Электрические явления .История открытия доклад, проект
Кто открыл электричество? Исследования и открытия.
Начало изучения электрических явлений.
8 класс
Учитель физики Катанаева И.Ф.
МОУ СОШ №1 ЗАТО п. Горный
27.02.2017год
VI в. до н. э. Философ Фалес из Милеты
Считается, что это свойство янтаря первым обнаружил древнегреческий философ Фалес Милетский (624-547 п. до н. э.). Он обратил внимание на то, что янтарное веретено, на котором пряла шерсть его дочь, притягивает клочки шерсти. Позже ученые, натирая янтарь шерстью в темной комнате, увидели голубоватые искры-микромолнии Зевса и Перкунаса. Так было открыто электричество, названное по греческому имени янтаря — электрону.
Древние греки именовали янтарь электроном, от звезды Электра в созвездии Тельца и способности притягивать к себе небольшие кусочки папируса.
…Сточные воды постепенно вымывали окаменевшую смолу из лесной почвы и сносили её в устье древней реки, которое располагалось на территории современной Калининградской области. Здесь смола и отлагалась, а всё остальное сделало время.
Таким образом, в процессе эволюции растительного покрова планеты, и появился янтарь — окаменевшая смола древних хвойных деревьев.
Начать историю науки об электрических явлениях с исследований Вильяма Гильберта
Уильям Гильберт — английский физик и врач. Родился 24 мая 1544 года. Уильям Гильберт являлся придворным врачом Елизаветы I и Якова I. Кроме того Уильям Гильберт является автором первых теорий электричества и магнетизма, ввел термин «электрический».
Значительный перелом в представлениях об электрических и магнитных явлениях наступил в самом начале XVII в., когда вышел в свет фундаментальный научный труд видного английского ученого Вильяма Гильберта (1554—1603 гг.) О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 г.). Будучи последователем экспериментального метода в естествознании. В. Гильберт провел более 600 искусных опытов, открывших ему тайны «скрытых причин различных явлений».
Представления Гильберта об электрическом «притяжении» было более правильным, чем у многих современных ему исследователей. По их утверждениям при трении из тела выделяется «тончайшая жидкость» которая отталкивает воздух, прилегающий к предмету: более отдаленные слои воздуха, окружающие тело, оказывают сопротивление «истечениям» и возвращают их вместе с легкими телами обратно к наэлектризованному телу.
Электризация трением
Родоначальник науки об электричестве
Отто фон Герике (1602 — 1686) — известный немецкий физик, инженер, философ, изобретатель, построивший первую электростатическую машину, организатор Магдебургского эксперимента. Прославился своими опытами по исследованию электричества и свойств атмосферного воздуха.
Дипломатические дела нисколько не отвлекали Герике и от великих экспериментов, которые он проводил в области естественных наук.
Особенно его интересовали физика, прикладная математика, механика и фортификация. Много сил Отто фон Герике отдал изучению «пустого пространства». В поисках основательных доказательств утверждения Аристотеля о том, что «природа не терпит пустоты» в 1650 году молодой инженер создал вакуумную откачку. Новое изобретение послужило толчком для изучения свойств вакуума и роли воздуха в процессе горения. Итоги своих экспериментов, а также опыты с электрическими явлениями немецкий физик описал в научной работе «Новые, так называемые магдебургские опыты с пустым пространством».
Как состоялось открытие. Серьезный научный эксперимент хаотичен, как война.
е
Хочется напомнить историю одного открытия, которое произошло почти три столетия тому назад, считающееся сейчас вполне естественным и само собой разумеющимся. Авторы его почти забыты, но значение его для физики ничуть не меньшее, чем плавание Колумба для географии.
Как состоялось открытие.
Некий красильщик тканей в Кентербери (недалеко от Лондона) Стивен Грей (1666-1736) увлекся наукой. Сведения об его образовании не известны, скорее всего он был самоучкой. Его деды были – один кузнец, другой плотник, сам же он унаследовал ремесло отца. Профессия была не прибыльной, что следует из его писем, где автор жалуется на нехватку денег «на книги, инструменты и прочие материалы».
Главным в исследованиях Стивена Грея был факт разделения все тел на ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЕ и НЕЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЕ. В 1738г. беженец из Франции гугенот Жан Дезагюлье, сначала физик, а потом капеллан принца Уэльского, предложил называть электропроводные тела просто ПРОВОДНИКАМИ, что и вошло в терминологию науки.
Исследователь изучивший взаимодействие наэлектризованных тел.
Родился Шарль Франсуа Дюфе 14 сентября 1698 года в столице Франции – городе Париж. После окончания начальной школы он поначалу пошел по стопам отца – стал военным. Однако к 25 годам понял, что армия – это не его призвания и обратился к изучению естественных наук. Достаточно быстро став членом Французской Академии наук (в 1723 году), он полностью погрузился в изучение химии, физики и новой на то время науки об электричестве.
«Существует два рода электричества.
Один род я называю стеклянным электричеством, а другой — смоляным. Первый род получается (трением) в стекле, в драгоценных камнях, в волосах, в шерсти и т.д., другой – в янтаре, смоле, шелке и т.д. Существенное различие этих двух родов электричества состоит в том, что каждый из них отталкивает электричество того же рода, но притягивает электричество другого рода
Шарль Франсуа Дюфе – французский ученый и естествоиспытатель известен из истории изучения электричества прежде всего тем, что впервые стал различать два рода электричества, позже названные положительным и отрицательным электрическими зарядами. Кроме этого он доказал, что разнородно заряженные тела притягиваются, а однородно заряженные отталкиваются.
В 1729 году Шарль Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным». Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл Бенджамин Франклин.
ВЕЛИКИЙ ФИЗИК И ГРАЖДАНИН АМЕРИКИ БЕНДЖАМИН ФРАНКЛИН
Бенджамин, родившийся 17 января 1706 г., стал 15-ым ребенком в семье (после него родилось еще двое). Его отец, английский эмигрант, работал ремесленником, проживало семейство в Бостоне. Отцу хотелось дать Бенджамину образование, но средств оказалось достаточным лишь для двух лет обучения в школе. 12-летним подростком стал работать у брата в типографии подмастерьем, хотя уже с 10 лет помогал отцу в мастерской. Печатное дело на протяжении многих лет будет его главным занятием.
В 1745 году опыты с электричеством (которое он называет «электрический огонь») начинает в Филадельфии американец Вениамин Франклин, сообщения об опытах он отправляет письмами, первое из которых адресовано 28 марта 1747 г. члену Королевского общества Питеру Коллинсону. Письмо от 1 сентября 1747 г. содержит важную информацию об опытах Франклина с «чудесной банкой Мушенбрека», Франклин пишет о том, что верх банки электризуется «положительно», и точно такое же количество «отрицательного» электричества находится на низу банки.
Электричество «по-Франклину» униполярно, и имеет знак.
Франклин пишет:
«Удивительно, как эти два состояния электричества – плюсовое и минусовое – сочетаются и уравновешиваются в этой чудодейственной банке! Характер их взаимосвязи непостижим для моего ума!»
