Ученые Вашингтонского университета доказали, что с появлением электричества люди стали спать гораздо меньше, поскольку исчезла необходимость ложиться с заходом солнца. сайт и «Ростех» расскажут о том, как учёные смогли совладать с электрическими зарядами.

Первый опыт

Вплоть до начала XVII века знания об электричестве ограничивались размышлениями античных философов, которые в своё время заметили, что потертый об шерсть янтарь имеет свойство притягивать маленькие предметы. Янтарь по-гречески, кстати, именно так и звучит — «электрон». Само название «электричество», соответственно, и произошло от янтаря.

Устройство для получения статического электричества Отто фон Герике

Отто фон Герике, вероятно, первый наблюдал электролюминесценцию в 1663 г.

Именно эффект трения (как в случае с шерстью и янтарем ) использовал Отто фон Герике для создания одного из первых в мире электрических генераторов. Он натирал руками шар из серы, а ночью видел, как его шар излучает свет и потрескивает. Он, вероятно, одним из первых наблюдал электролюминесценцию уже в 1663 году.

Учёный и шутник Стивен Грей

Стивен Грей — британский астроном-любитель, всю жизнь едва сводивший концы с концами — как-то раз заметил, что пробка, заткнувшая стеклянную трубку, притягивает мелкие кусочки бумаги, если трубку натереть. Затем вместо пробки любопытный учёный вставил длинную щепку и заметил такой же эффект. После этого Стивен Грей заменил щепку на пеньковую верёвку. В результате своих опытов Грей смог передать электрический заряд на расстояние восьмисот футов. По сути, учёный смог открыть явление передачи электричества на расстоянии и дать людям представление о том, что может проводить ток, а что нет.

Стивен Грей смог открыть передачу электричества на расстоянии

Стивен Грей стал первым лауреатом Медали Копли, высшей награды Королевского общества Великобритании

Некоторые источники утверждают, что на своём открытии Стивен Грей сделал забавный бизнес. Он якобы брал мальчишек из приюта Чартерхаус и подвешивал их на шнурках из изолирующего материала. После этого он «электрифицировал его прикосновением натертого стекла и высекал искры из его носа ».

Лейденская банка

У Питера ван Мушенбрука, ученика Ньютона, изобретательство, можно сказать, было в крови, так как его отец занимался созданием специализированных научных приборов.

Благодаря Лейденской банке удалось впервые искусственным путём получить электрическую искру

Став преподавателем философии Лейденского университета, Мушенбрук направил свои силы на изучение нового на тот момент явления — электричества. Его научная деятельность дала результаты: в 1745 году он вместе со своим учеником соорудил устройство для накопления заряда, так называемую Лейденскую банку. Отчет об этом событии выглядит очень комично: «Банку устроил голландский физик Мушенбрук, впервые испытал удар от разряда банки лейденский гражданин Кюнеус ».

Некто Бозе высказал желание быть убитым электричеством

Создание Лейденской банки продвинуло эксперименты с электричеством на новый уровень. Некто Бозе даже высказал желание быть убитым электричеством, если об этом напишут в изданиях Парижской академии наук. Кстати, именно Мушенбрук впервые сравнил действие разряда с ударом ската, первым употребив термин «электрическая рыба».

Электрическая панацея

После изобретения Лейденской банки опыты с электричеством приобрели небывалую популярность. Почему-то люди стали считать, что электрические разряды обладают врачебными свойствами. На волне этого заблуждения Мэри Шелли написала роман «Франкенштейн, или Современный Прометей», в котором умершего смогли оживить с помощью сильного разряда тока.

Обложка книги «Франкенштейн, или Современный Прометей», 1831 год

Аббе Нолле придумал, используя электричество, необычную забаву. В Версале, демонстрируя королю Людовику чудеса электричества, учёный в 1746 году выстроил монахов в 270-метровую цепь, соединив друг с другом кусками железной проволоки. Когда всё было готово, Нолле подал электричество, и монахи в ту же секунду вскрикнули и вместе подпрыгнули. Ещё практически через сто лет Максвелл подсчитает, что электричество распространяется со скоростью света.

Вольт и гальванический элемент

Эти хорошо знакомые нам обозначения на самом деле произошли от фамилий двух учёных — Александро Вольта и Луиджи Гальвани.

Лаборатория, в которой Гальвани проводил свои опыты

Обозначение «вольт» произошло от фамилии ученого — Александро Вольта

Первый опустил пластины из цинка и меди в кислоту, тем самым получив непрерывный электрический ток, а второй первым исследовал электрические явления при мышечном сокращении. В дальнейшем эти открытия сыграли важнейшую роль в становлении науки об электричестве. На открытия Вольта и Гальвани будут опираться работы Ампера, Джоуля, Ома и Фарадея.

