозы Г. В. Рихман, приблизившись к «электрическому указателю», был убит ударом «бледно-синеватого огненного шара».

Трагическая смерть ученого послужила поводом для нападок со стороны духовенства и реакционных кругов на ученых, стремив­шихся проникнуть в тайны природы. Опыты Ломоносова и Рихма­на называли кощунственными и требовали их прекратить, подчеркивая, что смерть Рихмана, – это «наказание господне за вторжение в область божью».

В ноябре 1753 г. Ломоносов выступил со своим знаменитым докладом «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих, предложенное от Михаила Ломоносова». В этом докладе впервые была изложена разработанная им строго научная материалистическая теория атмосферного электричества, которая, по утверждению современных специалистов, в своей принципиальной основе впол­не соответствует современному представлению об этих явлениях.

По утверждению Ломоносова, атмосферное электричество воз­никает в результате трения пылинок и других взвешенных час­тичек воздуха с капельками воды, происходящего при вертикальных перемещениях воздушных потоков. Процесс электризации Ломоносов объяснял так: поток теплого воздуха, устремляющийся вверх (восходящий поток), увлекает за собой различные «жирные и горючие пары» и другие примеси, на­ходящиеся в воздухе. Частицы этих паров Ломоносов называл «шаричками». Эти «шарички», по его мнению, имеют свойства, близкие к свойствам твердого тела, и не могут поэтому смеши­ваться с частичками воды (капли дождя), встречающимися на их пути. В результате трения между «шаричками» и капельками во­ды возникают электрические заряды как на тех, так и на других. Ломоносов писал: «… жирные шарички горючих паров, которые ради разной природы с водяными слиться не могут, и ради безмерной малости к свойствам твердого тела подходят, скорым встреч­ным движением сражаются, трутся, электрическую силу рождают, которая, распространяясь по облаку, весь оный занимает». В разработке этой теории Ломоносов ближе, чем кто-либо из его предшественников, подошел к современным теориям грозы.

Свои воззрения на явления электричества Ломоносов сформу­лировал в 1756 г. в неопубликованном и сохранившемся лишь в виде тезисов труде «Теория электричества, разработанная мате­матическим путем». В отличие от большинства своих современни­ков Ломоносов полностью отрицает существование особой электрической материи и рассматривает электричество как форму движения эфира.

«Эфирная» теория электричества, разработанная Ломоносо­вым, была передовой для своего времени. Она являлась новым ша­гом к материалистическому объяснению явлений природы. Эфирная теория получила дальнейшее развитие в трудах Эйлера, а позднее, в XIX в., ее придерживались Фарадей и другие круп­нейшие ученые. Фарадей, например, считал электричество дви­жением некой, заполняющей все пространство, пронизывающей все тела упругой среды.

Северные сияния, по мнению Ломоносова, также имеют элект­рическую природу. Он рассматривал их как свечение, вызываемое электрическими зарядами в верхних слоях атмосферы. «... Весьма вероятно, — писал Ломоносов в своем «Слове о явлениях воздуш­ных, от электрической силы происходящих», что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы».

М. В. Ломоносовым были проделаны интересные опыты со све­чением разряженного воздуха в стеклянном наэлектризованном шаре — это свечение он сравнивал с северным сиянием: «Возбуж­денная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает». Опыты Ломоносова по воспроизведению северных сияний на моделях были повторены только спустя 175 лет. Наблюдавшееся Ломоносовым свечение было по существу явлением электрического разряда в разреженном воздухе.

Основываясь на многочислен­ных опытах, Ломоносов пришел к выводу о целесообразности широ­кого применения громоотводов. Он писал: «Такие стрелы на местах, от обращения человеческого по мере удаленных, ставить за небес­полезное дело почитаю, дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах челове­ческих и на храминах, силы свои изнуряла».

В отличие от Франклина Ломоносов правильно указал на реша­ющую роль заземления в устройстве громоотвода.

