Стартовая страница

Данный учебник представляет собой самые основы знаний для понимания физического феномена, который мы называем электричеством и рассчитан на широкий круг. Соответствует уровню знаний среднего образования.

Что такое электричество?

Автор данного сайта нарочно задавал этот вопрос разным людям. Ответы были тоже разные. Например вот так: «электричество - это то, что бежит по проводам от плюса к минусу.» Или так: «долбанёт так, что мало не покажется!»

Электричество — совокупность физических явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.

Более краткого и точного определения, наверное, не придумать.

Электрический кот

С электричеством мы имеем дело каждый день. Когда гладим кота в сухую погоду. Каждый знает как распушается и липнет к рукам его шерсть. И как пугается кот нюхая Вас (так кот здоровается) от слетевшей с носа искры. А если натереть воздушный шарик о свою причёску (можно о кота) и подбросить его (не кота!!!) к потолку, то шарик повиснет и может провисеть весьма долго, словно его гелием надули. И, конечно, гроза. Тут не искра, а искрище длиною в сотни метров.

И, как здорово, что людям удалось “приручить” столь полезный природный феномен! Каждый знаком с тем дискомфортом, когда на час или два отключается дома или на работе свет. Именно электрические заряды, пробегая по микросхемам и проводам вашего компьютера, телефона или MP3-плеера, оживляет его. Да и транспортировать энергию в форме электрических зарядов куда практичнее, чем везти самосвалы с углём, дровами. Нужно-то, в минимальном варианте, два провода - и заряды мчатся и тащат энергию от генератора прямиком к вам домой без шума, без износа шин и подшипников, мгновенно!

Одним из первых известных людей, чьё внимание привлёк феномен электризации янтаря при трении его о шерсть, был древнегреческий учёный Фалес Милетский (V век до н.э.)

Спустя тысячу лет, в 1600 году английский физик и придворный врач королевы Елизаветы I Уильям Гильберт изучал электрические и магнитные явления и впервые применил термин «электричество», что в переводе с латыни значит «янтарность». Изучая магнетизм, установил, что магниты имеют два полюса, классифицировал тела на электризующиеся и не электризующиеся трением, установил влияние влажности воздуха на электризацию. Вделал вывод о том, что земля является магнитом, и что магнитные полюса могут совпадать с географическими.

Неужели люди раньше были такими ленивыми, что потребовалась тысяча лет (!) чтобы ещё хоть раз обратить внимание на то, что в корне изменит быт людей и сделает их жизнь как в раю, и, даже, в разы лучше и интереснее?! И это, конечно, не предел.

Гравюра 1750 года, демонстрирующая устройство для получение статического электричества.

Далее, во второй половине XVII века никто иной как немецкий физик Отто фон Герике продолжил изучение ещё мало кого интересующих электрических явлений и построил первую машину для получения статического электричества. Она состояла из серного шара, закреплённого на вращающейся оси. Вращающийся шар натирался рукой. Отто наблюдал свечение шара в темноте, отметил, что тела, притянутые к шару, после соприкосновения с ним отталкиваются от него и притягиваются к другим телам. Видимо, у Отто не было кота! Поэтому и пришлось вот такое изобретение мастерить! Изучая магнетизм, заметил, что вертикальные прутья в железных оконных решётках естественным образом намагничиваются северными полюсами вверх. И что если железный прут разместить в направлении север-юг и ударять по нему молотком, то прут слегка намагничивается магнитным полем Земли. Оригинальный способ сделать магнит! В настоящее время магниты делают не молотком, конечно, а помещают в магнитное поле катушки с протекающим по ней большим током.

В 1706 году английский физик Фрэнсис Хоксби усовершенствовал устройство Отто использовав стеклянный шар, впервые получил искусственно созданный электрический разряд. В 1710 году обнаружил свечение воздуха в стеклянной трубке при электрическом разряде.

В 1733 году Шарль Франсуа Дюфе открыл два вида электрического заряда - положительного и отрицательного. Обнаружил отталкивание тел с одним и тем же видом заряда и притяжение тел, имеющих разные виды заряда.

Лейденская банка.

В октябре 1745 года поляк, священник и немецкий юрист Эвальд Юрген фон Клейст изобрёл банку для хранения электрического заряда и сообщил об этом учёным из Лейденского университета. Питер ван Мушенбрук заинтересовался изобретением и доработал банку, снабдив её второй обкладкой. Так в 1746 году появился первый электрический конденсатор.

В 1785 году французским военным инженером Шарлем Кулоном был открыт закон связывающий силу взаимодействия электрически заряженных тел с величиной их зарядов и расстоянием между ними — закон Кулона. С этот момента электричество стало предметом научного изучения и привлекло многих изобретателей и учёных того времени.

Так, в 1800 году итальянский физик, химик и физиолог Алессандро Вольта, заинтересовавшись результатами экспериментов итальянского врача и физиолога Луиджи Гальвани, придумал первый гальванический источник электрической энергии, состоящий из серебряных и цинковых пластин с прокладками из смоченной в солёной воде бумаги.

И сколько бы ещё столетий прошло бы в темноте при свечах, с лошадьми в полях, если бы Гальвани не взялся изучать нервную систему на лягушках! То, что он сделал примерно, это соединил две пластинки разных металлов одними концами между собой, а другими концами одновременно коснулся лапы лягушка. Лапа в момент касания дёрнуласть. Потому, что само тело лягушки является электролитом, а две металлические пластины из разных металлов — гальванической парой. А раз он их замкнул, то по цепи начал течь ток, что и привело к мышечному сокращению. Алессандро Вольта всё понял правильно и создал гальванический источник электричества.