Работы Франклина по электричеству были им сделаны за короткий период времени, всего за 7 лет, с 1747 по 1753 г. Впервые он начал заниматься научной работой, когда ему уже был 41 год. К этому времени Франклин уже стал состоятельным человеком. Созданные им в Филадельфии, тогда еще небольшом городе, печатное дело, газета, знаменитый альманах и другие печатные издания пользовались большим успехом. Научной работой Франклин начал заниматься совершенно случайно
В 1743 г. Франклин присутствовал на демонстрации физических опытов с электричеством неким А. Спенсером, гастролировавшим в то время по городам английских колоний в Америке. Опыты так заинтересовали Франклина, что он купил все приборы Спенсера и вместе со своими друзьями по Филадельфийскому философскому обществу приступил к исследованиям.
Следует отметить, что до встречи со Спенсером Франклин ничего не знал об электричестве.
17 сентября 1753 года в письме Франклин подробно изложил теорию громоотвода. Он указал, что молния перестает действовать разрушительно, когда ее достаточно отводят, для этой цели он считает достаточным железные прутья диаметром в четверть дюйма. Для ликвидации взрывчатого разряда через громоотвод Франклин предлагает его заострять на конце, т. к. с металлического острия электричество стекает постепенно
Рекомендации Франклина опоздали на 1 месяц — 6 августа 1753 г. н. с. опыты русского академика Рихмана завершились трагедией — при грозе из проволоки его «машины», которая шла с крыши в комнату, вылетел большой огненный шар (шаровая молния?), последовал взрыв — Рихман погиб от разрыва грудной клетки и тяжелой травмы головы. Рихман при своих экспериментах для измерений использовал некое подобие атмосферного электроскопа — льняную нить привязанную к проволоке идущей с крыши.
Желая лучше понять угол отклонения этой нити он приблизился к проволоке на расстояние менее фута — и это привело к печальным результатам.
Георг Вильгельм Рихман 11 июля (22 июля) 1711 — 26 июля (6 августа) 1753) — российский физик; действительный член Академии наук и художеств (адъюнкт с 1740, профессор физики с 1741). Основные работы по калориметрии и электричеству. Проводил опыты по теплообмену и испарению жидкостей в различных условиях. Предложил первую работающую модель электроскопа со шкалой. Соратник и друг М. В. Ломоносова.
Первый в мире электроизмерительный прибор — «указатель электрической силы» был создан в 1745 году академиком Георгом Вильгельмом Рихманом. Рихман попытался «взвесить» электрическую силу. Это была правильная идея, которая в своем развитии привела к изобретению абсолютного электрометра. Электрометр — это прибор для измерения разности потенциалов, и предназначался он для изучения атмосферного электричества.
Этот прибор состоял из металлического прута, к верхнему концу которого подвешивалась льняная нить определенной длины и веса. При электризации прута нить отклонилась. Угол отклонения нити измерялся с помощью шкалы, прикрепленной к стержню и разделенной на градусы. Рихман неутомимо работал со своим прибором, который усовершенствовал, соединив его с лейденской банкой. Конструкция электрометра неоднократно дорабатывалась и, в конечном итоге, приобрела привычный вид. Для измерения разности потенциалов между проводниками один проводник соединяют со стержнем, другой проводник с корпусом электрометра. Жесткий металлический корпус является принципиально необходимой частью электрометра, отличающей его от электроскопа. Электрометр мог измерять, как тогда говорили, «электрическую силу. Но что такое «электрическая сила», этого еще никто не знал, то есть неизвестно было, какую физическую величину измеряет этот прибор. Оказалось, что при помощи электрометра можно судить и о заряде, и о разности потенциалов.
Проградуировав прибор либо в вольтах, либо в кулонах, можно проводить соответствующие измерения.
Следующую попытку «взвесить» электричество Рихман предпринял с помощью весов, одна чашка которых располагалась над электрически заряженным телом
1750 -1780 увлечение «электричеством от трения» было всеобщим
Самое необычное использование электричества сразу после его открытия
Для того, чтобы провести эксперимент Стивена Грея (Stephen Gray) необходим был следующий «инвентарь»: две тонкие доски, верёвка из шёлка, стеклянная трубка, проводящая электричество, и ребёнок, в идеале – сирота.
Стеклянной трубкой натирали босые ноги бедного ребёнка, отчего, по словам очевидцев, его руки и лицо пылало огненными вспышками.
В 18-19 веках буквально каждый человек мечтал на себе узнать, что такое электричество.
К примеру, во Франции выстраивались огромные очереди желающих испробовать на себе удар только что изобретённого генератора.
Статическое электричество в новостях электротехники
Немецкий физик Отто фон Герике и первый генератор статического электричества
Электрическая машина, применявшаяся еще в 1750 г. Вращающийся стеклянный шар G электризуется от прикосновения рук. Человек, стоящий на изолирующей скамеечке, дотрагивается до железного стержня NL, держа в руке миску с подогретым винным спиртом, который вспыхивает от искры, исходящей из руки дамы
Последовали многочисленные эксперименты с электричеством, основное значение которых состоит в том, что Хоксби ввел в употребление применяющуюся и поныне стеклянную палочку, электризуемую при натирании тканью.
Тем самым опыты с электричеством стали общедоступными, дешевыми и весьма развлекательными.
Опыт Грея. Гравюра, 1754 г. Мужчина, стоящий справа, приближает наэлектризованную стеклянную трубку к руке дамы, сидящей на качелях, подвешенных на шелковых веревках, а мужчина слева прикасаетсяк другой руке дамы и извлекает из нее искру
Многие явления , связанные с электризацией тел, были открыты еще в XVII-XVIII в.в., но полное объяснение они получили только тогда , когда развилось учение об электрическом поле и было открыто строение атома.
Но об этом чуть позже…
Занимательная физика
Чита
В музее Эйнштейна экспонаты объясняют законы физики, геометрии, математики. Он был одной из площадок Гражданского форума-2016.
Читинские школьники после информации о возможном закрытии музея запустили в Сети акцию по его сохранению. Идея флешмоба состояла в том, чтобы сходить в музей и поделиться фотографиями с экспонатами в группе в соцсетях, поддерживая тем самым его существование.
Скачать презентацию
2.6. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВА И УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ. История электротехники
2.6. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВА И УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Дальнейшее изучение явлений электричества и магнетизма привело к открытию новых фактов [1.4–1.6].
В 1821 г. профессор Берлинского университета Томас Иоганн Зеебек (1770–1831 гг.), занимаясь исследованием возможности получения электрического тока посредством двух разнородных металлов без участия какой-либо жидкости, открыл новое явление, заключавшееся в следующем. К висмутовой пластине 7–2 (рис. 2.10) была припаяна медная пластинка 3. Внутри образовавшегося контура помещалась магнитная стрелка SN.
При подогревании одного из спаев магнитная стрелка отклонялась, что указывало на прохождение по контуру электрического тока. Так, например, если прибор был установлен в направлении плоскости магнитного меридиана, то при нагревании спая 2 северный полюс магнитной стрелки отклоняется на восток. Это отклонение показывает, что в металлах идет ток, имеющий направление над стрелкой справа налево, а под нею слева направо.