Судьбоносный подарок

Майкл Фарадей, ученик переплетчика в лондонском книжном магазине, заприметил книжку по электричеству и химии. Чтение настолько увлекло его, что уже тогда он сам пытался проводить простейшие опыты с электричеством. Отец, поощряя тягу сына к знаниям, даже купил тому Лейденскую банку, что позволило молодому Фарадею проводить более серьёзные опыты.

Фарадей за опытами в своей лаборатории

Фарадей сыграл едва ли не главную роль в становлении теории электричества

Как выяснилось, подарок скончавшегося вскоре отца оказал огромное влияние на юношу — через двадцать лет Фарадей откроет явление электромагнитной индукции, соберёт первый в мире генератор электроэнергии и электродвигатель, выведет законы электролиза и сыграет едва ли не главную роль в становлении теории электричества.

Мы живем в век торжества электротехники и электроники - в век, когда на нас работают миллионы всевозможных электрических машин, электронных аппаратов и приборов.

Сбылись пророческие слова Ломоносова о том, что настанет время, и великое благо принесет человечеству сила электричества. Это смелое предсказание не могло не сбыться, ибо оно было сделано не просто мечтателем, а величайшим учёным, опережавшим современную ему науку. Ломоносов был одним из немногих ученых XVIII века, усилиями которых был заложен фундамент науки об электричестве. В их числе был англичанин Грей, открывший способность металлов проводить электрические заряды, француз дю Фэ, указавший на два рода зарядов - «положительные» и «отрицательные», как говорим мы теперь, американец Франклин, изучавший природу молнии, создавший одну из первых теорий электричества, итальянец Гальвани, обнаруживший электризацию при соприкосновении разнородных металлов.

Ломоносов также с увлечением изучал грозовой разряд и ставил дерзкие опыты, сводя «небесный огонь» в свою лабораторию.

В этих опытах принимал участие друг Ломоносова академик Рихман, крупный учёный, изобретатель первого электроизмерительного прибора. Во время одного из опытов Рихман был убит молнией.

В 1753 году в своём «Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» Ломоносов излагает теорию происхождения атмосферного электричества. «Я причину сию произвел от погружения верхней холодной атмосферы из наступающих великих морозов», - писал учёный, показывая, что атмосферное электричество образуется в результате трения друг о друга частичек «мерзлых паров», переносимых нисходящими и восходящими воздушными потоками.

Глубоко постигнув тайны электричества, великий учёный построил теорию полярных сияний. Он утверждал, что сияния эти есть не что иное, как электрические разряды в высочайших слоях атмосферы.

Обосновывая свою теорию, Ломоносов на опыте доказал, что в разреженном газе под действием электричества может возникнуть свечение.

Выкачав воздух из стеклянного шара и наэлектризовав шар трением, экспериментатор заставил светиться находящийся в сосуде разреженный газ.

Как мы теперь знаем, свечение возникает в результате ударов электронов, быстро движущихся под действием электрических сил, об атомы разреженного газа.

Впоследствии исследования газового разряда привели к исключительным по своему значению открытиям. В конце XIX века пустотные трубки помогли учёным открыть электрон, рентгеновские лучи. Газовый разряд используется теперь в катодных трубках, радиолампах, новых источниках света и т. д.

Итоги своих исследований в области электричества Ломоносов в 1756 году обобщил в работе «Теория электричества, разработанная математическим путем». К сожалению, этот труд Ломоносова остался незаконченным. В этой работе русский учёный излагает свою теорию электрических явлений. Он утверждает, что электричество и свет суть волновые колебательные процессы. Гениальное ломоносовское прозрение об общности природы электрических и световых явлений - одна из незыблемых основ современной физики.

Много замечательных страниц в науку об электричестве вписал петербургский академик Ф. У. Эпинус (1724-1804) - младший современник Ломоносова.

Ему принадлежит открытие электростатической индукции. Это явление состоит в том, что тело, электрически заряженное, заставляет электризоваться тела, не соприкасающиеся с ним. Оно действует на них на расстоянии.

Сделав это открытие, Эпинус наметил и пути теоретического истолкования обнаруженного на опыте явления электростатической индукции.

Принцип электростатической индукции положен в основу действия множества электрических приборов и аппаратов: электростатических машин, электрофоров, конденсаторов и т. д.

На основе этого открытия известный итальянский учёный А. Вольта сделал впоследствии два выдающихся изобретения: электрофор - простой прибор для получения статического электричества, и конденсатор - «копилку» электрических зарядов.

Приборы, основанные на явлении электростатической индукции, сыграли большую роль в пору становления науки об электричестве. И ныне они непременная принадлежность любой физической лаборатории. Сейчас, в дни расцвета электротехники, лежащий в их основе принцип используется строителями гигантских генераторов напряжением в миллионы вольт, конструкторами радиоприёмников и передатчиков, телефонных и телеграфных линий, электропередач, электроавтоматических устройств, высокочастотных установок.

В научном наследии Эпинуса есть ещё одна выдающаяся работа: открытие пироэлектричества - электризации некоторых кристаллов под действием тепла. Отрасль техники, занятая проблемой превращения тепловой энергии в электрическую, ныне усиленно развивается. В наши дни инженерам и учёным служат десятки приборов, основанных на способности тепла рождать электричество (при этом используется не только явление, открытое Эпинусом, но и другие).

