История электричества
Давным-давно, в VII веке до нашей эры, греческий философ Фалес Милетский (624 – 545 гг. до н.э.) заметил, что потёртый о шерсть янтарь приобретает свойство притягивать лёгкие предметы. Что интересно, греки называли янтарь электроном, по имени звезды Электра из созвездия Тельца. С тех давних пор прошло больше двух тысячелетий и только в 1600 году английский физик Уильям Гилберт (1544 – 1603 гг.) издаёт книгу, в которой описывает свои опыты над магнитами и электрическими свойствами тел. Он заметил, что не только янтарь, но и ряд других тел после натирания обладают способностью притягивать мелкие лёгкие предметы. Отдавая честь янтарю, Уильям Гилберт назвал это явление электрическим (от латинского слова electricus – янтарный) и впервые ввёл термин «электричество». Под ним подразумевается совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.
В последующие годы многие учёные занимались исследованием электричества. Они сделали большое количество открытий в этой области, благодаря которым человечество использует данный вид энергии. В память о заслугах отдельных учёных их фамилиями были названы некоторые единицы измерений. Среди них: итальянский физик, химик и физиолог Александро Вольта (1745 – 1827 гг.), французский физик, математик и естествоиспытатель Андре-Мари Ампер (1775 – 1836 гг.), немецкий физик Георг Симон Ом (1789 – 1854 гг.) и ряд других учёных. Благодаря таким людям, сейчас мы используем электричество для своего блага и удобства.
Не всем известно, что к изучению электричества имел отношение Бенджамин Франклин (1706 – 1790 гг.). Большинство людей знают его как великую историческую личность, внёсшую огромный вклад в становление США (Соединённых Штатов Америки) как независимого государства. В память о политических заслугах Бенджамина Франклина установлены памятники, а на стодолларовых купюрах с 1914 года печатают его портрет. Как говорят: «Талантливый человек талантлив во всём». Оказывается, он был не только политиком, но ещё исследователем и изобретателем. Бенджамин Франклин ввёл понятие положительного и отрицательного заряда. Вот те самые «+» (плюсы) и «-» (минусы), которые в наше время можно увидеть на любой простой батарейке. Ещё он проводил исследования грозовых явлений и обнаружил присутствие электричества в воздухе, так называемое атмосферное электричество. В 1752 году Бенджамин Франклин изобрёл молниеотвод (в быту его чаще называют громоотвод, хотя к грому это устройство отношения не имеет). Металлический штырь, соединённый толстой проволокой с заземлителем, снимал во время грозы напряжённость электрического поля. В редких случаях удара молнии пропускал её через себя в землю. Это изобретение имело большое практическое значение. Теперь высокие здания, колокольни и т.п., оборудованные такими устройствами, могли больше не бояться молнии.
Эволюция лампочки
Мы знаем, что лампа накаливания, созданная в те времена, претерпела значительные изменения до сегодняшнего дня. Проблема ламп накаливания до недавнего времени заключалась в том, что в свет преобразуется только 10% электричества. Остальная энергия, потребляемая лампочкой, преобразуется в тепло. Это довольно неэффективно с энергетической точки зрения.
Здесь они рассматривают вопрос о том, чтобы положить конец бесполезной трате энергии и обеспечить безопасность лампочек. Другими словами, зажженная лампочка нагревается настолько, что может сжечь все, что на нее поставлено. Мы знаем, что сегодня она решена это проблема с энергоэффективным светодиодным освещением.
Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о том, кто изобрел свет и всю его историю.
История[]
Одним из первых электричество привлекло внимание греческого философа Фалеса в VII веке до н. э., который обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч
ἤλεκτρον: электрон) приобретает свойства притягивать легкие предметы. Однако долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году появился сам термин электричество («янтарность»), а в 1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. В 1729 году англичанин Стивен Грей провел опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть. В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создает первый электрический конденсатор — Лейденскую банку. Примерно в эти же годы работы по изучению атмосферного электричества вели и русские учёные — Г. В. Рихман и М. В. Ломоносов.
Первую теорию электричества создает американец Бенджамин Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения с электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний. Изучение электричества переходит в категорию точной науки после открытия в 1785 году Закона Кулона.
Файл:M Faraday Th Phillips oil 1842.jpg
Майкл Фарадей — основоположник учения об электромагнитном поле
Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой. В 1802 году Василий Петров обнаружил вольтову дугу.
В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля ().
Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию () и законы электролиза (), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 году.
В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).
В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества — электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.
В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединенную теорию электрослабых взаимодействий.
История изобретений
- 1809 Англичанин Деларуэ строит первую лампу накаливания (с платиновой нитью накала).
- В 1838 году бельгиец Йобар изобрел лампу накаливания на древесном угле.
