ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА | Реалэнерго
Открытие электрических явлений легенда приписывает мудрейшему из мыслителей древней Греции Фалесу, жившему более двух тысячелетий назад. Еще в те времена в окрестностях древнегреческого города Магнезия люди находили на берегу моря камешки, притягивавшие легкие железные предметы. По имени этого города их назвали Магнитами (оттуда пришло к нам слово магнит). Фалес же находил и другие, не менее таинственные камешки к тому же красивые и легкие. Эти привлекательные дары моря не притягивали, как магниты, железных предметов, но обладали не менее любопытным свойством: если их натирали шерстяной тряпочкой, то к ним прилипали пушинки, легкие кусочки дерева, травы. Такие камешки, выбрасываемые приливами и волнами морей, мы сейчас называем янтарем. Древние же греки янтарь называли электроном.
Отсюда и образовалось слово электричество.
Но ни Древние греки, ни другие мыслители и философы на протяжении многих столетий не могли объяснить это свойство янтаря и стекла.
В XVII веке немецкому ученому Отто Герике удалось создать электрическую машину, извлекавшую из натираемого шара отлитого из серы, значительные искры, уколы которых могли быть даже болезненными. Однако разгадка тайн «электрической жидкости», как в то время называли это электрическое явление, не была тогда найдена. В середине XVII века в Голландии, в Лейденском университете, ученые под руководством Питера ван Мушенбрука нашли способ накопления электрических зарядов. Таким накопителем электричества была лейденская банка (по названию университета) – стеклянный сосуд, стенки которого снаружи и изнутри оклеены свинцовой фольгой (рис).
Лейденская банка, подключенная обкладками к электрической машине, могла накапливать и долго сохранять значительное количество электричества. Если ее обкладки соединяли отрезком толстой проволоки, то в месте замыкания проскакивала сильная искра, и накопленный электрический заряд мгновенно исчезал. Если же обкладки заряженного прибора соединяли тонкой проволокой, она быстро нагревалась, вспыхивала и плавилась, т.
е. перегорала, как мы часто говорим сейчас. Вывод мог быть один: по проволоке течет электрический ток, источником которого является электрически заряженная лейденская банка. Сейчас подобные приборы мы называем электрическими конденсаторами (слово конденсатор означает сгуститель), а их не соединяющиеся между собой полоски фольги – обкладками конденсаторов.
Более совершенный, а главное почти непрерывный источник электрического тока изобрел в конце XVIII в. итальянский физик Александр Вольта. Между небольшими дисками из меди и цинка он помещал суконку, смоченную раствором кислоты.
Пока прокладка влажная, между дисками и раствором происходит химическая реакция, создающая в проводнике, соединяющем диски, слабый электрический ток. Соединяя пары дисков в батарею, можно было получать уже значительный электрический ток. Такие батареи называли вольтовыми столбами. Они-то и положили начало электротехнике.
Открытие электромагнитной индукции кратко и понятно о значении явления магнитного потока и что стало возможным появление (11 класс)
4.
6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 84.
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 84.
Одним из событий, резко ускорившим ход научно-технического прогресса, стало открытие явления электромагнитной индукции. Практически вся электроэнергетика базируется на его применении в электрогенераторах. Рассмотрим кратко события, которые привели к этому научному достижению.
Электромагнитная индукция
В 11 классе известно, что явление электромагнитной индукции состоит в том, что в замкнутом контуре при изменении магнитного потока ΔФ за время Δt возникает ЭДС (электродвижущая сила):
$$\mathscr{E}=-{ΔФ\over Δt}$$
Направление возникшей ЭДС определяется правилом Э. Ленца. Она направлена так, чтобы противодействовать причине, ее вызвавшей. Поэтому в формуле стоит знак «минус».
Полученная ЭДС вызывает появление электрического тока, который может применяться в самых различных электрических устройствах и механизмах.
Открытие связи между электричеством и магнетизмом
Изначально электрические и магнитные явления рассматривались отдельно, связь между ними не наблюдалась.