Большой вклад в изучение электрических явлений, в особенно­сти атмосферного электричества, был сделан известным амери­канским ученым и общественным деятелем Бенджамином Франклином (1706–1790). Им были проведены (1747– 1752 гг.) многочисленные опыты по улавливанию и изучению атмосферно­го электричества, усовершенствован молниеотвод, разработа­на так называемая «унитарная» теория электричества (1747 г.) Б. Франклин высказал правильные предположения о материаль­ном характере электричества, считая, что оно представляет собой элемент, состоящий из «частиц, чрезвычайно тонких». Ему уда­лось подойти к представлению об «электризации через влияние», т.е. к явлению электростатической индукции. Он впервые (1749 г.) экспериментально доказал электрическую природу молнии и ее тождество с уже известными свойствами «электрической жид­кости». Знаменитый опыт Франклина с воздушным («электриче­ским») змеем убедительно показал возможность «извлечения» электричества из облаков, которым он заряжал лейденскую банку подобно тому, как это осуществлялось посредством электростати­ческой машины. Предполагается, что им впервые были введены такие термины, как «батарея», «заряд», «разряд», а также он пер­вым соорудил батарею из лейденских банок.

Вот некоторые подробности из истории громоотвода. Франк­лин рассуждал о заостренных, устремленных к небу проводни­ках, еще не имея возможности провести эксперимент. Его письма к английскому ученому Коллинсону, будучи прочитан­ными в Лондонском королевском обществе, вызвали насмешки и не были опубликованы. В 1752 г. книга Франклина была опуб­ликована во Франции, и переводчик книги Далибар реализовал проект Франклина, установив в своем загородном поместье вер­тикальный прут. Вслед за тем такие «громоотводы» были уста­новлены в Марли близ Версаля и близ Парижа. Но вот что интересно: все эти стержни опирались на изоляторы и не были заземлены. Это обстоятельство позволило 10 марта 1752 г. во время грозы в Марли наблюдать разряды между железным стер­жнем и землей. В июне 1752 г. Франклин провел, наконец, вблизи Филадельфии свой знаменитый опыт с бумажным змеем, запущен­ным под облака. Намокнувший шнур, на котором удерживался змей, стал проводником, и Франклин экспериментально подтвердил свои гипотезы об атмосферном электричестве, громоотво­де и единстве природы атмосферного («естественного») и искусст­венного электричества, зарядив лейденскую банку.

Среди ученых, занимавшихся изучением электрических явле­ний, следует отметить чешского естествоиспытателя Прокопа Дивиша (1698–1765). Он соорудил большую электростатическую машину, предложил несколько типов молниеотводов, изучал вли­яние электрических разрядов на рост посевов различных культур.

Постепенно электрические эксперименты перестают быть мод­ными развлечениями и все более превращаются в мощное средство познания неизведанных тайн природы.

Мировую известность приобрел трактат петербургского акаде­мика Франца Ульриха Теодора Эпинуса (1724–1802) «Опыт теории электричества и магнетизма», изданный в Петербурге в 1759 г. Эпинус впервые указал на связь между электрическими и магнитными явлениями. К этому выводу он пришел в результате многочисленных экспериментов с электризацией кристаллов тур­малина при их нагревании и охлаждении (1752 г.). Это явление позднее получило название пироэлектричества. Образование раз­ноименных зарядов на противоположных концах кристаллов Эпинус уподоблял двум противоположным полюсам магнита. В своей речи на общем собрании Академии наук в 1758 г. Эпинус говорил «не только о некоем союзе и сходстве магнитной и электрической си­лы, но и сокровенном обеих сил точном подобии». И будто испугавшись дерзости своих мыслей о «подобии» этих различных (по утверждениям его многих современников) явлений, он в конце ре­чи добавил: «Но я таким образом заключать не отважусь». И неудивительно, прошло почти три четверти столетия, пока «сходство и подобие» электрических и магнитных явлений было убедительно доказано М. Фарадеем.

Независимо от Эпинуса итальянский ученый Д. Беккария (1716–1781) в 1758 г. выдвинул гипотезу о существовании тесной связи между «циркуляцией электрического флюида и магнетизмом».

Ф. Эпинусу принадлежит открытие явления электростатиче­ской индукции. Он впервые отверг утверждение Франклина об особой роли стекла в лейденской банке и применил плоский кон­денсатор с воздушной прослойкой. Он правильно утверждал, что чем меньше расстояние между обкладками банки и чем больше их поверхность, тем выше «степень электричества».

