ИСТОРИЯ ПОЗНАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Почему я решил взяться за эту тему? Моя специальность инженер-электрик и я к ней всегда относился с большим интересом и увлечением. Поверхностно я конечно знал об истории и путях развития познания электричества. Однако, пришло время, когда я захотел привести имеющиеся у меня знания по этой теме, хотя бы в относительный порядок и взялся за эту работу. Признаюсь, я делал это с большим интересом и получал от этой работы большое удовлетворение, поскольку познавал подробности и последовательность этих пусть небольших отдельных открытий, которые в результате позволили людям достаточно глубоко познать новую для человечества область знаний и определили дальнейшую перспективу развития до уровня соответствующего современным требованиям. А когда я свою задумку, в интересующем меня объеме, осуществил, решил предать ее огласке, то-есть разместить в «Проза. ру», хорошо понимая, что эта узкая тема у большинства читателей не вызовет интереса. Однако, если даже несколько человек обратят на нее внимание, публикация будет оправдана.
Говорить о значении электричества в современном мире излишне. Оно настолько вошло в наш быт и промышленность, что противников этого взгляда думаю не найдется..
Поэтому я сразу перейду к своему замыслу - проследить путь по которому шла наша цивилизация шаг за шагом от полного непонимания или даже незнания это темы, до достижений сегодняшнего уровня использования электроэнергии во всех областях нашего существования.
Итак — к теме.
Первое упоминание об электрическом явлении было обнаружено в Греции. Может быть это легенда, но поскольку других источников у нас нет, начнем с нее.
Шестой век до нашей эры. Древняя Греция.
Дочь Милетского царя Фалеса пряла шерсть веретеном украшенным кольцом из янтаря. Однажды она уронила веретено в воду, и вынув его, стала вытирать его краем своего шерстяного халата. Когда влага была удалена с поверхности веретена она заметила, что к янтарному кольцу прилипло несколько шерстинок. Считая, что это вызвано влажностью, она стала вытирать янтарное кольцо более интенсивно. Однако — чем интенсивнее она терла шерстяной тканью янтарь, тем больше шерстинок прилипало к янтарю. Фалес продолжил эти опыты и в каждом случае, при натирании янтаря шерстяной тканью, он начинал притягивать мелкие шерстинки, бумажки, и другие частицы. Поскольку «янтарь» на греческом языке называется ЭЛЕКТРОН, то этот процесс был назван «электризацией» и соответственно появилось слово «электричество», а отрицательно заряженные частицы атома - «электроны».
1544 — 1603г. Уильям Гилберт.
Установил, что любой магнит имеет два полюса. Обнаружил, что разноименные полюса притягиваются, а одноименные полюса отталкиваются. Обнаружено явление, при котором железные предметы под влиянием магнита приобретают магнитные свойства. При тщательной обработке поверхности намагниченных предметов, сила притяжения (отталкивания) увеличивается. Это объясняется тем, что поверхности намагниченных предметов по гладкости приближались к идеальной плоскости, что вело к уменьшению воздушного зазора и большей площади соприкосновения между магнитами.
Изучая магнитные свойства намагниченного шара с помощью компаса пришел к выводу, что Земля является гигантским магнитом.
Показал, что способностью притягивать мелкие предметы обладает не только натертый янтарь, но и другие вещества, как алмаз, стекло и другие материалы..
Он также открыл явление утечки электрического заряда во влажной среде.
1663 г. Отто Фон Герике.
Изготовил электростатический генератор в котором производилось электричество с помощью трения. Он изготовил стеклянный шаровой сосуд и залил туда расплавленную серу. После остывания стекло разбивали . Оставшийся серный шар был проткнут железной осью, вокруг которой шар раскручивался. Во время вращения шар терли сухой рукой. При трении шар электризовался сильнее, чем натираемый янтарь. Замечено было, что пушинки притягивались к шару и затем отталкивались от него то-есть пушинка прикоснувшись к заряженному шару, заряжается от него, становясь по отношению к шару одноименным зарядом и потому отталкивались. Этим было подтверждено явление отталкивания одноименных зарядов.