Магнитные явления относились к взаимодействию постоянных магнитов и к магнитному полю Земли, электрические явления относились к электризации тел и взаимодействию электрических зарядов, а также к атмосферному электричеству.
Первое свидетельство связи электричества и магнетизма получил Х. Эрстед в 1819 г.: он доказал, что проводник с током порождает вокруг себя поле, которое является магнитным (хотя самого понятия «магнитного поля» тогда еще не существовало). А в 1820 г. А. Ампер показал, что два провода, по которым идет ток, взаимодействуют друг с другом. В том же году Ж.-Б. Био и Ф. Савар опубликовали закон, названный впоследствии их именем, который описывал магнитное поле любого проводника с током. Таким образом было доказано, что магнитное поле может порождаться электрическим током.
Открытие электромагнитной индукции
Однако обратная задача — создать электрический ток с помощью магнитного поля — долго не поддавалась решению. Она была решена лишь 29 августа 1831 г. М. Фарадеем (редкий случай, когда известна точная дата открытия).
Для опытов использовалась катушка, на которую было намотано две обмотки с медным проводом. Первая обмотка подключалась к мощной гальванической батарее. Вторая обмотка была подключена к гальванометру. Магнитное поле, порождаемое одной катушкой, пронизывало и другую. А значит, если магнитное поле порождает электричество, то гальванометр должен отмечать наличие тока.
Многочисленные опыты тем не менее показывали, что постоянное магнитное поле, порождаемое первой катушкой, не создает электрического тока во второй катушке. Однако было замечено слабое колебание стрелки гальванометра в момент включения и выключения батареи. Такое колебание, видимо, отмечали многие исследователи, но М. Фарадей первым понял его неслучайность и первым связал слабое движение стрелки гальванометра с включением или выключением тока через первую катушку.
После дополнительных исследований было твердо установлено, что магнетизм всегда порождает электричество. Однако статическое магнитное поле для этого не годится. Только изменение магнитного потока через рамку создает в ней постоянный электрический ток. При этом источник магнитного поля и причина его изменения могут быть любыми.
Можно использовать магнитное поле, порождаемое катушкой, можно использовать постоянный магнит. Можно изменять ток в катушке, можно двигать катушку или магнит — всегда любое изменение магнитного поля вызывало появление во второй катушке электрического тока.
Рис. 3. Опыт Фарадея по электромагнитной индукции.Что мы узнали?
Электромагнитная индукция — это порождение электрического тока в контуре изменяющимся магнитным полем, пронизывающим этот контур. Открытие электромагнитной индукции сделало возможным появление электрических генераторов и имеет огромное значение в современном мире. Оно было сделано М. Фарадеем в 1831 г.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 84.
А какая ваша оценка?
Обнаружен новый электронный феномен — ScienceDaily
Новости науки
от исследовательских организаций
- Дата:
- 11 августа 2021 г.
- Источник:
- Университет Северной Флориды
- Резюме:
- Исследователи-физики из атомной лаборатории LEGO Университета Северной Флориды обнаружили новое электронное явление, которое они назвали «асимметричным сегнетоэлектричеством». Исследование впервые продемонстрировало это явление в инженерных двумерных кристаллах.
- Поделиться:
Фейсбук Твиттер Пинтерест LinkedIN Электронная почта
реклама
ПОЛНАЯ ИСТОРИЯ
Исследователи-физики из атомной лаборатории LEGO Университета Северной Флориды обнаружили новое электронное явление, которое они назвали «асимметричным сегнетоэлектричеством».
Исследование, проведенное доктором Майтри Варусавитаной, доцентом кафедры физики UNF, в сотрудничестве с исследователями из Университета Иллинойса и Университета штата Аризона, впервые продемонстрировало это явление в искусственных двумерных кристаллах.
Это открытие асимметричного сегнетоэлектричества в искусственных кристаллах произошло ровно через 100 лет после открытия сегнетоэлектричества в некоторых природных кристаллах. Сегнетоэлектрические кристаллы — кристаллы, которые демонстрируют два одинаковых бистабильных состояния поляризации — в настоящее время используются во многих высокотехнологичных приложениях, включая твердотельную память, RFID-карты, датчики и прецизионные приводы.