Предполагая, что «сила электрического потрясения» зависит главным образом от степени «сгущения электрической жидкости», Эпинус близко подошел к понятиям о потенциале и емкости. Эпинусом были поставлены эксперименты, воспроизводящие явления, имеющие место в приборе, названном позднее «электрофором». Изо­бретение электрофора обычно приписывают А. Вольте, но сам Воль­та отмечал, что Эпинус осуществил на практике идею электрофора, «хотя и не сконструировал законченного лабораторного прибора».

В своем сочинении Эпинус предложил свою теорию электриче­ских и магнитных явлений, которая основывалась на существова­нии электрической и магнитной жидкостей. Заслуживает внимания его попытка впервые применить математические расче­ты для характеристики взаимодействия заряженных тел. Задолго до Кулона он высказал предположение о том, что си­лы взаимодействия электрических и магнитных зарядов изменя­ются обратно пропорционально квадратам расстояния между ними. Эпинусом также была высказана правильная мысль о со­хранении количества электричества. Для увеличения «количества электрической материи» в одном теле ее «неизбежно нужно взять вне его и, следовательно, уменьшить ее в каком-либо другом теле».

Говоря о возникновении понятий потенциала («напряжение») и емкости, необходимо отметить большой вклад выдающегося итальянского физика Алессандро Вольты (1745–1827). Его по праву можно назвать основателем электрической метрологии. В ряде своих работ (1778–1782 гг.) он четко формулирует количе­ственные зависимости между электрическим зарядом, емкостью и напряжением: «...когда емкость больше, то данное количество электричества вызывает меньшее напряжение ... емкость и элект­рическое действие, или напряжение, находятся в обратном отно­шении». Причем под термином «напряжение» он понимает интенсивность или «усилие, производимое каждой точкой наэлек­тризованного тела». А. Вольта создал более совершенные электро­форы и электроскопы, в частности конденсаторный электроскоп.

Среди ряда теорий электричества, разработанных в XVIII в., за­служивает внимания теория петербургского академика Л. Эйлера (1707–1783) – одного из выдающихся ученых своего времени.

Подобно М. В. Ломоносову Эйлер отрицал существование осо­бой электрической материи и считал, что электрические явления обусловлены разрежением и сгущением эфира. Эта теория являет­ся дальнейшим развитием идей Ломоносова и приближается к эфирным теориям электричества XIX в. Эйлером описана также и одна из конструкций электростатической машины (1761 г.), от ко­торой заряжалась лейденская банка.

Углубление исследований в области статического электричест­ва не могло не привести к опровержению ряда ошибочных выво­дов, сделанных физиками в начальный период изучения этих явлений. Одним из таких ошибочных выводов было утверждение о невозможности электризации металлов трением.

В конце XVIII в. ряд европейских ученых, а также выдающийся русский физик и электротехник академик В. В. Петров приходят к заключению о том, что металлы могут быть наэлектризованы по­средством трения при условии их тщательной изоляции. Наиболее убедительно это было доказано В. В. Петровым в его труде «Новые электрические опыты», изданном в 1804 г. Он показал, что осо­бенно эффективным способом электризации металлов является «стегание» их выделанным мехом некоторых животных. Им также разработан ряд новых методов электризации различных тел. В. В. Петров правильно установил влияние размеров, темпе­ратуры и состояния поверхности тел, а также влажности окружающего воздуха на интенсивность электризации. Эти выводы В. В. Петрова, а также его указание на неустойчивость явления электризации тел подтверждены современными исследованиями.

Заслуживает внимания утверждение Петрова о возможности электризации человеческого тела посредством «стегания» – это позволяло врачам (он подчеркивает это в своем труде) применять электролечение без электростатической машины, которую не вся­кий медик мог иметь в своем распоряжении.

Результаты опытов по электризации тканей, осуществленных Пет­ровым, привели его к созданию электрофора оригинальной конст­рукции, в котором основание из смолы было заменено тщательно просушенной «мягкой байкой», сложенной в четыре слоя. Ученый провел целую серию новых экспериментов по электризации ртути и других веществ посредством «трясения» их в стеклянных сосудах.