1729 г. Стивен Грей.
Наиболее существенное достижение было связано с открытием передачи электрического заряда на расстояние.
Стеклянная трубка была заткнута пробкой. При натирании трубки мелкие кусочки бумаги и соломинок притягивались к пробке. Воткнул в пробку деревянную рейку и обнаружил, что тот же эффект существует на конце рейки.. Он удлинял рейку и также обнаружил заряд на ее конце. Заменив рейку на пеньковую веревку, он увидел, что заряд передался на расстояние до 800 футов (243 метра). Установил, что по земле заряд не передается и, тем самым был сделан шаг в разделения веществ на проводники и изоляторы.
1733 г. Шарль Франсуа Дофе
Открыл два рода электрических зарядов - «стеклянный» и « смоляной», которые сейчас называются соответственно « положительный» и «отрицательный». Подтвердил, что электризованные тела одноименные отталкиваются, а разноименные притягиваются.
Изобрел и ввел в исследования электрометр.
1706 — 1790 г. Бенджамин Франклин
Наблюдал искрение зарядов. Применил искру для взрыва пороха.
Занимался электростатикой. Обосновал природу молнии. Обосновал идею создания молниеотвода.
1736 — 1806 г. Шарль Огюст Кулон.
Установил основной закон электростатики — количественный закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов.
Закон Кулона - «Сила взаимодействия двух заряженных тел прямо пропорциональна произведению модулей их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.
1737 — 1798 г. Луиджи Гальвани.
По своим занятиям был медиком, изучавшим анатомию. Однажды во время работы, использовал ткань препарированной лягушки. Во время опыта мышца лягушки прикоснулась к двум разнородным металлам. При этом мышца резко сократилась, что и было замечено исследователями. Это открытие даже и в те времена привлекло большое внимание ученых и даже философов, которые увидели в этом так называемую «жизненную силу».
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОТСТУПЛЕНИЕ.
И в этом месте мне интересно дать тематическое отступление от общего исторического смысла данной статьи, перенесясь в наше время..
Я по специальности большую часть своей производственной деятельности занимался наладкой электроавтоматики. Я ежедневно собирал и разбирал электрические схемы и с ними работал на напряжении 220 — 380 вольт. Иногда я нечаянно касался токоведущих частей, находящихся под напряжением и ощущал удар или укус электричества. Но это были кратковременные укусы, поскольку рука моментально отдергивалась.
Дело в том, что в соответствии с открытием Гальвани, протекающий по телу человека ток заставляет мышцы, по которым он протекает, сокращаться. И если человек берет какой либо находящийся под напряжением предмет рукой на обхват, например ладонью, то мышцы пальцев и ладони сокращаются, рука непроизвольно сжимается и пострадавший не может разжать руку и отцепиться от этого предмета, более того, находясь еще в сознании, он сжимает его еще крепче и через какое то время, если ему не будет оказана помощь, он теряет сознание и может погибнуть..
Примером такой особой опасности может служит электродрель. Сейчас этот инструмент выполняется с двойной изоляцией, с пластмассовым корпусом. А до 60 -тых годов электродрели были полностью металлическими. По правилам безопасности корпус дрели перед началом работы должен был быть заземлен отдельным видимым неизолированным проводником, изоляция дрели проверены мегомметром 1000В, и работать с ней нужно было в резиновых перчатках. Однако при нарушении этих требований и повреждении изоляции в электродрели, работник оказывается под напряжением и, даже находясь еще некоторое время в сознании, не может оторваться от поврежденной дрели и, если ему не будет оказана помощь со стороны, погибает.
На этом же принципе построен электрический дефибриллятор. С его помощью прекратившего дыхание пострадавшего подвергают кратковременному электрическому удару, при котором по телу человека, включая сердечную мышцу, пропускается импульс тока. Сердечная мышца резко сокращается и появляется высокая вероятность, что она продолжит работу далее самостоятельно.