Так работы Ломоносова и его сподвижников заложили фундамент науки об электричестве.

Гений Ломоносова указал путь грядущим исследователям. В его трудах первые творцы электротехники не раз находили опору для смелых творческих дерзаний.

Мы хорошо понимаем, что сегодняшняя жизнь без электричества была бы невозможной. Человечеству понабилось несколько веков, чтобы изучить и «приручить» это природное явление. Среди тех, кто покорял электричество , были и российские ученые , которые внесли неоценимый вклад в развитие электротехники .

Павел Николаевич Яблочков

Павел Николаевич Яблочков известен, прежде всего, изобретением электрической свечи , которая вошла в историю как «свеча Яблочкова ». Деятельность ученого пришлась на вторую половину девятнадцатого века, и обозначилась значимыми изобретениями в области электротехники.

Первым опытом молодого Яблочкова стал «чернопишущий телеграфный аппарат », который он изобрел , будучи начальником телеграфа на железной дороге. Правда, об этом произведении вскоре забыли, и на сегодняшний день ничего неизвестно о «телеграфном аппарате » Яблочкова . На изобретение, которое уже принесло ему славу, Павла Николаевича вдохновил опыт А.Н. Лодыгина , и Яблочков стал посвящать все больше времени на улучшение дуговых ламп: его первые попытки в этом направлении обозначились работой над совершенствованием регулятора Фуко.

Уже позже, Павлу Николаевичу удалось изобрести самую близкую предшественницу «лампочки Ильича» - электрическую свечу , которая и прославила изобретателя . Именно с электрических свечей началось наружное освещение: городские площади, витрины магазинов, театры и улицы в темное время суток были озарены светом. Применение свечей Яблочкова началось в Париже, Лондоне и Берлине. Европа была просто поражена новым изобретением , которое современники прозвали «русским светом».

Сложно представить, но такие «лампы» служили немногим больше часа, поэтому существовала необходимость менять их на новые. Правда, вскоре для этой цели придумали фонари с автоматической заменой свечей . Кроме того, в сравнении с современными электрическими лампами, свет от свечей Яблочкова был тусклым и непостоянным. Но, несмотря на несовершенства, это изобретение стало первым, которое смогли широко применить в наружном освещении.

За свою жизнь Яблочков успел подарить человечеству еще несколько значимых изобретений . Так, ученый создал первый генератор переменного тока , а затем и трансформатор переменного тока . Именно Павел Николаевич первым применил переменный ток в промышленности. Благодаря своим открытиям, Яблочков стал первым среди всех ученых планеты, кто создал систему «дробления» электрического света. В его жизни было ещё много открытий и достижений, однако ученый вошел в историю своим главным триумфом – электрической свечой .

Александр Николаевич Лодыгин

Мы уже упоминали имя этого талантливого ученого в предыдущем рассказе, так как Александр Николаевич Лодыгин прославился не только своими изобретениями в области электротехники , но и оказал большое влияние на своих коллег-современников.

Прежде всего, Лодыгин стал известен как изобретатель лампы накаливания , он посветил многие годы своей жизни на изучение и совершенствование этого изобретения . Однако история не признаёт единственного создателя лампы накаливания – это продукт множества открытий разных ученых . Но Александр Николаевич занимает важное место в появлении и становлении этого изобретения – он первый стал применять вольфрам и закручивать нити в спираль, а также откачал из тела лампы воздух, чем увеличил ее срок службы в несколько раз. Таким образом, он стал родителем современной лампочки, которая широко применяется и сегодня.

В своей жизни Лодыгин уделял много времени созданию электролета , его изобретение должно было отправиться в Париж, но из-за поражения Франции в войне, Лодыгин отменил свои планы, и в дальнейшем его деятельность не касалась летательных аппаратов.

Кроме того, в его списке изобретений числятся такие важные проекты как автономный водолазный скафандр , индукционная печь , электрический обогреватель для отопления .

Борис Михайлович Гохберг

О самом изобретателе Гохберге известно немного: он был советским ученым Ленинградского физико-технического института; посвящал много времени изучению электрических свойств газов и открыл так называемый «элегаз », который активно используется в современной энергетике.

Благодаря пристальному вниманию к шестифтористой сере , ученый открыл уникальные свойства этого соединения, которое позже получило название «электрический газ ». Так, элегаз начали использовать в советской промышленности, а широкое применение он получил в 90-х годах прошлого века.

Элегаз безвреден в смеси с воздухом и является негорючим веществом. Именно им стали заменять трансформаторные масла, которые всегда несли в себе риск пожара. Элегаз также широко используется в высоковольтной электротехнике , а технологии с использованием элегаза до сих пор считаются передовыми.