В.В. Петров подверг специальному изучению явления статиче­ского электричества в разряженном воздухе и в атмосфере различ­ных газов. С этой целью он построил совершенно оригинальную электростатическую машину (рис. 4), помещавшуюся под колоколом воздушного насоса. Установленный там же термометр фик­сировал интенсивность электрических разрядов при разных тем­пературах. В частности Петров убедительно подтвердил возрастание электрической проводимости воздуха при его нагревании, обна­ружил образование окислов азота при электрических разрядах в воздухе.

В последней четверти XVIII в. все более начинает проявляться новый образ мышления ученых, исследующих электрические и магнитные явления. Сделанные еще в 40–50 гг. М. В. Ломоносо­вым и Г.В. Рихманом первые шаги от качественных наблюдений к установлению количественных закономерностей вызывают все больший интерес. Возможность перехода к количественным исследованиям обуславливалась как успехами математики, так и совер­шенствованием измерительных устройств.

Рис. 4. Электростатическая машина В. В. Петрова
Важнейшим шагом в развитии количественных исследований электрических и магнитных явлений было установление закона о силе взаимодействия между наэлектризованными телами и маг­нитными полюсами. Этими вопросами занимались многие ученые (Эпинус, Кавендиш и др.), высказавшие предположение о «законе обратных квадратов».

Но наибольших успехов сумел достичь французский военный инженер Шарль Огюстен Кулон (1736–1806). В течение не­скольких лет он проводил эксперименты с помощью прибора, ко­торый вначале был предназначен для изучения законов закручивания шелковых и волосяных нитей, а также металлических проволок. В 1785 г. Кулон установил, что «сила кручения пропор­циональна углу закручи­вания». Он решил использовать этот при­бор для измерения «ма­лых электрических и магнитных сил». При­бор позволял измерять «мельчайшие степени си­лы». Кулон назвал этот прибор крутильными весами (рис. 5).

Рис. 5. Крутильные весы Кулона: 1 – микрометрический круг с указателем – клеммой; 2 – металлическая нить; 3 – бузиновый шарик; 4 – неподвижный шарик, имеющий электрический заряд
В результате много­численных эксперимен­тов он установил, что сила взаимодействия наэлектризованных тел пропорциональна «коли­честву электричества» (этот термин был им впервые введен в нау­ку) заряженных тел и обратно пропорцио­нальна квадрату рассто­яния между ними.

Так был открыт Кулоном знаменитый закон, носящий его имя. Этот закон Кулон распространил и на взаимодействие магнитных полюсов. Кулоном аналитически и экспериментально было доказано, что электричество распространяется по поверхности проводника, а также равномерно распределяется по поверхности изолированной проводящей сферы.

Исследования Кулона способствовали применению математиче­ского анализа в теории электричества и магнетизма, распростране­нию математического понятия потенциала (ранее введенного в механику) на электрическое и магнитное поля.

следующая страница >>

polpoz.ru

Реферат История электротехники

Опубликовать скачать

Реферат на тему:

План:

1. Древний мир

2. XVII век

3. XVIII век

4. XIX век

5. XX век

«…При помощи Вашего съезда, при помощи всех электротехников России и ряда лучших, передовых учёных сил всего мира, при героических усилиях авангарда рабочих и трудящихся крестьян мы эту задачу осилим, мы электрификацию страны создадим. Приветствую VIII Всероссийский съезд электротехников и желаю ему всяческого успеха в его работах. Председатель Совета Народных Комиссаров В. Ульянов (Ленин)» (В. И. Ленин, Соч., т. 33, стр. 27—28)

6. XXI век

Примечания

  1. «Витебск. Энциклопедический справочник». Мн., Изд. «БелСЭ», 1988
  2. http://www.membrana.ru/lenta/?7331 - www.membrana.ru/lenta/?7331 Заработал новый способ беспроводной передачи электричества
скачатьДанный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 12.07.11 22:54:03Похожие рефераты: История теоретической электротехники, Институт инженеров электротехники и электроники, История го, История США, История ООН, История о нас, История О, История Явы, История Мин.

Категории: Электричество, Электротехника, Хронология технологий, История техники, История науки.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.

www.wreferat.baza-referat.ru

Смотрите также