1745 — 1827 г. Алессандро Вольта.
Заинтересовался опытом Гальвани, при котором мышца лапки лягушки начинала двигаться. При этом Вольта обратил внимание на источник электричества, представлявший два различных металла и жидкости между ними и продолжил это исследование. Проводил опыты с различными парами металлов - цинк, олово, свинец, железо и другие. При многих сочетаниях двух металлов с кислой или щелочной средой между ними образовывали электрический эффект. Таким образом он создал первый химический источник постоянного тока, предтечи современных батареек. .
Но он пошел дальше, он создал «Вольтов столб», состоящий из 20 кружочков из различных металлов, разделенных прослойкой ткани или бумаги, пропитанных кислотой или щелочью. Это дало возможность для дальнейшего развития науки, обеспечивать получение электричества без процессов трения.
1777 — 1851 г. Эрстед Ханс Кристиан.
Главное его открытие заключалось в том, что он впервые экспериментально доказал связь между электрическими и магнитными явлениями.
В 1819 году он на лекции демонстрировал нагрев проводника, при протекании по нему электрического тока от «Вольтова столба». На столе случайно оказался морской компас, по крышке которого проходил провод идущий от «Вольтова столба» к нагреваемой проволоке. Неожиданно один из студентов обратил внимание, что при включении тока, стрелка компаса отклонилась. Он спросил об этом Эрстеда. Тот попросил его не отвлекаться от главной темы. Но потом сам стал изучать это явление. В результате была установлена связь между электрическим током и возникающим около него магнитным полем Установил также что магнитное поле создаваемое током в проводнике имеет направление.
Продолжая исследование этой взаимосвязи он определил, что по мере удаления от проводника. напряженность магнитного поля уменьшается.
Он проверил влияние на стрелку компаса материала проводника. Были опробованы платина, золото, серебро, латунь, свинец и железо. Было обнаружено, часть металлов, как железо влияют на отклонение стрелки при отсутствии тока. Но при протекании тока по проводнику из любого материал стрелка отклоняется.
1791-1864 г. Майкл Фарадей
Перечисленные ранее открытия в области электричества ограничивались в основном электростатикой, то есть исследовалось поведение тел заряженных трением, или от находящихся под напряжением, от «Вольтова столба»
Фарадей стал изучать электрические явления в процессе их движения или изменения положения в пространстве. Фарадей, ознакомившись с открытиями Эрстеда, продолжил эти исследования. В 1821 году он провел опыт, который показал, что проводник с током вращался в магнитном поле, и, в свою очередь магнит также вращался вокруг проводника с током.
В 1831 году им было открыто явление электромагнитной индукции. Он расположил две катушки по одной оси. Одну катушку он присоединял к источнику тока, а другую присоединил к гальванометру. Такие опыты проводились и ранее. Наличие тока в одной катушке не вызывали электрических процессов в другой. Но Фарадей обратил внимание, что электричество во второй катушке хоть и кратковременно но появляется, только в моменты включения и отключения электрического импульса в первой катушке, причем при замыкании и размыкании цепи первой катушки, во второй импульсы имели имели разноименные знаки.
Электричество во второй катушке появлялось также при удалении или приближении к первой, и интенсивность импульса во второй катушке зависела от скорости перемещения одной катушки относительно другой. Это явление — создание электрического процесса в одном проводнике от другого проводника при отсутствии между ними электрического контакта и при определенных условиях назвали электромагнитной индукцией.
Самое главное — было установлено, что величина индуктированного импульса зависит не только от величины тока в первой катушке, но и от скорости изменения положения второй катушки относительно первой. Впервые было введено понятие — скорость изменения магнитного потока. Было обнаружено, что направление индуктированного тока, создает магнитный поток, направленный противоположно потоку, вызвавшему процесс индукции.
На этом принципе Фарадеем было создано наглядное устройство для преобразования механической энергии в электрическую и обратно. Эти открытия лежат в основе современных генераторов и электродвигателей.