- В 1854 году немецкий Генрих Гебель разработал первую “современную” лампу: обугленную бамбуковую нить накаливания в эвакуированном сосуде. В течение следующих 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой.
- В 1860 году английский химик и физик Джозеф Вильсон Свон продемонстрировал первые результаты и получил патент, но трудности с получением вакуума привели к тому, что лампа Свона работала лишь ненадолго и неэффективно.
- 11 июля 1874 г. русский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент № 1619 на лампу накаливания. В качестве нити накала он использовал углеродный стержень, помещенный в эвакуированный сосуд.
- 1875 В.Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Lodygin, выкачав из нее воздух и поместив в нее несколько волосков (если один из них перегорит, то следующий включится автоматически).
- В 1876 году Павел Николаевич Яблочков разработал один из вариантов электроуглеродной дуговой лампы, названный “Яблочковской свечой”. Преимущество этой конструкции заключалось в том, что не требовался механизм для поддержания расстояния между электродами, чтобы дуга горела. Электродов хватило примерно на 2 часа.
Английский изобретатель Джозеф Уилсон Свон в 1878 году получил британский патент на лампу из углеродного волокна. Его лампы содержали волокно в разбавленной кислородной атмосфере, что давало очень яркий свет.
Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон провел исследования, в которых опробовал различные металлы в качестве нитей. В 1879 году он запатентовал лампу с использованием платиновой проволоки. В 1880 году он возвращается к углеродной нити накала и создает лампу, которая длится 40 часов. В то же время Эдисон изобрел бытовой поворотный переключатель. Несмотря на столь короткий срок службы, его лампы вытеснили газовое освещение, которое использовалось до этого времени.
В 1890-х годах А.Н. Лодыгин изобрел несколько типов ламп с нитями из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил использовать вольфрамовые и молибденовые нити накаливания в лампах (такие используются во всех современных лампах) и скручивание нити накаливания в виде спирали. Он предпринял первые попытки удаления воздуха из ламп накаливания, что спасло нить накаливания от окисления и многократно увеличило срок ее службы. Впоследствии была изготовлена первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой нитью накаливания под патентом Лоджина. Он также производил газонаполненные лампы (с углеродной нитью накала и азотным наполнением).
С конца 1890-х годов появились лампы с нитью нити магния, тория, циркония и оксида иттрия (лампа Нернста) или нитью металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампы Болтона и Фейерлейна).
Когда появилось электричество в России?
Если говорить об электрификации на территории Российской империи, то в этом вопросе нет конкретной даты. Всем известно, что в 1879 году в Санкт-Петербурге сделали освещение по всему Литейному мосту. Он освещался с помощью ламп. Однако, в Киеве были установлены электрические фонари в одном из железнодорожных цехов на год раньше
Это событие не привлекло к себе внимание, поэтому официальной датой появления электрического освещения в Российской империи считается 1879 год
Первый электротехнический отдел появился в России 30 января 1880 года в Русском техническом обществе. Отдел был обязан курировать внедрение электричества в повседневную жизнь государства. Уже в 1881 году Царское Село было полностью освещенным населенным пунктом и стало первым современным и европейским городом.
15 мая 1883 года считается также знаковой датой для страны. Это связано с проведением иллюминации Кремля
В это время вступал на престол император Александр III, а иллюминация была приурочена к такому важному событию. Почти сразу после этого исторического события освещение было проведено сначала на главной улице и затем в Зимний дворец Санкт-Петербурга. По указу императора в 1886 году было учреждено «Общество электроосвещения»
В его обязанности входило освещение двух главных городов — Москва и Санкт-Петербург. Уже через два года началось строительство электростанций по всем крупнейшим городам. Первый электротрамвай в России был запущен в 1892 году. В Петербурге через 4 года пустили в эксплуатацию первую ГЭС. Она была построена на реке Большая Охта
По указу императора в 1886 году было учреждено «Общество электроосвещения». В его обязанности входило освещение двух главных городов — Москва и Санкт-Петербург. Уже через два года началось строительство электростанций по всем крупнейшим городам. Первый электротрамвай в России был запущен в 1892 году. В Петербурге через 4 года пустили в эксплуатацию первую ГЭС. Она была построена на реке Большая Охта.
Важным событием было появление первой электростанции в Москве в 1897 году. Ее построили на Раушской набережной с возможностью вырабатывать переменный трехфазный ток. Она сделала доступной передачу электричества на большие расстояния и использовать его без потери мощности. Строительство электростанций в других российских городах стало развиваться только перед Первой мировой войной.
Интересные факты истории появления электричества в России
Если внимательно изучать некоторые факты электрификации Российского государства можно узнать много любопытной информации.