Если вместо нагревания спая 2 охлаждать спай 7, то в контуре возникает ток такого же направления, как и в предыдущем случае. Т.И. Зеебек правильно установил, что причина появления электрического тока в этих опытах связана с теплотой, сообщаемой спаю или отнимаемой от него, и назвал обнаруженное явление «термомагнетизмом» (позднее этот термин был заменен на «термоэлектричество»).
Рис. 2.10. Схема опыта Зеебека
Фундаментальное исследование вопроса о направлении термоэлектрического тока произвел французский ученый Антуан Сезан Беккерель (1788–1878 гг.
). Ему удалось расположить металлы в термоэлектрический ряд, в котором каждый предыдущий металл дает ток через нагретый спай к каждому последующему. А.С. Беккерель показал, что термоэлектрический ток может возникнуть не только при использовании разнородных металлов, но и при различии в структуре или плотности проводника с одной и другой стороны от нагреваемого места.
В течение длительного времени термоэлементы вследствие их крайней неэкономичности получали применение только для измерения температур. Как известно, благодаря успехам современной науки и техники в области полупроводников созданы предпосылки для разработки более экономичных термоэлементов.
В 1834 г. французским ученым Жаном Шарлем Пельтье (1785–1845 гг.) были обнаружены более широкое проявление термоэлектрических действий и их обратимость: при прохождении электрического тока через спай двух различных металлов имеет место выделение или поглощение теплоты в зависимости от направления тока. В 1838 г. явление Ж.Ш. Пельтье было изучено в Петербурге академиком Эмилием Христиановичем Ленцем (1804–1865 гг.
), который, пользуясь этим методом, заморозил воду, окружавшую место спая. Позднее были созданы специальные устройства — термопары, применяемые для измерения температур, лучистой энергии и др.
Открытие явления термоэлектричества явилось существенным вкладом в науку и сыграло свою роль в подготовке к открытию закона сохранения и превращения энергии.
Как уже отмечалось, еще В.В. Петров в начале XIX в. указал на связь между поперечным сечением проводника и значением тока в нем. В 1821 г. X. Дэви установил, что проводимость проводника зависит от материала и температуры; он также пришел к выводу о зависимости проводимости от площади поперечного сечения проводника. Более глубоко эти явления были исследованы немецким физиком Георгом Симоном Омом (1789–1854 гг.) [1.6; 2.4].
Первый этап исследований, начатых Г.С. Омом в 1821 г., когда он работал преподавателем математики и физики в г. Кельне, относился к изучению проводимости различных проводников. Значение тока измерялось по магнитному действию: для этих целей он соорудил прибор, подобный крутильным весам Ш.
Кулона (см. гл. 1), но вместо бузиновых шариков над проводником была подвешена магнитная стрелка. По углу кручения нити можно было судить о токе, действующем на стрелку. Располагая проводник в направлении магнитного меридиана, Г.С. Ом установил постоянство угла кручения нити, что подтверждало постоянство тока на различных участках цепи. Г.С. Ом стремился определить проводимость проволок из различных материалов, он убедился во влиянии температуры на проводимость проводников.
Во время проведения опытов Г.С. Ом столкнулся с большими трудностями: электродвижущая сила гальванических элементов заметно снижалась в процессе их эксплуатации, механизм работы источников питания был неизвестен, общепринятых методов определения электропроводности проводников не существовало, в научную практику не были введены величины, характеризующие ток в цепи, не было приборов для измерения этих величин. Нужно было разработать не только методику проведения экспериментов, но и создать соответствующие приборы, обеспечить большую точность измерений.
Все это потребовало от Г.С. Ома незаурядного мастерства, упорства и находчивости. Ему пришлось отказаться от гальванических батарей и заменить их термоэлементом, изготовить несколько конструкций мультипликаторов.
На основе многочисленных экспериментов Г.С. Ому удается вывести формулу, связывающую «силу магнитного действия проводника» (т.е. ток) с электровозбуждающей силой (ЭДС) источника и сопротивлением цепи, — это уже была основа закона электрической цепи. Продолжая совершенствовать измерительную установку, Г.С. Ом разрабатывает оригинальные теоретические положения, характеризующие процессы в электрических цепях. С этой целью он внимательно изучает теоретические исследования в области теплопроводности и гидравлики и впервые проводит аналогию между движением электричества и тепловым или водяным потоками; при этом разность потенциалов играет роль падения температур или разности уровней воды в трубах.
В 1827 г. выходит в свет его фундаментальный труд «Гальваническая цепь, разработанная математически доктором Г.
С. Омом» (он также известен под названием «Теоретические исследования электрических цепей»). Закон, носящий его имя, Г.С. Ом сформулировал следующим образом: «Величина тока гальванической цепи пропорциональна сумме всех напряжений и обратно пропорциональна сумме приведенных длин»[2] (под «приведенными длинами» подразумевается сопротивление внешней части цепи).
Г.С. Ом доказал справедливость формулы при оценке силы тока как по магнитному, так и по химическому действию тока. Несколько лет закон Г.С. Ома не получал признания, отчасти потому, что в первых его публикациях были допущены неточности, а также по причине недостаточной известности имени скромного школьного учителя.
Однако после подтверждения правильности закона Г.С. Ома такими известными электротехниками, как петербургские академики Эмилий Христианович Ленц и Борис Семенович Якоби (1801–1874 гг.), а также присуждения Г.С. Ому Золотой медали Лондонским Королевским обществом (1842 г.) его труд по праву занял почетное место.
Он явился фундаментом теоретической электротехники и сохранил свое значение до наших дней. На Первом Международном конгрессе электриков единица сопротивления была названа «Ом».
Выдающиеся открытия в области электричества и магнетизма, связанные с именами А. Ампера, Г.С. Ома, М. Фарадея, Э.Ф. Ленца, требовали более точного количественного описания этих явлений, их математического анализа и разработки расчетных методов, необходимых для решения практических задач, выдвигаемых развивающимся производством. Выдающимся вкладом в решение этих проблем явились труды профессора Берлинского университета Густава Роберта Кирхгофа (1824–1887 гг.).
В 1845 г., когда Г.Р. Кирхгофу был всего 21 год, он написал работу «О протекании электрического тока через плоскую пластину, например, круглой формы». В примечании к этой работе были сформулированы два закона Г.Р. Кирхгофа, являющиеся фундаментальными законами теоретической электротехники, которые еще при жизни Г.Р. Кирхгофа вошли во все учебники физики и широко применяются электротехниками всего мира.
В последующих трудах Г.Р. Кирхгофа были рассмотрены количественные соотношения, связанные с явлением электромагнитной индукции и изучением переходных процессов. Г.Р. Кирхгоф проявил себя как блестящий исследователь и экспериментатор в различных областях физики (механики, оптики, теории излучения) [1.1; 1.6; 2.5].
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Глава 3.4. ВТОРИЧНЫЕ ЦЕПИ
Глава 3.4. ВТОРИЧНЫЕ ЦЕПИ Вопрос. Что представляют собой вторичные цепи электроустановок?Ответ. Представляют собой совокупность кабелей и проводов, соединяющих устройства управления, автоматики, сигнализации, защиты и измерения.Вторичная система электроустановок –
Приложение 1. Перечень потребителей электрической энергии (отдельных объектов), которые не включаются в графики временного отключения электрической энергии
Приложение 1.