Используя дизайн материалов атомного масштаба, группа исследователей впервые продемонстрировала качественно новое явление, асимметричное сегнетоэлектричество. Эти искусственные кристаллы приводят к асимметричной бистабильности с двумя неравными стабильными состояниями поляризации, в отличие от природного сегнетоэлектрика.
Варусавитана надеется, что это первое наблюдение асимметричного ферроэлектричества, полученного с помощью материалов по дизайну, послужит дальнейшим исследованиям индивидуальных электронных свойств и может найти свое применение в интересных технологических приложениях.
Новое открытие опубликовано в физическом журнале Physical Review B .
реклама
История Источник:
Материалы предоставлены Университетом Северной Флориды . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Ссылка на журнал :
- Майтри П. Варусавитана, Кейтлин С. Кенгл, Сюнь Чжан, Хао Чен, Юджин В. Колла, Майкл О’Киф, Цзянь-Мин Зуо, Майкл Б. Вайсман, Джеймс Н. , Экштейн. Асимметричное сегнетоэлектричество в сверхрешетках атомного слоя с нарушенной инверсионной симметрией . Физический обзор B , 2021; 104 (8) DOI: 10.1103/PhysRevB.104.
085103
085103Процитировать эту страницу :
- MLA
- АПА
- Чикаго
Университет Северной Флориды. «Открыто новое электронное явление». ScienceDaily. ScienceDaily, 11 августа 2021 г.
Университет Северной Флориды. (2021, 11 августа). Открыто новое электронное явление. ScienceDaily . Получено 29 июня 2023 г. с сайта www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210811131503.htm
Университет Северной Флориды. «Открыто новое электронное явление». ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210811131503.htm (по состоянию на 29 июня, 2023).
Узнать больше
от ScienceDaily
ПОХОЖИЕ ИСТОРИИ
реклама
Технологические разработки: Электричество | Ребекка Уайт
Девятнадцатый век был ключевым периодом в развитии научных знаний об электричестве.
Электричество из научной диковинки превратилось в практический инструмент, который все чаще присутствовал в жизни простых людей. Было два направления развития: сначала научные разработки в области теории и понимания электричества, затем связанные с ними разработки в области практического использования электричества в повседневных целях.
Электрические явления интересовали ученых на протяжении сотен лет, хотя и только как предмет интеллектуального любопытства до 1600 года. Даже к 1800 году представления о физических явлениях, связанных с электричеством, были относительно запутанными. Это должно было измениться в девятнадцатом веке, когда произошли значительные изменения в понимании различных аспектов электричества. Они не ограничивались одной страной или группой ученых, а опирались на знакомства и связи, выходящие за местные и национальные границы.
Достижения девятнадцатого века начались с изобретения Вольтова столба, который был завершен в 1800 году. Кульминация работы итальянца Алессандро Вольта, Вольтов столб (который состоял из ряда электрических элементов, образующих таким образом батарею) предоставил первое средство для получения непрерывного электрического тока.
Это превратило электричество из переходного явления в явление, которое можно было должным образом изучить. Плоды этого изобретения появились быстро. В течение года Николсону и Карлайлу удалось провести электролиз воды. В дальнейшем Хамфри Дэви использовал его для разложения различных веществ, что привело к открытию калия и натрия. Батарея получила дальнейшее развитие в девятнадцатом веке. Первая серийно выпускаемая батарея была разработана Уильямом Круикшенком и использовалась по умолчанию до изобретения неполяризующего элемента в 1836 году. Ячейка, первичная батарея, была усовершенствована в 1868 году Жоржем Лекланше, что сделало ее надежным источником энергии. власть. Как и первичные батареи, вторичные батареи также стали играть важную роль в практическом использовании электричества, поскольку они позволяли хранить и экономить электричество до тех пор, пока оно не понадобится. Эти батареи были неотъемлемой частью систем постоянного тока, используемых для производства электроэнергии в домашних условиях.
Таким образом, в девятнадцатом веке батареи как способ производства и хранения электроэнергии получили значительное развитие.