Наличие лягушки в качестве электролита здесь не обязательно и не гуманно. Но, Гальвани занимался другим — изучал нервную систему. И слава богу, что на лягушках! А чтобы сделать гальванический элемент можно вместо лягушки взять яблоко или картошку, воткнуть в неё железный гвоздь и что-нибудь медное или цинковое. Получится гальванический элемент — батарейка. Напряжением от 0,4 до 1,5 вольт. Разные пары металлов дают разные напряжения. Мощность такой батарейки, главным образом, будет зависеть от площади поверхности электродов внутри фрукта.

Изучение электричества покатилось как снежный ком! Да, не то слово, — как лавина! Спустя два года (1802г.) русский изобретатель и основоположник отечественной электротехники Василий Петров получил впервые электрический разряд в газовой среде — вольтову дугу.

В 1820 году датский физик Ханс Эрстед обнаружил магнитное поле вокруг проводника с электрическим током. А французский физик и математик Андре-Мари Ампер доказал, что магнитное поле образуется только при движении заряженных частиц и отсутствует при статическом электрическом заряде. С этого времени электричество и магнетизм стали тесными спутниками.

В 1831 году английский учёный Майкл Фарадей открывает явление электромагнитной индукции, вводит понятия «электрическое поле» и «магнитное поле».

Электрофорная машина.

В 1862 году немецкий физик Вильгельм Хольц построил электрофорную машину почти одновременно и независимо с другим немецким физиком Августом Тёплером. Позднее доработана английским изобретателем Джеймсом Уимсхёрстом. Работа основана на принципе электростатической индукции. Способна создавать напряжение в сотни тысяч вольт.

В 1873 году английский физик Джеймс Максвелл вывел уравнения, связывающие электрическое и магнитное поля. А в 1888 году немецкий физик Генрих Герц впервые зарегистрировал электромагнитные волны.

К тому времени изучение электричества подошло к пониманию единого электромагнитного взаимодействия. Так, наши «спутники» электричество и магнетизм слились воедино.

Магнетизм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля.

В 1897 году английским физиком Джозефом Томсоном установлен материальный носитель электричества — электрон. До того момента условно считалось, что носители электрического заряда имеют положительный знак, и, как следствие, направление электрического тока было принято от плюса к минусу. Однако, не смотря на открытие электрона как физического носителя, направление тока решили оставить как есть. Видимо, пришлось бы много научных трудов переписать заново, после чего путаница была бы неизбежна! И по сей день за направление электрического тока принято то же направление - от «+» к «-». Если коротко, то принятое направление электрического тока в проводнике противоположно направлению движения его носителей - электронов. И это следует помнить всегда, имея дело с электрическими цепями постоянного тока.

В 1888 году сербский учёный Никола Тесла запатентовал асинхронный двигатель и изложил теоретические основы асинхронного двигателя. В 1889 году русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, а в 1890 - двигатель с фазным ротором и реостатом для регулировки мощности. Первая в мире промышленная трёхфазная электросеть была построена под руководством Добровольского в 1093 году в Новороссийске на элеваторе.

Радиолампа Бонч-Бруевича.

В 1916 году советский и российский радиотехник Михаил Александрович Бонч-Бруевич в помещении Тверской военной радиостанции выпустил первое в России «катодное реле» — электровакуумную радиотехническую лампу. Написал первое русское пособие по электротехнике. Начал серийный выпуск «катодных реле». В 1918 году предложил устройство с двумя устойчивыми состояниями, названное впоследствии триггером. Руководил строительством Московский радиотелеграфной станции мощностью 12 кВт, начавший работу в 1922 году.

В 1920-е годы активно велись исследования по генерации электрических колебаний СВЧ диапазона (сантиметровые длины волн) с применением магнитных полей в Японии, СССР и Чехословакии. В СССР магнетрон был создан в 1925 году советским радиофизиком Абрамом Александровичем Слуцкиным.

Диктор в студии механического телевидения

В 1924 году шотландский изобретатель Джон Лоуги Бэрд продемонстрировал впервые передачу движущегося изображения по электропроводам используя диск Нипкова в качестве механической развёртки изображения. В 1928 году продемонстрировал цветной передатчик используя три диска Нипкова. А в 1932 году осуществил передачу по радиоканалу в диапазоне ультра-коротких волн. В 1939 году продемонстрировал цветное телевидение на основе электронно-лучевой трубки и вращающегося перед экраном диска с цветовыми фильтрами. В августе 1944 года был получен действующий полностью электронный цветной телевизор 600 строк.

Конечно, это далеко не весь список открытий и изобретателей и учёных. Но для понимания общей картины «как это было» - достаточно. Потому, с хронологией можно завершить, поскольку далее следует современность, которая перед Вами во всём её величии!

А что, если бы Шарль Кулон, вдруг, появился в наше время? Он бы увидел вокруг себя фантастический мир! А потом, некто бы сказал ему: «это всё с Вашей лёгкой руки, Шарль! Не открой Вы тогда закон взаимодействия зарядов, здесь было бы совсем не так!»

А, может и Вы, кто читает этот текст, сделаете какое-нибудь открытие, которое изменит ход истории! В любом случае, такая вероятность есть. И тем выше, чем сильнее ваше стремление знать, стремление творить, изобретать, стремление жить!

Завиток