Перечень потребителей электрической энергии (отдельных объектов), которые не включаются в графики временного отключения электрической энергии
1. Объекты органов государственной власти и управления, медицинские учреждения и учреждения социального
Глава 1. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕМЕНТА
Глава 1. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕМЕНТА ХОББИ СВЯЩЕННИКА Семь металлов древности, а также сера и углерод — вот и все элементы, с которыми человечество познакомилось за многие тысячелетия своего существования вплоть до XIII века нашей эры. Восемь веков назад начался период алхимии. Он
ЗВЕНО В ЦЕПИ УСКОРЕНИЯ
ЗВЕНО В ЦЕПИ УСКОРЕНИЯ Не так ли и титан, еще не занявший подобающего места в народном хозяйстве по масштабам использования, таит в себе массу нераскрытых сил и возможностей? И не ожидает ли его такая же судьба, такие же грандиозные перспективы, какие уже стали реальностью
Открытие древнего гончара
Открытие древнего гончара
Один из величественнейших городов Междуречья – древний Ур.
Он громаден и многолик. Это почти целое государство. Сады, дворцы, мастерские, сложные гидротехнические сооружения, культовые постройки.В небольшой гончарной мастерской, с виду
Установление перегородок
Установление перегородок Для того чтобы разделить все пространство дома на отдельные комнаты, необходимо установить перегородки. Они могут быть одинарными, двойными и тройными, со звукоизоляцией и без нее.Одинарные перегородки. Для устройства одинарных перегородок
1. Методы применения законов гидравлики
1. Методы применения законов гидравлики 1. Аналитический. Цель применения этого метода – устанавливать зависимость между кинематическими и динамическими характеристиками жидкости. С этой целью пользуются уравнениями механики; в итоге получают уравнения движения и
Глава 17 Капиллярные явления
Глава 17 Капиллярные явления
Отдельный класс устройств преобразования тепловой энергии среды образуют многочисленные капиллярные машины, производящие работу без затрат топлива.
Подобных проектов в истории техники известно великое множество. Сложность в том, что те же
1.3. ОТКРЫТИЕ НОВЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
1.3. ОТКРЫТИЕ НОВЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Одним из первых, кто, познакомившись с книгой В. Гильберта, решил получить более сильные проявления электрических сил, был известный изобретатель воздушного насоса и опыта с полушариями магдебургский бургомистр Отто фон Герике
2.4. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
2.4. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Наибольший интерес из всех работ В.В. Петрова представляет открытие им в 1802 г. явления электрической дуги между двумя угольными электродами, соединенными с полюсами созданного им источника высокого
2.7. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
2.
7. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Большой вклад в современную электротехнику сделал английский ученый Майкл Фарадей, труды которого, в свою очередь, были подготовлены предшествовавшими работами по изучению электрических и магнитных явлений [1.1; 1.6; 2.6].Есть
Раздел 9. Особенности оказания услуг по передаче электрической энергии и оплаты потерь электрической энергии на розничных рынках
Раздел 9. Особенности оказания услуг по передаче электрической энергии и оплаты потерь электрической энергии на розничных рынках Вопрос 1. Кем заключаются договоры оказания услуг по передаче электрической энергии?Ответ. Договоры оказания услуг по передаче
IX. Особенности оказания услуг по передаче электрической энергии и оплаты потерь электрической энергии на розничных рынках
IX. Особенности оказания услуг по передаче электрической энергии и оплаты потерь электрической энергии на розничных рынках
117.
Услуги по передаче электрической энергии предоставляются на основании договоров оказания услуг по передаче электрической энергии,
6.2.5. Цепи приводные
6.2.5. Цепи приводные Типы приводных, роликовых и втулочных цепей согласно ГОСТ 13568—97, их разрушающая сила и масса приведены в табл. 6.32.Таблица 6.32Цепи приводные, роликовые и втулочные Примечание. ПРА – приводные роликовые цепи нормальной точности; ПР – приводные
10.1.1. История открытия электрических явлений в возбудимых тканях
Классическими
опытами, впервые продемонстрировавшие
связь возбуждения в нервах и мышцах с
их электрической активностью, явились
эксперименты, проведенные в конце 18
века итальянским учёным Л.Гальвани. Он
показал наличие электрического
потенциала между внешней и внутренней
поверхностью клеточной оболочки.
Результаты экспериментов его ученика
К.
Маттеучи показали, что ток, как от
внешнего источника, так и возникающий
во время возбуждения (потенциал действия)
является эффективным раздражителем
для этих тканей. В середине 19 века
Дюбуа-Реймон с помощью весьма
чувствительного гальванометра
подтвердил положение Гальвани о том,
что нервы и мышцы способны сами по себе
генерировать электродвижущие силы.
Результаты работ Аррениуса, Оствальда,
Нернста позволили Ю.Бернштейну в начале
20 века сформулировать мембранную теорию
биоэлектрических явлений, которая была
значительно переработана в конце 30
годов ХХ – го века А.Ходжкиным, А.Хаксли
и Б.Катцем.
10.1.2 Ультраструктурная организация клеточной мембраны
Под электронным
микроскопом мембрана имеет вид трёхслойной
структуры – два темных слоя по краям и
один светлый в середине – «прозрачный»
для электронов. Толщина мембраны
составляет около 10 нм. Мембрана состоит
главным образом из липидов и белков с
примесью углеводов. Липиды представлены
фосфолипидами, которые имеют полярные
«головки» и неполярные «хвосты», т.
е.
на одном конце молекулы имеются заряженные
ионные группы, а другой конец является
электронейтральным. Полярные головки
молекул стремятся контактировать с
водой, а неполярные хвостовые части
избегают таких контактов и притягиваются
друг к другу. В результате образуются
плёнки, состоящие из двух слоёв липидных
молекул. Мембранные белки делят на две
группы в зависимости от характера
взаимодействия с бислоем липидов. Первая
группа – это периферические белки,
вторая группа – интегральные белки,
которые взаимодействуют с гидрофобной
внутренней областью двойного слоя
мембраны (т.е. хвостами липидов). Возможны
различные варианты расположения
интегральных белков в мембранах.
10.1.3. Потенциал покоя.
Электрические
явления в тканях обусловлены неравномерным
распределением ионов натрия, калия,
кальция внутри клетки и в окружающей
их жидкости и избирательной проницаемостью
мембраны. В перемещениях ионов через
мембрану участвуют ионные каналы и
белки-переносчики.
Ионные каналы — это тончайшие поры, образованные молекулой гликопротеида. В канале различают внутреннюю и наружную пору (отверстие), которые могут открываться и запираться с помощью воротного механизма, и се лективный фильтр – самую узкую часть канала. Имеются отдельные каналы для калия, натрия, кальция и некоторых других ионов. Они отличаются диаметром: самые узкие каналы – калиевые, для натрия каналы имеют больший диаметр. В состоянии физиологического покоя в мембране открыты только калиевые каналы, каналы для натрия и кальция закрыты.