Другая ключевая область развития была в области электромагнетизма. В 1819 году датский ученый Ганс Кристиан Эрстед обнаружил, что стрелка компаса отклоняется от провода, по которому течет электрический ток. Это спровоцировало дополнительные исследования в этой области. Андре-Мари Ампер, французский ученый, быстро подхватил открытия Эрстеда, разработав математическую теорию, которая объяснила уже наблюдаемые электромагнитные явления и предсказала многие другие. Майкл Фарадей, британский химик и физик, опираясь на эту работу, сделал несколько чрезвычайно важных открытий в этой области. В 1831 году его эксперименты привели его к открытию взаимной индукции, формы электромагнитной индукции, заложившей основу для многих последующих разработок. В течение следующих нескольких десятилетий различные ученые и экспериментаторы пытались узнать больше об этих механизмах и улучшить их, и эти усилия привели к отрывочным и сложным достижениям.
Однако в этот период принцип индукционной катушки был лучше понят и развит, что повлияло на дальнейшие разработки.
Достижения в области электромагнетизма сыграли важную роль в развитии механического производства электроэнергии. Изучение связи между движением и электричеством началось в 1820-х и 1830-х годах, а первый патент был получен Томасом Давенпортом в 1837 году. Машины были основаны на теории, а не на эффективной практике, и имели небольшое влияние. В следующие несколько десятилетий принцип электрического движения получил дальнейшее развитие. Значительным событием стало изобретение Теслой асинхронного двигателя в 1883 году, устройство, которое ранее считалось невозможным. Достижения в понимании электромагнитного поля также привели к разработке генератора. Важным шагом на пути к эффективным генераторам стало введение «самовозбуждения». Он использовал ток, вырабатываемый генератором, для питания собственных проводов. Несколько человек независимо друг от друга пришли к открытию в 1866 году, и в конце 1860-х годов в этом типе модели произошли значительные изменения.
Это развитие производства электроэнергии сделало ток более надежным и привело к возобновлению интереса к электрическому освещению. Технология производства электроэнергии продолжала совершенствоваться до конца века, и к 1887 году в Дептфорде была построена первая в мире электростанция высокого давления. Это не имело коммерческого успеха, но продемонстрировало жизнеспособность крупномасштабного производства и распространения электроэнергии.
Разработка индукционных катушек также привела к разработке трансформатора, который мог передавать электрическую энергию из одной цепи в другую с помощью проводников с индуктивной связью. Использование таких устройств предлагалось в течение нескольких десятилетий, и практическая система была разработана Голаром и Гиббсом в 1883 году. Это позволяло изменять напряжение между цепями, решая несколько практических проблем, связанных с передачей электроэнергии на большие расстояния и подключением оборудования. разных напряжений к одному и тому же источнику питания.
До 1880-х годов почти все трансформаторы были «открытого» типа, без железного стержня, соединяющего цепь. Были разногласия по поводу эффективности этих моделей, но практика показала, что «закрытые» трансформаторы более эффективны, и к концу века они стали нормой. Разработка трансформаторов продемонстрировала важность практических знаний, а также теории в развитии электричества.
Еще одним ключевым аспектом развития электротехники была «война токов». Конфликт касался того, должно ли электроснабжение обеспечиваться постоянным током (DC), обычно вырабатываемым батареями, или переменным током (AC), вырабатываемым генераторами. Наряду с рядом практических проблем, связанных с генерацией, хранением и колебаниями спроса, дебаты также включали спорные обсуждения относительной безопасности каждой системы, при этом основные сторонники с обеих сторон утверждали, что другая система представляет угрозу для безопасности пользователей и широкая публика. Однако практические проблемы системы постоянного тока и преимущества системы переменного тока для передачи на большие расстояния означали, что к 1900 система переменного тока была признана наиболее подходящей для общественного снабжения, хотя большая часть бытовой электроэнергии по-прежнему производилась в системе постоянного тока.