Советские ученые

В СССР нередко труд ученых обобщался и обезличивался, поэтому в публикации мы не сможем назвать имена людей, которые изобрели первую атомную электростанцию . Это открытие стало настоящим прорывом в энергетике .

Во второй половине 40-х годов, ещё до окончания работ по созданию первой советской атомной бомбы, советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии, генеральным направлением которого сразу же стала электроэнергетика . Так, в июне 1954 года в городе Обниск была запущена первая атомная электростанция . К концу ХХ века в мире насчитывалось уже более 400 атомных электростанций .

История развития электротехники.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, наиболее эффективной системой обновления знаний является гибкая, непрерывная на протяжении всей жизни, система самообразования и повышения квалификации. Полноценный современный специалист должен обладать способностью параллельно заниматься самообразованием как в области общетеоретических, так и специальных знаний, только тогда он сможет изыскивать эффективные пути взаимодействия с техникой будущего.

При этом человек должен помнить, что ОН – «частица биосферы» и «частица ноосферы». Свое бытиё Он должен приспосабливать к законам ноосферы. По образному выражению академика В.И. Вернадского, которое он сформулировал ещё в начале прошлого века, необходимо не покорение природы, а совместное гармоническое развитие природы и общества, иначе человечеству просто не выжить.

Решающая роль в современном научно-техническом прогрессе принадлежит электротехнике, которая, включает в себя три основных раздела: Теоретические основы электротехники (ТОЭ), Электрические машины (ЭМ) и Электронику.

Современное определение электротехники.

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

В последние десятилетия из электротехники выделилась промышленная электроника с тремя направлениями: информационное, технологическое и энергетическое, которые с каждым годом приобретают все большее значение для научно-технического прогресса.

В развитии электротехники и электроники можно выделить следующие 8 этапов:

I этап : до 1800г. - становление электростатики . К этому периоду относятся первые наблюдения электрических и магнитных явлений, создание первых электростатических машин и приборов, исследование атмосферного электричества, зарождение электромедицины (опыты Гальвани), открытие закона Кулона и закона сохранения энергии.

В 1744 г. М.В. Ломоносов писал: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… сей всеобщий закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оной у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает. »

Соответствующие труды М.В. Ломоносова находились в забвении до 1904 г., а будучи опубликованы в России, не могли проникнуть в Западные лаборатории, поэтому позднее А.Л. Лавуазье повторно и независимо от М.В. Ломоносова открыл закон сохранения вещества.

Выдающийся ученый – энциклопедист М.В. Ломоносов был первым в России основоположником изучения электрических явлений, автором первой теории электричества. В 1745 г. был разработан первый электроизмерительный прибор «электрический указатель» Георгом Вильгельмом Рихманом, который погиб 25 июня 1753 г., во время сильной грозы при проведении опыта с «грозовой машиной».

Рис. 1.2. Портрет М.В.Ломоносова

II этап : 1800-1830г.г. - закладка фундамента электротехники и её научных ос­нов. Начало этого периода ознаменовано получением «Вольтова столба» - первого электрохимического генератора постоянного тока. Затем была создана «Огромная наипаче батарея» Василия Владимировича Петрова, с помощью которой была получена электрическая дуга и сделано много новых открытий. В этот период были открыты важнейшие законы: Георга Симона Ома, Жана Батисто Био и Феликса Савара, Андре Мари Ампера и была установлена связь между электрическими и магнитными явлениями. Был создан прообраз электродвигателя.

III этап: 1830-1870г. -зарождение электротехники . Самым значительным событием этого периода было открытие явления самоиндукции Майклом Фарадеем и создание пер­вого электромагнитного генератора (на основании ЭМИ). В этот период формулируются законы Ленца, Кирхгофа, разрабатываются различные конструкции электрических машин и измерительных при­боров, зарождается электроэнергетика. Однако широкое практическое применение электроэнергии в хозяйстве и быту сдерживалось отсутствием экономичного электрического генератора.

IV этап : 1870-1890г. - становление электротехники как самостоятельной отрасли техники.

В этот период создаётсяпервый промышленный генератор с самовозбуждением (динамо-машина), что привело к созданию новой отрасли электротехники «Электрические машины». Организуются производства с использованием электро­энергии. С развитием промышленности, ростом городов возникает потребность в электрическом освещении. Начинается строительство «домовых» электростанций, вырабатывающих постоянный ток. Электрическая энергия становится товаром и всё более остро ощущается потребность в централизованном производстве и экономичной передаче электроэнергии. На постоянном токе эту проблему решить нельзя из-за невозможности трансформации постоянного тока. В это время Павел Николаевич Яблочков изобрёл электрическую свечу и была разработал схему дробления постоянного электрического тока при помощи индукционных катушек, представляющих собой трансформатор с разомкнутой магнитной системой. В середине 80-х годов началось серийное производство однофазных трансформа­торов с замкнутой магнитной систеиой (Макс дёрн, Отто Блати, К Циперновский) и строительство центральных электростанций переменного тока.