Среди многочисленных белков-переносчиков в мембранах имеются энергозависимые транспортные системы, содержащие фермент АТФ-азу и называемые ионными насосами (например, калий-натриевый, кальциевый насосы и другие).
С помощью ионных
насосов происходит перемещение ионов
через мембрану из области низкой
концентрации в область более высокой,
то есть против концентрационного или
электрохимического градиента.
Так,
K-Na
насос выкачивает из клетки Na+ и закачивает в клетку K+.
В результате концентрация калия внутри
клетки оказывается в 10-30 раз больше, чем
во внеклеточной жидкости, а концентрация
натрия – в 10 раз меньше. Поэтому калий
считается внутриклеточным катионом, а
натрий – внеклеточным.
Поскольку концентрация K+ внутри клетки больше, чем снаружи, и в состоянии физиологического покоя калиевые каналы свободно пропускают его, то K+ диффундирует из клетки, электростатически удерживается на внешней поверхности мембраны и внутренняя поверхность мембраны становится электроотрицательной по отношению к наружной. Разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями клеточной мембраны в состоянии покоя называется потенциалом покоя. В разных клетках организма он колеблется в пределах 60-90 мв, а в некоторых тканях – даже ниже.
Выходящий калиевый
ток ограничен, так как вышедшие из клетки
K+ своими зарядами препятствуют выходу
новых катионов.
Натрий не имеет
существенного значения в генерации
потенциала покоя: если небольшое
количество Na+ случайно
пройдет внутрь клетки, то мембранный
потенциал немного снизится, но K-Na
насос снова восстановит ионную ассиметрию
Потенциал покоя имеется у всех живых клеток. Он имеет значение для транспорта веществ через мембрану, для поддержания постоянства состава цитоплазмы, для структурной организации белковых молекул в мембране.
Уменьшение мембранного потенциала вплоть до его исчезновения называется деполяризацией, увеличение – гиперполяризацией.
Кто на самом деле открыл электричество?
Сегодня мы не можем представить мир без электричества, так кому же мы обязаны честью изобретения этого чуда? Во-первых, как форму энергии электричество нельзя изобрести. Что касается того, кто его открыл, то, как и большинство фундаментальных исследований, электричество изучалось многими учеными на протяжении веков.
Некоторые считают, что Бен Франклин был первым, кто открыл электричество, но, как мы узнаем позже в этой статье, его знаменитый эксперимент с воздушным змеем и ключом на самом деле показал, что молния — это форма электричества.
Электричество как физическое явление было открыто за тысячи лет до Франклина.
Содержание
- 1 Что такое электричество?
- 2 Электричество в древнем мире: история багдадской «батареи»
- 3 Бен Франклин и его эксперимент с воздушным змеем
- 4 Первые практические применения электричества
- 5 Первые практические применения электричества
- 6 Электричество сегодня и в будущем
Что такое электричество?
Электричество просто означает движение электронов через проводящий материал, такой как медный провод.
РЕКЛАМА
Сила, приложенная к электронам, чтобы протолкнуть их через проводник, известна как напряжение , а скорость потока электронов известна как ток .
Если представить токопроводящий провод в виде трубы, по которой может течь вода, напряжение — это давление, приложенное для того, чтобы заставить воду течь, а ток — это количество воды, протекающей по трубе каждую секунду.
В металлах электроны могут свободно двигаться, что делает их прекрасными проводниками электричества. Однако некоторые материалы не проводят электричество — это изоляторы. Однако бывают случаи, когда изолятор может нести электрический заряд. Если вы потрите друг о друга два разных изолирующих материала, таких как воздушный шар и перемычка, электроны перейдут от перемычки к воздушному шару, который зарядится отрицательным зарядом. Это накопление электронов на изоляторе известно как статическое электричество — если вы прикоснетесь к воздушному шару, вы можете почувствовать эту физику в действии с легким ударом.
Электричество в древнем мире: история багдадской «батареи»
Насколько нам известно, греки были первыми, кто открыл понятие электрического заряда более 2600 лет назад. Они заметили, что натирание окаменевшей древесной смолы или янтаря мехом животных заставляет его притягивать сухую траву. По сути, греки столкнулись со статическим электричеством.
РЕКЛАМА
Мы также знаем из древних текстов, что египтяне знали, что некоторые виды электрических рыб могут вызывать удары тока в теле.
Фактически, древние египтяне, вероятно, использовали электрического нильского сома для лечения головных и нервных болей — практика, известная как ихтиоэлектроанальгезия, которая использовалась в медицине до конца 1600-х годов.
Но, без сомнения, самым удивительным образцом электричества в древности является багдадская батарея . Этот своеобразный инструмент был обнаружен экспедицией под руководством доктора Вильгельма Кенига из Иракского музея в Багдаде в 1936 году. Находка состояла из глиняной вазы высотой около 14 сантиметров и наибольшим диаметром 8 сантиметров.
Датировка предполагает, что артефакту около 2000 лет, он относится к I веку нашей эры, когда этот регион был оккупирован Парфянской империей.
Хотя его внешний вид не казался необычным, ученые быстро поняли, что в маленьком глиняном горшке есть гораздо больше, когда они заглянули внутрь.
Ваза содержит полый цилиндр из листа меди высокой чистоты. Нижний конец цилиндра был покрыт куском листовой меди, а внутреннее дно цилиндра было покрыто слоем асфальта толщиной всего 3 миллиметра.
Верхний конец цилиндра был забит тяжелым и толстым слоем асфальта. В центре вилки был сплошной кусок железа.
Во время открытия Кенинг понял, что банка и ее странная металлическая конструкция имели конфигурацию, предполагающую, что она могла функционировать как батарея с жидкостными элементами. На самом деле, похоже, он не служил никакой другой цели, кроме как генерировать слабый электрический ток.
Эксперименты, проведенные с копиями кувшина с использованием различных кислот, показали, что смесь уксусной кислоты (дистиллированного уксуса) и грейпфрутового сока генерировала 0,5 вольта в течение нескольких дней.
Еще больше таких артефактов было обнаружено на протяжении многих лет в местах на территории современного Ирака, которые были созданы парфянами и сасанидами. Однако какой цели могли служить эти древние батареи, если не было найдено ни двигателей, ни осветительных приборов, ни каких-либо подобных электрических устройств?
Одним из возможных применений багдадской батареи является медицинская терапия, поскольку греки и римляне того времени обычно использовали обычный электрический луч, чтобы поражать пациентов электрическим током для лечения боли.
Это отсутствие какого-либо очевидного применения электрического тока заставило некоторых задаться вопросом, действительно ли эти древние кувшины использовались в качестве батарей. Вместо этого их можно было использовать для хранения важных документов, чтобы влага не повредила папирус.
Более того, поскольку нет никаких записей о том, что парфяне, да и вообще кто-либо в древнем мире, обладали формальной теорией электричества, открытие батарей, скорее всего, было случайностью.
Перенесемся на 1600 лет вперед. В это время английский физик по имени Вильям Гилберт опубликовал трактат о привлекательной природе янтаря и использовал латинское слово 9.0047 electricus , чтобы описать это. Вскоре после этого другой англичанин по имени Томас Браунед публикует книгу по физике, в которой он использует слово «электричество» для описания работы Гилберта.
