|
До 1600 г. знания
европейцев об электричестве оставалось на уровне древних греков, что
повторяло историю развития теории паровых реактивных двигателей
("Элеопил" А. Герона).
Основоположником
науки об электричестве в Европе стал выпускник Кембриджа и Оксфорда
английский физик и придворный врач королевы Елизаветы - Уильям Гилберт (1544-1603).
С помощью своего "версора" (первого электроскопа) У. Гильберт показал,
что способностью притягивать легкие тела (соломинки) обладает не только
натертый янтарь, но и алмаз, сапфир, карборунд, опал, аметист, горный
хрусталь, стекло, сланцы и др., которые он назвал "электрическими" минералами.
Кроме
того, Гильберт заметил, что пламя "уничтожает" электрические свойства
тел, приобретенные при трении, и впервые исследовал магнитные явления,
установив, что:
- магнит всегда имеет два полюса - северный и южный;
- одноименные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются;
- распиливая магнит, нельзя получить магнит только с одним полюсом;
- железные предметы под влиянием магнита приобретают магнитные свойства (магнитная индукция);
- природный магнетизм может быть усилен с помощью железной арматуры.
Изучая
магнитные свойства намагниченного шара с помощью магнитной стрелки,
Гильберт пришел к выводу, что они соответствуют магнитным свойствам
Земли, а Земля является самым большим магнитом, что и объясняет
постоянное наклонение магнитной стрелки.
1650 г.: Отто фон Герике
(1602-1686) создает первую электрическую машину, извлекавшую из
натираемого шара, отлитого из серы, значительные искры, уколы которых
могли быть даже болезненными. Однако тайна свойств «электрической жидкости», как в то время называли это явление, не получила тогда никакого объяснения.
1733 г.: французский физик, член Парижской Академии наук, Шарль Франсуа Дюфе (Dufay,
Du Fay, 1698-1739) открыл существование двух видов электричества,
которые назвал "стеклянным" и "смоляным". Первое возникает на стекле,
горном хрустале, драгоценных камнях, шерсти, волосах и т. д.; второе -
на янтаре, шелке, бумаге и т. п.
После
многочисленных экспериментов Ш. Дюфе впервые электризовал тело человека
и "получил" из него искры. В область его научных интересов входил
магнетизм, фосфоресценция и двойное лучепреломление в кристаллах,
ставшее впоследствии основой для создания оптических лазеров. Для
обнаружения измерения электричества пользовался версором Гилберта,
сделав его намного более чувствительным. Впервые высказал мысль об
электрической природе молнии и грома.
1745 г.: выпускник Лейденского университета (Голландия) физик Питер ван Мушенбрук
(Musschenbroek Pieter van, 1692-1761) изобрел первый автономный
источник электроэнергии - лейденскую банку и провел с ней ряд опытов, в
ходе которых установил взаимозвязь электрического разряда с его
физиологическим действием на живой организм.
Лейденская
банка представляла собой стеклянный сосуд, стенки которого снаружи и
изнутри были оклеены свинцовой фольгой, и являлась первым электрическим
конденсатором. Если обкладки прибора, заряженного от
электростатического генератора О. фон Герике соединяли тонкой
проволокой, то она быстро нагревалась, а иногда и плавилась, что
указывало на наличие в банке источника энергии, которую можно было
транспортировать далеко от места ее зарядки.
1747 г.: член Парижской Академии наук, французский физик-экспериментатор Жан Антуан Нолле (1700-1770) изобрел первый прибор для оценки электрического потенциала - электроскоп,
зарегистрировал факт более быстрого "стекания" электричества с острых
тел и впервые сформировал теорию действия электричества на живые
организмы и растения.
1747–1753 гг.: американский государственный деятель, ученый и просветитель Бенджамин (Вениамин) Франклин (Franklin, 1706-1790) публикует цикл работ по физике электричества, в которых:
- ввел общепринятое теперь обозначение электрически заряженных состояний «+» и «–»;
- объяснил принцип действия лейденской банки, установив, что главную
роль в ней играет диэлектрик, разделяющий проводящие обкладки;
- установил тождество атмосферного и получаемого с помощью трения
электричества и привел доказательство электрической природы молнии;
- установил, что металлические острия, соединённые с землёй, снимают
электрические заряды с заряженных тел даже без соприкосновения с ними и
предложил молниеотвод;
- выдвинул идею электрического двигателя и продемонстрировал
«электрическое колесо», вращающееся под действием электростатических
сил;
- впервые применил электрическую искру для взрыва пороха.
1759 г.: В России физик Франц Ульрих Теодор Эпинус (Aepinus, 1724-1802),впервые выдвигает гипотезу о наличии связи между электрическими и магнитными явлениями.
1761 г.: Швейцарский механик, физик и астроном Леонард Эйлер (L.
Euler, 1707-1783) описывает новую электростатическую машину, состоящую
из вращающегося диска из изоляционного материала с радиально
наклеенными кожаными пластинами. Для съема электрического заряда к
диску надо было подвести шелковые контакты, присоединенные к медным
стержням со сферическими окончаниями. Приближая сферы друг к другу,
можно было наблюдать процесс электрического пробоя атмосферы
(искусственная молния).
1785-1789 гг.: Французский физик Шарль Огюстен Кулон
(S. Coulomb, 1736-1806) публикует семь работ. в которых описывает закон
взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов (закон
Кулона), вводит понятие магнитного момента и поляризации зарядов и
доказывает, что электрические заряды всегда располагаются на
поверхности проводника.