Фарадеем была создана, так называемая «Клетка Фарадея», в которой электрический заряд распределяется по поверхности замкнутого объема и полностью отсутствовал во внутреннем пространстве.
Много нового Фарадей открыл в электрохимии, что не входит в объем настоящего изложения.
1831-1879. Максвелл Джеймс Клерк.
Майкл Фарадей выполнил свои открытия на основании множества экспериментов и вошел в историю, как великий экспериментатор.
Максвелл своими исследованиями построил математическое обоснование электрических процессов. Выведенные им уравнения увязывают все параметры, участвующие в электромагнитной индукции, включая зависимость от скорости изменения магнитного поля, в единую систему. Оригинально это сформулировал американский физик Роберт Милликен: «Максвелл облек плебейски обнаженное тело фарадеевских представлений в аристократические одежды математики»
1820. Закон Био — Савара — Лапласа
Эрстедом было открыто явление создания магнитного поля, движущимися электрическими зарядами. Наконец давайте назовем движущиеся электрические заряды электрическим током.
Жан Батист Био и Феликс Савара начали разрабатывать эту тему далее. Они вывели формулы определяющие величины магнитной напряженности и магнитной индукции в пространстве окружающей проводник по которому протекает ток, в зависимости от расстояния от проводника.
Эти же авторы предложили «Правило правой руки». Указательный палец направлен по движению тока, ладонь на точку для которой определяется магнитное поле, большой палец выставленный под прямым углом к указательному укажет направление магнитного поля.
Примечание. Я когда то был знаком с инженером электриком, занимавшимся проектированием устройств по размагничиванию корпусов судов, дабы защитить их от магнитных мин. Он говорил, что вся его работа построена на законе Био и Савара.
!775 — 1836 Андре Мари Ампер.
В 1814 году входит в состав Академии Наук.
Сделанные им открытия.
Открыл магнитный эффект катушки — соленоида.
Ввел в науку термины.
Электростатика.
Электродинамика
Электродвижущая сила
Напряжение
Гальванометр
Электрический ток.
Устанавливает направление тока в замкнутой цепи.
Устанавливает, что параллельные проводники с токами, текущими в одном направлении притягиваются, а в противоположном отталкиваются.
Отметим, единицы измерения были введены:
АМПЕР утвержден 1881 год.
ВОЛЬТ утвержден 1861 год
1787 - 1834 г. Георг Симон Ом.
Работал преподавателем математики и физики. С 1839 года профессор Нюрнбергской высшей политехнической школы. С 1826 года изучал связь электричества с магнетизмом и открыл один из важнейших законов — количественный закон цепи электрического тока.
Над проволокой с током он поместил магнитную стрелку, подвешенную на нити. При закручивании нить удерживала стрелку в равновесии, а углом кручения измерялась сила тока.
В этом эксперименте он установил
1. Сила тока была постоянной в различных участках сети.
2. Сила тока убывает с увеличением длины проволоки и уменьшением ее поперечного сечения. ( то-есть с увеличением сопротивления проволоки)
Он обнаружил ряд веществ с повышенным или уменьшенным сопротивлением из числа: серебро, свинец, медь, золото, цинк, олово, платина, палладий, железо.
На основании проведенных исследований сформулировал закон, впоследствии названным «ЗАКОНОМ ОМА»., который определил связь электродвижущей силы источника ( или электрического напряжения ) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника .
В 1827 году ввел понятия «электродвижущая сила», «проводимость»,
В 1881 году его именем была названа единица электрического сопротивления ОМ.
Заключение
На этом этапе краткое описание развития знаний об электричестве, мне представляется, можно остановиться. Мы здесь познакомились со всеми основополагающими законами, понятиями и исследованиями об электричестве. Они дали простор для дальнейшего практического применениями и разработок ведущих к технико — практическому развитию электротехнических устройств. К настоящему времени электричество прочно вошло во все сферы деятельности человека. На этом пути сделано бесчисленное количество открытий, изобретений, разработок, создание предприятий создающие электротехническое оборудование. Они заслуживают множества отдельных многотомных описаний.