Первую лампочку накаливания с угольным стержнем изобрел в 1874 году А.Н.Лодыгин. Устройство было запатентовано крупнейшими странами Европы. Через время ее усовершенствовал Т. Эдиссон и лампочку стали использовать по всей планете.
Русский электротехник П.Н. Яблочков в 1876 году закончил разработку электрической свечи. Она стала проще, дешевле и удобней чем лампочка Лодыгина в эксплуатации.
В составе Русского технического общества был создан Особый Электротехнический отдел. В него входили П.Н. Яблочков, А.Н.Лодыгин, В.Н.Чиколев и другие активные физики и электротехники. Главная задача отдела было — содействие развитию электротехники в России.
https://youtube.com/watch?v=Tpq_i-GCtnU
Мало кто задумывается, когда появилось электричество. А история его довольно интересна. Электричество делает жизнь комфортнее. Благодаря ему, стало доступно телевидение, Интернет и многое другое. И современную жизнь без электричества уже невозможно представить. Оно значительно ускорило развитие человечества.
Электронная лампа – диод
Электронная лампа – триод
Диод использовали для выпрямления переменного тока (см. Электрический ток). В 1906 г. американский инженер Ли де Форест предложил ввести между анодом и катодом лампы диода еще один электрод – сетку. Появилась новая лампа – триод, неизмеримо расширившая область использования электронных ламп.
Работа триода, как и всякой электронной лампы, основана на существовании потока электронов между катодом и анодом. Сетка – третий электрод – имеет вид проволочной спирали. Она находится ближе к катоду, чем к аноду. Если на сетку подать небольшое отрицательное напряжение, она будет отталкивать часть электронов, летящих от катода к аноду, и сила анодного тока уменьшится. При большом отрицательном напряжении сетка становится непреодолимым барьером для электронов. Они задерживаются в пространстве между катодом и сеткой, несмотря на то, что к катоду приложен «минус», а к аноду – «плюс» источника питания. При положительном напряжении на сетке она будет усиливать анодный ток. Таким образом, подавая различное напряжение на сетку, можно управлять силой анодного тока лампы. Даже незначительные изменения напряжения между сеткой и катодом приведут к значительному изменению силы анодного тока, а, следовательно, и к изменению напряжения на нагрузке (например, резисторе), включенной в цепь анода. Если на сетку подать переменное напряжение, то за счет энергии источника питания лампа усилит это напряжение. Происходит это потому, что при переменном напряжении между сеткой и катодом постоянный ток в нагрузке лампы изменяется в такт с этим напряжением, причем в значительно большей степени, чем изменяется напряжение на сетке. Если этот ток пропустить через фильтр верхних частот (см. Фильтр электрический), то на его выходе потечет переменный ток с большей амплитудой колебаний, а на нагрузке появится большее переменное напряжение.
В дальнейшем конструкции электронных ламп развивались очень быстро – появились лампы, содержащие не одну, а несколько сеток: тетроды (лампы с двумя сетками) и пентоды (лампы с тремя сетками). Они позволили получить большее усиление сигналов.
Триоды, тетроды и пентоды – универсальные электронные лампы. Их применяют для усиления напряжения переменного и постоянного токов, для работы в качестве детекторов и в качестве генераторов электрических колебаний.
Широкое распространение получили комбинированные лампы, в баллонах которых имеются по две или даже по три электронные лампы. Это, например, диод-пентод, двойной триод, триод-пентод. Они могут, в частности, работать в качестве детектора (диод) и одновременно усиливать напряжение (пентод).
Электронные лампы для аппаратуры малой мощности (радиоприемников, телевизоров и т.д.) имеют небольшие размеры. Существуют даже сверхминиатюрные лампы, диаметр которых не превышает толщины карандаша. Полную противоположность миниатюрным лампам представляют лампы, применяемые в мощных усилителях радиоузлов или радиопередатчиках. Эти электронные лампы могут генерировать высокочастотные колебания мощностью в сотни киловатт и достигать значительных размеров. Из-за огромного количества выделяющегося тепла приходится применять воздушное и водяное охлаждение этих ламп.
ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
Волоконная оптика, раздел оптики, в котором рассматривается передача света и изображения по световодам и волноводам оптического диапазона, в частности, по многожильным световодам и пучкам гибких волокон.
Волоконная оптика возникла в 50-х годах XX века.
В волоконно-оптических деталях световые сигналы передаются с одной поверхности (торца световода) на другую (выходную) как совокупность элементов изображения, каждый из которых передается по своей световедущей жиле (рисунок 3).
Газ
Это был не первый случай на памяти людей, когда публика наблюдала рассвет новой эры в области освещения общественных мест. До появления электричества передовой технологией освещения в XIX веке были угольные газовые лампы. Газовые лампы сжигали метановые пары, выделяемые углём при его варке в ретортах без доступа воздуха. Натурфилософы обнаружили, что уголь можно перегонять в горючий газ, ещё в семнадцатом веке, но впервые его стали использовать в качестве коммерческого источника света в первом десятилетии девятнадцатого.