Однако развитие производства требовало комплексного решения проблемы экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и создания экономичного и надёжного электродвигателя. Эта проблема была решена на основе многофазных, в частности 3-х фазных систам.

V этап: 1891 –1920 гг . – становление и развитие электрификации .

Предпосылкой развития 3-х фазной системы явилось открытие в 1988 г. явления вращающегося магнитного поля. 3-х фазная система оказалась наиболее рациональной. В развитие этой системы внесли вклад многие учёные разных стран, но наибольшая заслуга принадлежит русскому учёному Михаилу Осиповичу Доливо-Добровольскому, создавшему 3-х фазные синхронные генераторы, асинхронные двигатели и трёхфазные трансформаторы. Убедительным преимуществом 3-х фазных цепей было строительство трёхфазной линии электропередачи между немецкими городами Лауфеном и Франктфуртом при активном участии М.О.Доливо-Добровольского.

Расширяются исследования явлений, протекающих в цепях синусоидального тока с помощью векторных и круговых диаграмм. Огромную роль в анализе процессов в таких цепях сыграл комплексный метод расчёта, предложенный 1893-1897гг. Чарльсом Протеусом Штейнмецом. Теоретические основы электротехники становятся базовой дисциплиной в вузах и фундаментом научных исследований в области электротехники.

VI этап: 1920 – 1940гг . – зарождение электроники: электровакуумные приборы, триод, диод. 1923г. – Лосев создал первый полупроводниковый диод – кристадин, который мог работать в режиме генератора высокочастотных колебаний. Выделилась радиотехника как самостоятельная наука.

VII этап: 1940 – 1970гг . – зарождение информатики: построение электронно - вычислительных машин.

VIII этап: 1970г. - по настоящее время – информатика как самостоятельная наука.

(Лекция подготовлена на основе книги «Очерки по истории электротехники» О.Н.Веселовский, Я.А.Шнейберг., М. МЭИ, 1993г.

Тестовые вопросы по теме лекции

1) Определение науки «Электротехника».

2) Сколько этапов можно выделить в истории развития Электротехники?

3) Время окончания первого этапа.

4) Закон сохранения материи и количества движения по Ломоносову М.В. – определение.

5) Какие учёные работали на первом этапе развития электротехники?

6) Начало и окончание второго этапа развития электротехники.

7) Какие учёные работали во время второго этапа?

8) Основные законы электротехники, открытые во втором этапе развития.

9) Начало и окончание третьего этапа развития электротехники.

10) Какие учёные работали во время третьего этапа?

11) Основные законы электротехники, открытые в третьем этапе развития.

12) Начало и окончание четвёртого этапа развития электротехники.

13) Какие учёные работали во время четвёртого этапа?

14) Основные законы электротехники, открытые в четвёртом этапе развития.

15) Начало и окончание пятого этапа развития электротехники.

16) Какие учёные работали во время пятого этапа?

17) Основные события в области электротехники, произошедшие на пятом этапе развития.

18) Начало и окончание шестого этапа развития электротехники.

19) Какие учёные работали во время шестого этапа?

20) Основные события электротехники, произошедшие в шестом этапе.

21) Начало и окончание седьмого этапа развития электротехники.

22) Какая наука зародилась во время седьмого этапа?

23) Начало восьмого этапа развития электротехники.

Лекция 2.

Основные понятия и определения в электротехнике .

Электрическая цепь – совокупность источников электрической энергии, линий электропередач и электроприемников. Для анализа и синтеза электрических цепей вводят понятия: электродвижущей силы (ЭДС), обозначается Е ; напряжения , обозначается U (Е и U измеряются в Вольтах [B]); тока (I ) измеряется в Амперах [A]; сопротивления R , [Ом]; величины, обратной сопротивлению - проводимости (G ) измеряется в Сименсах [См] (R =1/G ); индуктивности L , единица измерения Генри [Гн]; емкости С , единица измерения Фарада [Ф]. На схемах вышеперечисленные элементы обозначаются следующим образом:

индуктивность - ,

C

емкость - ,

Е

источник ЭДС - ,

J

источник тока - .

Положительным направлением тока называется направление, в котором перемещают положительно заряженные частицы или направление, противоположное движению электронов.

Источники электроэнергии .

Реальный источник электроэнергии обладает внутренним сопротивлением больше нуля и в электротехнике представляется в виде двух вариантов – источник ЭДС и источник тока .

У идеального источника ЭДС внутреннее сопротивление равно нулю. У идеального источника тока R ВН = ∞, т.е. чем выше R ВН, тем ближе источник тока к идеальному (рис. 2.1).

Реальный источник обладает внутренним сопротивлением.

U ХХ

Рис. 2.2. Эквивалентная схема реального источника тока - (а), и его вольтамперная характеристика (ВАХ) - (б).

Источник тока можно получить из источника ЭДС, если параллельно источнику тока включить сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника ЭДС. Соответственно значение тока источника тока определяют по формуле I=E/ R ВН (рис. 2.2).