Бен Франклин и его эксперимент с воздушным змеем
Фотография картины, изображающей знаменитого воздушного змея Франклина и ключевой эксперимент.
Фото: Чарльз Э. Миллс, Библиотека Конгресса, Вашингтон, округ Колумбия,Многих в начальной школе учили, что Бенджамин Франклин, отец-основатель и известный изобретатель, открыл электричество, привязав ключ к воздушному змею, стоя во время грозы. Однако это совсем не так. Франклин не был первым ученым, изучавшим заряженные частицы, и он никогда не собирался открывать электричество — его исследования просто стремились продемонстрировать, что молния — это форма статического электричества.
В середине 18-го века, задолго до того, как он приступил к своему знаменитому эксперименту, Франклин играл с электрическими трубками, которые дал ему его друг Питер Коллинсон. Именно после этих опытов Франклин выдвинул гипотезу о том, что молния представляет собой «массивную электрическую искру», и предложил эксперимент с приподнятым стержнем, чтобы «вытягивать электрический огонь» из облака. Хорошо зная о связанных с этим опасностях, Франклин также упомянул в одном из своих писем Коллинсону, что любые люди, участвующие в таком эксперименте, должны будут наблюдать за явлением под защитой ограждения, похожего на солдатскую будку.
Слухи о теориях Франклина достигли Европы, где француз Томас Франсуа Д’Алимбар использовал 50-футовый вертикальный стержень для привлечения «электрической жидкости» (молнии). Он добился успеха 10 мая 1752 года в Париже. В июле англичанин Джон Кантон успешно повторил эксперимент. Позднее к такому же выводу после собственного эксперимента пришел и русский химик Михаил Ломоносов.
Франклин, по-видимому, не подозревая об этих событиях за океаном, провел свою собственную версию эксперимента во время грозы в июне 1752 года в Филадельфии. Он стоял снаружи под навесом, держась за шелкового змея с привязанным к нему ключом. Когда ударяла молния, электричество проходило по ключу, а его заряд собирался в лейденской банке — старинном электрическом компоненте, который хранит электрический заряд высокого напряжения и может высвобождать его позже.
Многие считают, что воздушный змей на самом деле собирал электрический заряд из атмосферы и не был прямо поражен молнией — иначе Франклин мог быть поджарен в тот роковой день.
Сам Франклин позже написал в Pennsylvania Gazette 19 октября 1752 года, подробно описав свои выводы и предложив инструкции по воссозданию эксперимента:
Провод вытянет из них Электрический Огонь, и Воздушный Змей со всей Веревкой наэлектризуется, а распущенные Нити Веревки будут торчать во все стороны и притягиваться к приближающемуся Пальцу. И когда Дождь намочит Воздушного змея и Шнур, так что он сможет свободно проводить Электрический Огонь, вы обнаружите, что он обильно вытекает из Ключа при приближении вашего сустава. На этом Ключе можно зарядить Флакон; и из полученного таким образом электрического огня можно зажигать духов и проводить все другие электрические эксперименты, которые обычно выполняются с помощью натертого стеклянного шара или трубки; и тем самым полностью продемонстрировано тождество Электрической Материи с Материей Молнии».
При этом Франклин не открывал электричество. Он даже не был первым, кто провел эксперимент, показывающий, что освещение — это электричество, и не написал о результатах.
Тем не менее, он считается первым ученым, сформулировавшим гипотезу и условия эксперимента.
Первое практическое использование электричества
После разоблачений экспериментов Франклина наука процветала во всех областях, включая электромагнетизм.
В 1800 году итальянский врач Луиджи Гальвани обнаружил, что когда лягушка касается двух разных металлов, ее лапка дергается. Основываясь на этих выводах, его коллега Алессандро Вольта пришел к выводу, что между двумя металлическими пластинами существует своего рода электрический потенциал, заставляющий электрический заряд проходить через лапку лягушки.
Вольта использовал это понимание, чтобы изобрести первые современные батареи. В его честь мы теперь называем одно из свойств электричества, электрический потенциал (или напряжение ), его именем.
В 1808 году Хамфри Дэви приписывают изобретение первой эффективной «дуговой лампы» — куска углерода, который излучал свет при подключении к батарее.
Дэви, по сути, изобрел первую электрическую лампочку.
В 1820 году Ганс Христиан Эрстед, А.М. Ампера и Д.Ф.Г. Араго подтвердил связь между электричеством и магнетизмом. Ампер, французский математик и физик, считается отцом электродинамики. Базовая единица электрического тока в Международной системе единиц (СИ), «ампер» или «ампер», названа в его честь. Позднее, в 1826 году, Георг Ом определил взаимосвязь между мощностью, напряжением, током и сопротивлением в «Законе Ома». Основная единица сопротивления, ом, носит его имя.
Первое практическое использование электричества
В 1831 году Майкл Фарадей изобрел электрическую динамо-машину — по сути, грубый генератор энергии — который использовал магнит, который двигался внутри катушки из медной проволоки, создавая слабый электрический ток.
Это подготовило почву для электрической революции во всем мире. В 1878 году американский изобретатель Томас Эдисон представил первую практическую лампочку накаливания, которая могла генерировать свет в течение нескольких часов подряд.
Позже, в конце 1800-х годов, сербско-американский изобретатель Никола Тесла впервые начал работать с переменным током, асинхронным двигателем и многофазной системой распределения. У Теслы также были конкурирующие с Маркони патенты на изобретение радио.
Электричество сегодня и в будущем
Момент, когда человечество использовало электричество, стал важной вехой в истории. Мир никогда не был бы прежним, и большинство изобретений, которые мы считаем само собой разумеющимися сегодня, были бы просто невозможны без электричества.
Сегодня электричество питает мир. В то же время весь удивительный прогресс и процветание, обеспечиваемые электричеством, имели скрытую цену.
Даже по сей день большая часть нашего электричества производится за счет сжигания ископаемого топлива, такого как уголь, в огромных электрогенераторах. Только часть мировых потребностей в энергии удовлетворяется за счет возобновляемых источников энергии, таких как солнечная или ветровая.
Это необходимо изменить, если мы хотим предотвратить глобальную катастрофу, вызванную антропогенным глобальным потеплением.
Итог : электричество было открыто не одним человеком. Понятие электричества было известно людям тысячи лет. Когда, наконец, пришло время сформировать теорию электричества и развить ее в коммерческих целях, многие великие умы одновременно работали над этой проблемой.
Теги: Бенджамин Франклин
Олимп электричества: гении, подарившие нам энергию
В наше время нам было бы трудно жить без искусственного света, без кранов, снабжающих нас горячей и холодной водой, без отопления и без транспорта которые переносят нас из одного места в другое. Но даже если мы связываем эти удобства с разными источниками энергии, все они непоправимо зависят от одного и того же технического прогресса: электричества. Без овладения, производства и распределения этой энергии мы вернулись бы в средневековый мир, основанный на животной тяге и огне.
Но электричество — это не только фундамент технологической цивилизации, но и один из лучших примеров научного прогресса как коллективного труда, плод вклада многочисленных отцов . Здесь мы рассмотрим вклад основных гениев, заслуживающих особого места на Олимпе истории электричества.