1791 г.: В Италии издается трактат Луиджи Гальвани
(L. Galvani, 1737-1798), «De Viribus Electricitatis In Motu Musculari
Commentarius» («Трактат о силах электричества при мышечном движении»),
в котором доказывалось, что электричество вырабатывается живым организмом
и наиболее эффективно проявляется в контакте разнородных проводников. В
настоящее время этот эффект лежит в основе принципа действия
электрокардиографов.
1795 г.: Итальянский профессор Александр Вольта (Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827) исследует явление контактной разности потенциалов различных металлов
и с помощью электрометра собственной конструкции дает численную оценку
этому явлению. Результаты своих опытов А.Вольта впервые описывает 1
августа 1786 г. в письме своему другу. В настоящее время эффект
контакной разности потенциалов используется в термопарах и системах
анодной (электрохимической) защиты металлических сооружений.
1799 г:. А. Вольта изобретает источник гальванического (электрического) тока - вольтов столб.
Первый вольтов столб состоял из 20 пар медных и цинковых кружочков,
разделенных суконными кусочками, смоченными соленой водой, и
предположительно мог давать напряжение 40-50 В и ток до 1 А.
В 1800 г. в
журнале «Philosophical Transactions of the Royal Society, Vol. 90» под
названием «On the Electricity Excited by the Mere Contact of Conducting
Substances of Different Kinds» («Электричество, получаемое в результате
простого контакта разных веществ») было описано устройство, названное
«электродвижущий аппарат», А. Вольта считал, что в основе принципа
действия его источника тока лежит контактная разность потенциалов, и
только спустя много лет было установлено, что причиной возникновения
э.д.с. в гальваническом элементе является химическое взаимодействие
металлов с проводящей жидкостью - электролитом. Осенью 1801 г. в России
была создана первая гальваническая батарея, состоящая из 150 серебряных
и цинковых дисков. Через год, осенью 1802 г., была изготовлена батарея
из 4200 медных и цинковых дисков, дающая напряжение в 1500 В.
1820 г.: датский физик Ханс Кристиан Эрстед
(Ersted, 1777-1851) в ходе опытов по отклонению магнитной стрелки под
действием проводника с током, установил связь между электрическими и
магнитными явлениями. Сообщение об этом явлении, опубликованное в 1820
г., стимулировало исследования в области электромагнетизма, что, в
конечном счете, привело к формированию основ современной электротехники.
Первым последователем Х.Эрстеда стал французский физик Андре Мари Ампер
(1775-1836) сформулировавший в том-же году правило определения
направления действия электрического тока на магнитную стрелку,
названное им "правилом пловца" (правило Ампера или правой руки), после
чего были определены законы взаимодействия электрических и магнитных
полей (1820 г.), в рамках которых впервые была сформулирована идея об
использовании электромагнитных явлений для дистанционной передачи
электрического сигнала.
В 1822 г. А. Ампер создает первый усилитель электромагнитного поля
- многовитковые катушки из медного провода, внутри которых помещались
сердечники из мягкого железа (соленоиды), ставшие технологической
основой для изобретенного им в 1829 г. электромагнитного телеграфа, открывшего эру современной электросвязи.
821 г.: английский физик Майкл Фарадей (М.
Faraday, 1791-1867) познакомился с работой Х. Эрстеда об отклонении
магнитной стрелки вблизи проводника с током (1820) и после исследования
взаимосвязи электрических и магнитных явлений установил факт вращения
магнита вокруг проводника с током и вращения проводника с током вокруг
магнита.
В течение последующих 10 лет М. Фарадей пытался «превратить магнетизм в электричество», результатом чего стало открытие в 1831 электромагнитной индукции,
что привело к формированию основ теории электромагнитного поля и
появлению новой отрасли промышленности - электротехники. В 1832 г. М.
Фарадей публикует работу, в которой выдвигается идея о том, что
распространение электромагнитных взаимодействий есть волновой процесс,
происходящий в атмосфере с конечной скоростью, что стало основой для
появления новой отрасли знаний - радиотехники.
Стремясь
установить количественные соотношения между различными видами
электричества, М. Фарадей начал исследования по электролизу и в
1833–1834 гг. сформулировал его законы. В 1845 г., исследуя магнитные
свойства различных материалов, М. Фарадей открывает явления
парамагнетизма и диамагнетизма и установливает факт вращения плоскости
поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея ). Это было первое
наблюдение связи между магнитными и оптическими явлениями, которое
позднее было объяснено в рамках электромагнитной теории света Дж.
Максвелла.
Примерно в это-же время свойства электричества изучал немецкий физик Георг Симон Ом (G.S. Ohm, 1787-1854). Проведя серию экспериментов, Г. Ом в 1826 г. сформулировал основной закон электрической цепи (закон
Ома) и в 1827 г. дал его теоретическое обоснование, ввел понятия
«электродвижущая сила», падение напряжения в цепи и «проводимость».
Закон Ома устанавливает, что сила постоянного электрического тока I в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) U между двумя фиксированными точками (сечениями) этого проводника т.е. RI = U. Коэффициент пропорциональности R,
получивший в 1881 г. название омическое сопротивление или просто
сопротивление зависит от температуры проводника и его геометрических и
электрических свойств.
Исследования
Г. Ома завершают второй этап развития электротехники, а именно
фомирования теоретической базы для расчета характеристик электрических
цепей, что стало основой современной электроэнергетики.
|