Узел электрической цепи - это точка, в которой соединены 3 или более ветвей (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Обозначение узла электрической цепи.

Ветвь электрической цепи – участок цепи, расположенный между двумя узлами, состоящий из одного или нескольких последовательно соединенных электрических элементов. По ветви течет один и тот же ток (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Обозначение ветви электрической цепи.

Замкнутым контур электрической цепи называют путь, проходящий через несколько ветвей и узлов разветвленной электрической цепи (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Обозначение контура электрической цепи.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра "Электротехники и электрооборудования предприятий"

Лабораторная работа №2

на тему:

«»

Выполнил: студент гр. АГ-08-01, Шайхуллин А.И.____

Проверил: доцент кафедры Гузеев Б.В._____________

Дата:___________

Уфа 2009г.

До 1650 года - времени, когда в Европе пробудился большой интерес к электричеству, - не было известно способа легко получать большие электрические заряды. С ростом числа ученых, заинтересовавшихся исследованиями электричества, можно было ожидать создания все более простых и эффективных способов получения электрических зарядов. В результате огромного количества экспериментов учёными разных стран были сделаны открытия, позволившие создать механические электрические машины, вырабатывающие относительно дешёвую электроэнергию.

1753г. Ломоносов Михаил Васильевич (8(19).11.1711-4(15).4.1765)
Опубликовал первую крупную работу в области электричества "Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих"

1753г. Рихман Георг Вильгельм (11(22).7.1711-26.7(6.8).1753)
Разработал в 1745 г. оригинальную конструкцию первого электроизмерительного прибора непосредственной оценки «электрического указателя», который принципиально отличался от уже известного электроскопа тем, что был снабжен деревянным квадрантом со шкалой, разделенной на градусы. Именно это усовершенствование (по слова Рихмана) позволило измерять «большую и меньшую степень электричества».Предложил первую работающую модель электрометра со шкалой

1789г. Франклин Бенджамин (17.1.1706-17.4.1790)
Исследовал атмосферное электричество; Четкие представления Франклина о природе электричества позволили ему создать теорию, по которой и молния представляла собой электрическую искру. Правильное понимание электрической природы молнии позволило Франклину изобрести (а может быть повторить древнее изобретение) громоотвод.

1799г. Вольта Алессандро (18.2.1745-5.3.1827)
В конце 1799 г. Вольте удается добиться желаемого результата в исследовании теории контактного электричества. Сначала он установил, что при соприкосновении двух металлов один получает большее напряжение, чем другой. Например, при соединении медной и цинковой пластин медная имеет потенциал 1, а цинковая 12. Последующие многочисленные эксперименты привели Вольту к выводу, что непрерывный электрический ток может возникнуть лишь в замкнутой цепи, составленной из различных проводников - металлов (которые он называл проводниками первого класса) и жидкостей (названных им проводниками второго класса).
Таким образом, Вольта, сам того до конца не осознавая, пришел к созданию электрохимического источника постоянного тока (вольтов столб), действие которого основывалось на превращении химической энергии в электрическую.

1800г. Гальвани Луиджи (9.9.1737-4.12.1798)
Обнаружил контактную разность потенциалов при контакте металла с электротитом.
Первые электрофизиологические опыты Гальвани над лягушками относятся к 1780 г. Спустя 11 лет ой опубликовал результаты своих исследований в знаменитом «Трактате о силах электричества при мышечном движении», получившем широкую известность.
Опыты Гальвани вызвали большой интерес. Среди физиологов стала еще больше, чем ранее, укрепляться мысль об электричестве как удивительном новом средстве для исцеления. Что касается физиков, то их взгляды на явления, наблюдаемые Гальвани, разошлись. Одни соглашались с Гальвани и считали, что «гальваническое», или «животное», электричество имеет совершенно иную природу, чем электричество трения, другие отождествляли оба вида электричества; наконец, третья группа физиков оспаривала вообще существование «животного» электричества. К этой группе принадлежал профессор физики в Павийском университете Алессандро Вольта.

1802г. Петров Василий Владимирович (8(19).7.1761-22.7(3.8).1834)
Открыл электрическую дугу и указал, что "темный покой довольно ярко освещен быть может"; исследовал химическое действие тока, электропроводность, люминесценцию, электрические явления в газах; опубликовал книгу "Известия о гальвановольтовских опытах(1803)

1819г. Эрстед Ханс Кристиан (14.8.1777-9.3.1851)
15 февраля 1820 года профессор Копенгагенского университета Эрстед, читая лекции студентам, демонстрировал тепловое действие тока. Случайно около нагреваемой пропускаемым по ней током проволоки оказался компас, не убранный с предыдущего занятия. Один из студентов обратил внимание, что стрелка компаса поворачивается, когда по проволоке идет ток, и указал на это профессору. Так было открыто магнитное действие тока.
Справедливости ради, однако, укажем, что Эрстед был не первым, заметившим это явление. Еще в 1802 году итальянский физик Романьези описал в "мемуаре", что "гальванический ток заставляет отклоняться магнитную стрелку" . Однако, открытие Романьези не было оценено по достоинству, и Эрстед натолкнулся на явление совершенно самостоятельно.
21 июля 1820 года вышла в свет работа Эрстеда, в которой описание самого опыта заняло лишь несколько строк, а объяснение было нечетким, а порою и неверным. Но он высказал мысль о существовании вихревого магнитного поля вокруг проводника с током. 4 сентября о работах Эрстеда было сообщено на заседании Парижской Академии наук, и уже через три недели появился новый раздел физики - электродинамика, творцом которой стал преподаватель Политехнической школы в Париже и член Парижской Академии наук Ампер.