Наряду с развитием понимания электрических явлений к концу девятнадцатого века технологические разработки все больше превращали электричество в практический инструмент. Первым из них был телеграф. Эта идея была предложена в восемнадцатом веке, но открытие электромагнитных сил в девятнадцатом веке позволило ее развить дальше. Первый коммерчески жизнеспособный телеграф был разработан Куком и Уитстоном в 1837 году, за ним последовала система Сэмюэля Морса в 1838 году. Все системы основывались на отклонении намагниченных игл от электрического тока. Изобретение Морса изначально считалось диковинкой, а телеграф Кука и Уитстона изначально не имел коммерческого успеха. Тем не менее телеграфы вскоре получили более широкое распространение. В 1870-1, 9В Великобритании было отправлено 0,8 миллиона сообщений. Влияние на коммуникации внутри и между странами было драматическим. Подводные телеграфные кабели были разработаны позже, после открытия подходящего материала покрытия для проводов, и первые (хотя и недолговечные) кабели через Ла-Манш были проложены в 1850 году, а в 1866 году — более долговечные кабели через Атлантику.
К концу века телеграфия стала основной электрической технологией, с которой был знаком средний человек.
Другие коммуникационные технологии были разработаны в девятнадцатом веке. Грубая система передачи звука с помощью электричества была изобретена в 1860-х годах, но только после параллельных работ Белла, Хауса и Грея был изобретен телефон. Беллу часто приписывают изобретение, но большая часть работы была проделана одновременно Хаусом и Греем. Хотя Беллу был выдан патент на изобретение в 1875 году, он оказался очень спорным, что привело к более чем 600 судебным искам. Затем быстро развивалась телефония. Девятнадцатый век также стал свидетелем открытия и развития радио. В 1877 году Клерк Максвелл опубликовал свой знаменитый «Трактат об электричестве и магнетизме», в котором он доказал существование и предсказал многие свойства волн, которые позже стали известны как радиоволны. В 1886 г. Генрих Рудольф Герц продемонстрировал получение и обнаружение этих волн, а в 189 г.6 Гульельмо Маркони использовал их для радиосвязи на пару миль.
Первая коммерческая радиокомпания была основана в 1897 году, а первое коммерческое сообщение было отправлено в 1898 году. Таким образом, в конце девятнадцатого века появились первые проблески технологии электросвязи, телефонии и радио.
Другим применением электричества было освещение. Первым разработанным типом было дуговое освещение, в котором ток протекал между двумя углеродными стержнями, вызывая серию искр и, следовательно, свет. Электрические принципы, лежащие в основе этого, впервые были продемонстрированы Дэви в 1802 году, но практические проблемы означали, что для дальнейшего развития технологии потребовалось несколько десятилетий. Значительное развитие произошло в 1876 году с изобретением свечи Яблочкова, усовершенствованной версии дуговой лампы, которая перегорала медленнее. Дуговые лампы стали появляться в общественных местах с 1878 года. Еще больше патентов было подано в 1880-х и 1890s, но двумя наиболее важными достижениями в области дуговых ламп были «заключение» света в стеклянную трубку и добавление солей, обеспечивающих пламя, к угольным стержням.
К 1890 году в Англии использовалось около 1400 дуговых ламп, а к 1910 году их число увеличилось примерно до 21 400. Однако дуговые лампы были заменены новой, более надежной и удобной формой освещения: лампами накаливания.
В 1860 году английский ученый Джон Ванамакер изобрел то, что принято считать первой лампой накаливания. Однако проблемы, связанные с быстрым выгоранием нити накала, означали, что в течение следующих двадцати лет в технологии был достигнут небольшой прогресс. Никакая практическая лампа не могла появиться до тех пор, пока внутри колбы не создавался подходящий вакуум; это было достигнуто с изобретением ртутного насоса Шпренгеля в 1875 году. Также были необходимы улучшенные нити накала, и различные эксперименты проводились такими фигурами, как Свон и Эдисон. Эти двое, среди прочих, в конце концов придумали жизнеспособные нити накала и начали коммерческое производство ламп примерно с 1880 года. Между Эдисоном и Суоном были серьезные споры относительно того, кто разработал усовершенствования, а также споры по поводу того факта, что Эдисон приобрел патент, но компания Свана объединилась с компанией Эдисона в 1883 году, что положило конец проблемам.