Иллюстрация 1821 года с изображением ретортной фабрики, в которой варили уголь для получения осветительного газа.
Первыми освоили эту технологию фабрики – она позволяла им работать до глубокой ночи, особенно в короткие дни североевропейской зимы, и таким образом получать больше пользы от дорогостоящего оборудования. Подобно тому, как паровая машина уничтожила различия между сезонами, определявшие приливы и отливы водяной энергии, газовое освещение уничтожило древнее и мощное различие между ночью и днём быстрее, чем любое событие со времён укрощения огня. В какой-то степени мы можем считать потребность в искусственном освещении естественным результатом отвращения человечества к темноте, но в какой-то степени она была и побочным продуктом современности: рост капиталоёмкой промышленности и офисной работы в помещениях, зависящей от чтения и письма, создал больше работы, которую можно было выполнять после захода солнца, и больше финансовых стимулов для её выполнения.
Одной из первых газ начала использовать хлопчатобумажная фабрика Джорджа Ли в Салфорде, недалеко от Манчестера. В 1805 году её освещали пятьдесят газовых ламп, установленные Болтоном и Уаттом под руководством того же Уильяма Мёрдока, который двадцатью годами ранее разработал для этой фирмы планетарную передачу. К середине века газовые пары хранились в баллонах и затем подавались по трубам на фабрики, в магазины, уличные фонари, офисы и богатые дома в большинстве крупных городов Запада. Газовая каминная лампа давала более яркий свет, чем свеча или масляная лампа, при меньших издержках (после того как были покрыты первоначальные расходы на установку) и с меньшим риском пожара (поскольку она была прикреплена к неподвижной трубе, которая не могла опрокинуться).
Однако к началу 1880-х годов дуговые фонари быстро вытеснили газовые в освещении общественных и коммерческих объектов: городских улиц, универмагов, парков аттракционов, фабрик и т. д. Репортёр, присутствовавший на освещении Честнат-стрит в Филадельфии, отметил, что по сравнению с ней существующее общественное освещение выглядит “жёлтым, тусклым и нездоровым”, а электрический свет может быть дешевле даже газового. Успех Браша привлёк конкурентов, которые копировали и улучшали его творение, делая газ всё менее привлекательным. Больше других стоит отметит Элиу Томсона из Филадельфии, который придумал, как сделать высокоэффективную саморегулирующуюся динамо-машину, поддерживающую постоянный ток независимо от количества работающих ламп. Это позволяло отдельным лампам выходить из строя или отключаться без необходимости использования шунтирующих цепей или других компенсирующих резисторов.
Электрические свечи Яблочкова в Лондоне вместе с относительно слабыми газовыми лампами, существовавшими до них.
Однако при всех своих впечатляющих преимуществах в яркости, чёткости и стоимости дуговое освещение создавало зрелище, совершенно не подходящее для домов и офисов. Никто не хотел видеть рядом с рабочим столом или диваном яркую дуговую лампу мощностью в две тысячи свечей (примерно в двадцать раз ярче обычной современной лампочки). Для того чтобы сделать электрический свет домашним, нужно было пойти другим путём.
Заключение
Почти вся энергия, поступающая в лампу, преобразуется в излучение. Потери, связанные с теплопроводностью и конвекцией, невелики. Однако только небольшой диапазон длин волн этого излучения виден человеческому глазу. Основная часть излучения находится в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается как тепло. Эффективность ламп накаливания достигает максимума 15% при 3400K.
При практически достижимых температурах 2700K эффективность составляет 5%. С повышением температуры повышается эффективность лампы накаливания, но значительно сокращается срок ее службы. При температуре нити накала 2700K срок службы лампы составляет около 1000 часов, при 3400K – всего несколько часов. При повышении напряжения на 20% яркость увеличивается в два раза. При этом срок службы сокращается на 95%. Снижение напряжения в два раза (например, при последовательном подключении) снижает эффективность, но увеличивает срок службы примерно в тысячу раз.
Этот эффект часто используется для обеспечения надежного резервного освещения без особых требований к яркости, например, на лестничных клетках. Ограниченный срок службы лампы накаливания определяется в меньшей степени испарением нити накаливания во время работы, чем неровностями в нити накаливания. Неравномерное испарение материала нити накала создает разреженные участки повышенного электрического сопротивления, что, в свою очередь, вызывает еще больший нагрев и испарение материала в этих участках. Если одно из этих сужений настолько тонкое, что материал нити накаливания плавится или полностью испаряется в этот момент, то то ток прерывается и лампа выходит из строя.