1920г. Ампер Андре Мари (22.1.1775-10.6.1836)
Прежде всего, Ампер установил связь между направлением тока в проводнике и направлением отклонения магнитной стрелки - "правило пловца", или, по-современному, "правило левой руки". Здесь же он показал взаимодействие двух прямых параллельных проводников с током. Продолжая работать над темой, Ампер к 1826 году вывел количественный закон для силы взаимодействия электрических токов, ставший основным законом всей электродинамики
Предложил теорию магнетизма и термин "электрический ток" (1827г.)

1826г. Ом Георг Симон (16.3.1787-7.7.1854)
Его исследования относятся к электричеству, акустике, оптике, кристаллооптике. Экспериментально открыл в 1826 основной закон электрической цепи, связывающий между собой силу тока, напряжение и сопротивление (закон Ома). В 1827 вывел его теоретически (для участка и полной цепи), ввел понятия "электродвижущей силы", падения напряжения", и "проводимости". Выполнил (1830) первые измерения э.д.с. источника тока.

1831г. Фарадей Майкл (22.9.1791-25.8.1867)
В 1821 году Фарадей узнаёт об опытах Эрстеда и Ампера по отклонению магнитной стрелки вблизи провода с током. Уже через несколько месяцев он доказывает существование вокруг проводника кольцевых магнитных силовых линий, то есть фактически формулирует "правило буравчика". В его рабочем дневнике появляется запись новой задачи: "Превратить магнетизм в электричество".
Для решения сложнейшей по тем временам задачи потребовалось 10 лет непрекращающихся экспериментов. Фарадей произвел огромное количество опытов, но всё время терпел неудачу. Первый успех пришел лишь в 1831 году. В одном из опытов использовался кольцевой сердечник из магнитомягкого железа с двумя изолированными обмотками. Выводы одной из них замыкались проводником, возле которого располагалась магнитная стрелка. В момент подключения к другой обмотке гальванической батареи стрелка отклонялась. По сути, своими опытами Фарадей положил начало использованию трансформатора, хотя переменный ток тогда еще не был известен. Почти такая же методика и в то же время была применена и у Джозефа Генри (1797-1878), но Генри опубликовал результаты позже Фарадея, статья которого вышла в конце 1831 года.
Тем самым Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. А после установил законы электролиза, ввел понятия электрического и магнитного поля, высказал идею существования электромагнитного поля.

1832г. Генри Джозеф (17.12.1797-13.5.1878)
Открыл явление самоиндукции

1832г. Шиллинг Павел Львович
Первым практически заработавшим телеграфом стал аппарат, изобретенный и построенный русским изобретателем Павлом Львовичем Шиллингом.
В 1830 году он построил аппарат, содержащий лишь шесть магнитных стрелок. На приемном аппарате стрелки были подвешены на шелковых нитях над катушками из проволок. На этих же нитях были укреплены картонные кружки белого цвета с одной стороны и черного с другой. При пропускании по обмотке катушки тока соответствующая стрелка поворачивалась в ту или иную сторону, открывая белый или черный кружок.
Комбинации кружков соответствовали буквам и иным знакам согласно разработанному Шиллингом специальному коду - прообразу будущего кода Морзе. Для осуществления передачи использовались 16 черных и белых клавиш, соединенных с катушками семью проводами. Восьмой провод использовался для вызывного звонка.
Совершенствуя свой аппарат, Шиллинг сумел в дальнейшем уменьшить количество проводов до двух.

1833г. Ленц Эмилий Христианович (12(24).2.1804-29.1(10.2). 1865)
Выдающийся вклад в физику Э. Х. Ленца составили его работы по электромагнитной индукции и нагревательному действию тока. Им установлено знаменитое правило направления электродвижущей силы индукции (закон Ленца).
В 1842 г. независимо от Дж.Джоуля Ленц открыл закон теплового действия электрического тока (закон Джоуля-Ленца). Совместно с Б.С. Якоби впервые разработал методы расчета электромагнитов в электрических машинах. Ленц открыл обратимость электрических машин. Изучал зависимость сопротивления металлов от температуры. Его работы помогли вывести российскую технику на уровень последних научных достижений того времени.