Пока действовал патент, лампочки были относительно дорогими, но их цена упала по мере роста спроса. Срок действия патента истек в 189 г.3, и компания Эдисона столкнулась с серьезной конкуренцией со стороны других производителей. В 1890-е годы лампы накаливания получили дальнейшее развитие, в качестве нитей накала использовались различные металлы, кульминацией которых стала вольфрамовая лампа накаливания, впервые представленная в 1909 году. Общественные места, в том числе Британская библиотека, одними из первых стали использовать яркое и резкое дуговое освещение. Электрическое освещение также начало проникать в бытовую сферу с 1880-х годов, хотя сначала только аристократия могла позволить себе дорогую и пока еще экспериментальную технологию освещения. Некоторые считали электричество в доме опасным, и его противники, в том числе газовая промышленность, представляли его таковым. Ранние лампочки относительно быстро ломались, были относительно дорогими и вызывали опасения как потенциальная причина пожара.
Домашние генераторы могут быть ненадежными, как и некоторые электросети. Закон об электрическом освещении 1882 года возложил бремя безопасности на поставщиков сетевого электричества, и были разработаны различные меры безопасности. Однако, несмотря на эти проблемы, количество домов с внутренним освещением в районе Лондона выросло с дюжины в середине 1880-х годов до нескольких тысяч к концу десятилетия. Это число продолжало расти до конца века, демонстрируя все более широкое распространение электрического освещения в доме в качестве замены газового освещения.
В девятнадцатом веке произошли важные изменения в понимании науки, лежащей в основе электричества, благодаря работам таких великих ученых, как Фарадей, заложивших основы для разработки более практичных технологий, которые превратили электричество из научного любопытства в повседневную практическую деятельность. инструмент, заложивший основу для программ массовой электрификации, которые появятся в двадцатом веке.
БИБЛИОГРАФИЯ
Bowers, B.
История электрического света и энергии . Stevenage: Peter Peregrinus, 1982.
Cavicchi, E. «Развитие спиральных инструментов девятнадцатого века и опыт с электромагнитной индукцией», Annals of Science 63 (июль 2006 г.): 319-61.
Чант, К. (редактор) Наука, технологии и повседневная жизнь, 1870-1950 . Лондон: Routledge/The Open University, 1989.
Crowther, J.G. Британские ученые девятнадцатого века . Лондон: Кеган Пол, 19 лет.35.
Дибнер, Б. Алессандро Вольта и электрическая батарея . Нью-Йорк: Франклин Уоттс, 1964.
Диллон, М. Искусственный солнечный свет: социальная история домашнего освещения . London: The National Trust, 2002.
Dunsheath, P. (ed.) Век технологий, 1851-1951 . Лондон: Хатчинсонс, 1951.
Форман Пек, Дж. «Конкуренция, сотрудничество и национализация в телеграфной системе девятнадцатого века», История бизнеса 31 (июль 1989 г.): 81–102.
Гудей, Г. Приручение электричества: технология, неопределенность и гендер, 1880–1914 . Лондон: Пикеринг и Чатто, 2008 г.
Хофман, Дж. Р. Андре-Мари Ампер . Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1995.
Хонг, С. «Эффективность и авторитет в спорах о «открытых и закрытых» трансформаторах», Annals of Science 52 (январь 1995 г.): 49-75.
Джеймс, Ф. Майкл Фарадей, статья в Национальном биографическом словаре , http://www.oxforddnb.com/view/article/9153
Найт, Д. Сэр Хамфри Дэви, запись в Национальном биографическом словаре , http://www.oxforddnb.com/view/article /7314?docPos=2
Лукин, Б . Вопрос о власти: электричество и окружающая среда в межвоенной Британии . Manchester: Manchester University Press, 1990.
McNichol, T. AC/DC: The Savage Tale of the First Standards War . Сан-Франциско: Jossey Bass, 2006.
Миллс, А. «Ранние вольтовы батареи: оценка в современных единицах и применение к работе Дэви и Фарадея», Анналы науки 60 (2003): 373-98.