Уильям Гилберт
Статическое электричество известно с древних времен, но именно в 1600 году британский ученый Уильям Гилберт (24 мая 1544 – 30 ноября 1603 года) впервые приступил к его научному изучению. Выполняя заказ английской королевы Елизаветы I по изучению работы компаса, Гилберт обнаружил, что магнетизм связан с притяжением янтаря к мелким предметам при трении. Гилберт ввел термин для этого явления electricus , от греческого слова «янтарь», elektron .
Портрет Уильяма Гилберта.Источник: Библиотека Wellcome
Бенджамин Франклин
После исследований Гилберта другие ученые начали исследовать свойства этой странной электрической материи, которую можно было создать, хранить в так называемых лейденских бутылках и передавать по проводам.
Однако отсутствовали доказательства того, что эта загадочная жидкость существовала за пределами лабораторий. Американский эрудит Бенджамин Франклин (18 октября 1785 г. – 5 ноября 1788 г.) в 1752 году с помощью своего знаменитого эксперимента с воздушным змеем продемонстрировал, что энергия бури и энергия лейденских бутылок – одно и то же, тем самым заложив основы науки о воздушном змее. электричество.
жидкая среда, вызывающая движение мышц. Идея гальванизма привлекла всеобщий интерес к электричеству живых существ вплоть до того, что вдохновила писательницу Мэри Уоллстонкрафт Шелли на написание своей работы 9.0135 Франкенштейн или современный Прометей . Работа Гальваниса заложила основы более поздних знаний об электрофизиологии нервной системы.
Эксперимент Луиджи Гальвани с лягушачьей лапкой.Источник: Wikimedia
Алессандро Вольта
Современник и друг Гальвани, хотя и соперник в научной сфере, итальянец Алессандро Вольта оспаривал теорию животного электричества, утверждая, что ток, наблюдаемый в экспериментах его коллеги с лягушачьи лапки имели внешнее происхождение.
Когда Вольта заменил биологический материал картоном, пропитанным солевым раствором, он изобрел первую батарею — постоянный источник электрического тока, не зависящий от генерации электростатического заряда.
Изобретение гальванической батареи в 1799 году дало ученым ценный инструмент для изучения электричества. В знак признания его работы его имя было дано единице электрического потенциала, вольту.
Вольта демонстрирует электрическую батарею Наполеону.Источник: Майк Лихт
Шарль-Огюстен де Кулон
Во второй половине XVIII века такие ученые, как Джозеф Пристли или Генри Кавендиш, оба англичане, начали экспериментально наблюдать, что сила притяжения или отталкивания между двух зарядов зависела от величины зарядов и была обратно пропорциональна расстоянию между ними, подобно силе тяготения, описанной Исааком Ньютоном. Французский инженер и физик Шарль-Огюстен де Кулон (14 июня 1736 — 23 августа 1806) в 1785 году сформулировал закон, носящий его имя.
В 1908 в его честь была названа единица заряда — кулон.
Художник: Луи Иерль
Андре-Мари Ампер
Если импульс Кулона был решающим для формулировки электростатики, то именно его соотечественник Андре-Мари Ампер заложил основы электродинамики. Основываясь на более ранней работе датского физика и химика Ганса Кристиана Эрстеда, в 1820-х годах Ампер начал придавать физическую и математическую форму силе притяжения или отталкивания между двумя параллельными проводами, проводящими электрический ток. Закон силы Ампера открыл путь к пониманию и математическому определению электромагнетизма, который в 1881 г. был признан путем присвоения единице измерения электрического тока имени ампера.
Георг Ом
В то время как Ампер исследовал силу, действующую между двумя электрическими проводами, немецкий физик и математик Георг Ом (16 марта 1789 г. — 6 июля 1854 г.) использовал батареи Вольта и устройства собственной разработки для изучения силы тока (I ) варьировался в зависимости от приложенного напряжения (V) и сопротивления цепи (R).
Этот вопрос уже интересовал таких ученых, как Кавендиш, который использовал свое тело, чтобы замкнуть цепь и испытать силу удара током в каждом случае. Закон, обобщающий результаты Ома, I = V/R, сегодня может показаться почти очевидным, однако публикация его первоначальной формулировки в 1827 г. вызвала больше подозрений, чем аплодисментов. Впоследствии вклад Ома воплотился в название единицы электрического сопротивления — Ом.
Источник: Wikimedia
Майкл Фарадей
В девятнадцатом веке, в эпоху расцвета науки об электричестве, было много ученых, посвятивших себя разгадке физических и математических принципов электричества. Но кому-то еще предстояло превратить все эти знания в практические технологии, и в этой области выделялся англичанин Майкл Фарадей (22 сентября 1791 – 25 августа 1867 года), разработавший то, что впоследствии стало электродвигателем. Однако Фарадей не ограничился изобретательством, и его наблюдения дали материал для построения полной теории электромагнетизма.
Он был ученым-самоучкой, чье скромное происхождение привело его к работе на химика Хамфри Дэви не только в качестве помощника, но и в качестве камердинера. Гений Фарадея привел к тому, что его слава превзошла славу его наставника, и сегодня единица измерения электрической емкости носит его имя — фарад.
Джеймс Клерк Максвелл
Можно сказать, что последним штрихом золотого века электротехники стала работа шотландского ученого Джеймса Клерка Максвелла (13 июня 1831 – 5 ноября 1879 г.), который между 1861 и 1862 годами опубликовал набор уравнений, которые превратили интуитивные наблюдения Фарадея в полную теорию электромагнетизма. Уравнения Максвелла, со временем сократившиеся до четырех, собрали и обобщили всю работу его предшественников, чтобы служить скрижалями закона в едином царстве электромагнитного поля. В свою очередь, учитывая, что наука обычно представляет собой коллективную конструкцию без начала и конца, уравнения Максвелла станут в следующем столетии одной из отправных точек для рождения другой новой науки: квантовой физики.
Источник: Wikimedia Хавьер Янес
@ yanes68
в веселящем газе спонтанно возникает огромное электрическое поле
На снимке показана часть аппарата, использованного учеными Орхусского университета при открытии электрического явления спонтанного электричества. Вверху есть тонкий кусочек золота. На поверхности золота ученые сконденсировали веселящий газ, создав огромное электрическое поле внутри тонкой пленки. (Фото: Дэвид Филд)
Ученые открыли новое удивительное электрическое явление.
Лиз Брикс
Датские ученые подумали, что совершили ошибку, когда обнаружили сильное электрическое поле в тонком слое твердой закиси азота, широко известной как веселящий газ.
Однако выяснилось, что они открыли новое и поразительное электрическое явление.
Это был один из тех обычных дней в лаборатории в подвале под Орхусским университетом. Два молодых физика изучали, как электроны проходят через закись азота.
Они заморозили газ до минус 233 °C, в результате чего молекулы газа оседали очень тонкой пленкой над металлической поверхностью.