1834г. Якоби Борис Семенович (21.9.1801-11.3.1874)
Летом 1839 в Санкт-Петербурге осуществил первое в мире практическое испытание электрического двигателя собственной конструкции. Двигатель питался от батареи гальванических элементов Гроува. Изобрел в 1834 электродвигатель с вращающимся рабочим валом, открыл явление возникновения обратной э. д. с., построил лодку с электродвигателем мощностью 1 л. с. Дав подробное описание конструкции и принципа работы двигателя, Якоби проанализировал его экономическую эффективность и пришел к выводу о нецелесообразности его применения. Паровая машина была более эффективна.
В 1838 изобрел гальванопластику и гальваностегию, много сделал для ее внедрения в печатное и монетное дело.

1843г. Джоуль Джеймс Прескотт (24.12.1818-11.10.1889)
Установил (одновременно с Ленцем)тепловой закон электрического тока, названный законом Джоуля-Ленца

1847г. Кирхгоф Густав Роберт (12.3.1824-17.10.1887)
Открыл закономерности в протекании электрического тока в разветвленных электрических цепях (правило Кирхгофа), в 1857 построил общую теорию движения тока в проводниках. Разработал метод спектрального анализа и открыл новые элементы - цезий и рубидий (1861)

1872г. Лодыгин Александр Николаевич (6(18).10.1847-16.3.1923)
Изобрел угольную лампу накаливания (патент 1874г.); один из основателей электротермии.
1872г. Столетов Александр Григорьевич (29.7(10.8). 1839-15(27).5. 1896)
Столетов показал возможность применения фотоэффекта на практике. На основе исследованного ученым явления фотоэффекта были созданы фотоэлементы, которые несут службу на заводах и фабриках, сортируя и считая продукцию, управляя прокатными станами и плавкой металла, читая чертежи и изготовляя по ним детали. Фотоэлементы превратили немое кино в звуковое, сделали возможным фототелеграф, работают в различных автоматических устройствах.
В докторской диссертации "Исследование о функции намагничения мягкого железа" он разработал метод исследования ферромагнетиков и установил вид кривой намагничения. Эта работа широко использовалась на практике при конструировании электрических машин. Его работы по намагничиванию железа превратили электротехнику из науки эмпирической в теоретическую. Большой вклад в электротехнику внесли также его труды, посвященные разработке системы единиц для электрических измерений.
Вакуумная установка Столетова для изучения электрических явлений в разреженных газах стала прообразом электронной лампы, которая совершила подлинную революцию в электротехнике. Радиоприемники и радиопередатчики, рентгеновские аппараты и газоразрядные трубки, радиолокаторы и электронные микроскопы, телевизоры и электронно-вычислительные машины – вот далеко не полный перечень того, что стало возможно благодаря пионерским трудам русского ученого. Исследовал закон намагничивания железа и газовый разряд; открыл законы фотоэлектрического эффекта (1879)

1873г. Максвелл Джеймс Клерк (13.6.1831-5.11.1879)
Создал теорию электромагнитного поля (уравнения Максвелла); ввел понятие тока смещения; предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света ("Трактат об электричестве и магнетизме")

1876г. Яблочков Павел Николаевич (2(14).9.1847-19(31).3.1894)
12 декабря 1876 года русский инженер Павел Яблочков открыл так называемую "электрическую свечу", в которой две угольные пластинки, разделенные фарфоровой вставкой, служили проводником электричества, накалявшего дугу, и служившую источником света. Лампа Яблочкова нашла широчайшее применение при освещении улиц крупных городов.
Также Яблочков положил начало системе электрического освещения; разрабатывал электрические машины и химические источники тока
1880г. Пироцкий Фёдор Аполлонович (17.2(1.3).1845-28.2(12.3). 1898)
Военный инженер Ф. Пироцкий. В 1874 г. предложил использовать в качестве проводников железнодорожные рельсы, площадь поперечного сечения которых в 644 раза превышала площадь поперечного сечения телеграфного провода. В конце 1875 года Пироцкий провел опыты передачи энергии по рельсам Сестрорецкой железной дороги. Оба рельса изолировались от земли, один из них служил прямым проводом, второй – обратным. Электрическая энергия передавалась от небольшого генератора Грамма к электродвигателю, удаленному на расстояние около 1 км. Вот как описывался один из более поздних опытов Пироцкого: «22-го сего августа (1880 г.) в 12 часов дня на Песках, на углу Болотной улицы и Дегтярного переулка, в первый раз в России двинут вагон электрическою силою тока, идущего по рельсам, по которым катятся колеса вагона. Динамоэлектрическая машина подвешена к вагону снизу. В присутствии Управления 2-го Общества конножелезных дорог пробное движение вагона электрическим способом назначено на 1 сентября в 11 час утра».

1880г. Лачинов Дмитрий Александрович (10(22).5.1842-15(28).10.1902)
Профессор Петербургского лесного института Д. Лачинов в статье «Электромеханическая работа», напечатанной в июне 1880 г. («Электричество», №1): «полезное действие
и т.д.................