На рисунке показан пример возникновения спонтанного электричества: тонкая пленка веселящего газа (N2O) конденсируется на поверхности золота. В большом круге пленка веселящего газа увеличена, чтобы увидеть отдельные молекулы веселящего газа (синий = азот, красный = кислород). Положительно заряженный азотный конец молекулы веселящего газа торчит от поверхности, создавая положительный потенциал. (Иллюстрация постдока Эндрю Кэссиди из Орхусского университета, который занимается исследованиями в области спонтанной электрики).
В ледяном веселящем газе не должно было быть ничего особенного, но измерения юных исследователей показали другое, совсем другое.
«Они поднялись наверх и постучали в мою дверь, говоря: «Дэвид, что-то не так». Сначала мы подумали, что эксперимент пошел не так, потому что не предполагалось, что ток может пройти через пленку и Никакое внешнее напряжение не применялось», — вспоминает Дэвид Филд, профессор кафедры физики и астрономии Орхусского университета.
Однако в течение следующих нескольких дней ученые продолжали наблюдать мощные электрические поля в тонкой пленке веселящего газа, и вскоре стало ясно, что они открыли совершенно новое электрическое явление.
Результаты недавно были опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.
Никто не открывал его до
Профессор Филд назвал это явление «спонтанным электричеством».
С момента своего первого открытия в 2009 году ученые обнаружили, что веселящий газ ни в коем случае не является единственным веществом, проявляющим спонтанно-электрическое явление.
Электрическое поле может достигать более 100 миллионов вольт на метр — т.
е. огромной силы.
Профессор Филд и его коллеги исследовали более 12 различных материалов и установили, что подобные огромные электрические поля возникают спонтанно в обычных или садовых материалах, таких как окись углерода, пропан, толуол и метилформиат.
Все материалы заморожены до экстремально низких температур в виде микроскопически тонкого слоя.
«В некоторых случаях необходимо несколько слоев, прежде чем проявится спонтанный электрический эффект», — говорит Филд.
«При проведении эксперимента с толуолом при температуре 75 Кельвинов минус 198°С для достижения эффекта необходимо более ста слоев».
Он полагает, что явление спонтанного электричества происходит из-за особого взаимодействия, при котором весь слой молекул ведет себя настолько же больше, чем сумма его частей, «во многом так же, как улей гораздо больше, чем сумма отдельных пчел». «, — говорит профессор Филд.
Исследователь: важное открытие
Одним из ученых, занимающихся исследованием «спонтанной электрики», является Мартин Маккустра из Университета Хериот-Ватт в Шотландии.
«Спонтанная электрика — чрезвычайно важное открытие. Я думаю, что в ближайшие годы в результате попыток объяснить это явление появится множество захватывающих новых теорий», — говорит Маккустра, заведующий кафедрой химической физики Университета Хериот-Ватт.
«Это первый случай с 1920-х годов, когда кто-либо открыл новую электрическую форму твердого материала. Невероятно то, что работа над тонкими слоями материалов, включая пленки веселящего газа, проводилась более полувека. Несмотря на это, никто не открыл это мощное электрическое явление», — говорит Филд.
Молекулы диполярные
Веселящий газ состоит из диполярных молекул.
Это означает, что один конец молекулы веселящего газа имеет немного более отрицательный электрический заряд, чем другой конец.
Подавляющее большинство молекул диполярны. Например, в веселящем газе (N2O) кислородный конец молекулы отрицателен по сравнению с положительным азотным концом.
Когда возникает спонтанный электрический эффект, ученые наблюдали нечто необычное, происходящее с диполярными молекулами:
В соответствии с экспериментами, проведенными с тонким слоем веселящего газа, молекулы веселящего газа в верхнем слое располагаются таким образом, что положительный конец молекулы выпирает к поверхности, создавая напряжение на поверхности фильм, объясняет профессор Филд.
«Спонтанная электрика противоречит нашей интуиции. Кажется, это не имеет никакого смысла, если принять во внимание то, что мы обычно изучаем в физике и химии. Молекулы выстраиваются совершенно спонтанно — так, как вы могли бы подумать, что им это не понравится. Принципиально , мы не знаем, что заставляет их это делать», — говорит Маккустра.
Странное поведение молекул
Поведение диполярных молекул можно сравнить с магнитами.
Противоположные концы магнита обычно отталкиваются друг от друга. Точно так же диполярные молекулы пытаются расположиться таким образом, чтобы «северный полюс» одной молекулы был обращен к «южному полюсу» другой.
Однако в экспериментах, в которых происходит спонтанная электризация, молекулы ведут себя прямо противоположным образом, — говорит Маккустра.
ставить себя в невыгодное положение»9.0003
Для чего мы можем это использовать?
«В настоящее время открытие этого явления является чистой фундаментальной наукой, которая способствует нашему пониманию того, как ведут себя твердые вещества», — говорит Филд.
Филд особенно заинтересован в том, чтобы выяснить, играет ли это явление роль при рождении новых звезд.
Звезды образуются в огромных облаках пыли и газа. В середине облаков настолько холодно, что потенциально может образоваться спонтанно-электрический угарный газ. Это изменило бы химию внутри облака пыли и способ его коллапса с образованием звезды.
«Спонтанная электрика может оказать большое влияние на наше понимание того, как рождаются звезды», — говорит Филд.
«Для чего мы можем его использовать? Честно говоря, мы не знаем, — говорит Маккустра. — Но то же самое можно было бы сказать о многих других научных открытиях, когда они были сделаны. как использовать открытие».
Явление спонтанного электричества было впервые замечено в синхротронной лаборатории ASTRID (ISA) в подвале Орхусского университета.
—————-
Прочтите оригинал статьи на датском языке на Videnskab.dk
Перевод: Хью Мэтьюз
Научные ссылки
- Исследования природы спонтанной электрики: закись азота, разведенная в ксеноне, Physical Chemistry Chemical Physics (2014), DOI: 10.
1039/C4CP03659J
1039/C4CP03659JВнешние ссылки
- Профиль Дэвида Филдса (AU)
- Профиль Martin McCoustras (Heriot Watt) Связанное содержимое
9
Датский астрофизик разгадал тайну старых звезд
Недавнее открытие миллисекундного пульсара, вращающегося вокруг двух белых карликов, бросает вызов современным теориям их образования. Новая полуаналитическая модель может помочь объяснить формирование этой уникальной тройной системы.
Датский физик хранит свет, перемещает его и заставляет снова появляться
Известный физик Лене Хау не только знает, как останавливать свет, но и манипулировать им и сохранять его отпечатки для последующего использования.
Лауреат Нобелевской премии: найдем темную материю и темную энергию
Темная материя и темная энергия продолжают оставаться космологическими головоломками для физиков всего мира.
Лауреат Нобелевской премии Брайан Шмидт предлагает свою точку зрения в интервью.
Магнитный винт помогает улавливать энергию волн
Энергия волн известна своим огромным потенциалом, но до сих пор никто не нашел правильного способа использовать движения волн. Три новых квалифицированных инженера выступили с отличным предложением
Нет опасности от магнитных полей в электромобилях
Вас когда-нибудь беспокоило, что электромобили создают опасные магнитные поля? Не беспокойтесь больше, потому что исследования показывают, что это не так.
диполярный
звезды
спонтэлектрики
физика твердого тела
физика
природные науки
нанонаука
сегнетоэлектрики
videnskab.
