У кінці 1880-х років світ електрики став ареною для однієї з найцікавіших технічних битв в історії, відомої як "Війна струмів". Головні ролі в цьому протистоянні відіграли два великі учені і винахідники свого часу - Томас Едісон та Нікола Тесла.
"Мене не хвилює, що вони вкрали мою ідею. Мене хвилює, що у них немає жодної власної."
"Я не зазнав поразки. Я просто знайшов 10 000 способів, які не спрацюють."
Едісон був генієм, який привніс до світу постійний струм, відомий як DC (від англ. Direct Current). DC став стандартом в США в початковий період розвитку електрики, але з'явилася одна серйозна проблема - важко змінювати напругу. DC був стійким, але обмеженим.
Тесла вірив, що майбутнє належить змінному струму, відомому як AC (від англ. Alternating Current). AC змінює напрямок своєї подачі регулярно, і саме ця властивість робить його ідеальним для перетворення на різні напруги за допомогою трансформаторів. Тесла був візіонером, і його ідеї давали нові можливості розвитку електроенергетики.
Проте Едісон не був готовий віддати ініціативу. Не бажаючи втрачати прибутки від патентів на постійний струм, розпочав кампанію з дискредитації змінного струму. Це був початок протистояння, яке зазнало гучого відгуку в галузі електротехніки та вплинуло на подальший шлях розвитку сучасної технології.
Таким чином, "Війна струмів" стала символом не тільки технічних інновацій, а й боротьби за ідеї та величезних зусиль двох великих розумів світу на шляху до прогресу.
Перш ніж пірнути глибше у світ війни струмів, пропоную сперше розглянути, що ж таке електричний струм?
Електричний струм — упорядкований, спрямований рух електрично заряджених частинок.
В металах у ролі цих заряджених частинок виступають електрони.
На відміну від змінного струму, потік постійного струму не змінюється. Електричний струм тече в одному напрямку зі сталою напругою. Магнітне поле поблизу дроту змушує електрони рухатися в одному напрямку вздовж дроту, оскільки вони відштовхуються від негативної сторони магніту і притягуються до позитивної сторони. Так з'явився постійний струм від акумулятора (рис. 3), що в першу чергу пов'язано з роботою Томаса Едісона.
Основне використання постійного струму - це живлення електричних пристроїв, а також заряджання акумуляторів. Прикладом є акумулятори мобільних телефонів, ліхтарики, телевізори з плоским екраном та електромобілі.
Все, що працює від акумулятора і використовує адаптер змінного струму при підключенні до розетки або використовує USB-кабельдля живлення, покладається на постійний струм.
Символ постійного струму зустрічається на багатьох електронних пристроях, які або вимагають, або виробляють постійний струм.
У змінному струмі потік електричних зарядів періодично змінює свій напрямок.
Змінний струм є найпоширенішим і найкращим видом електроенергії для побутових приладів, офісів, будівель тощо. Вперше змінний струм «засяяв на горизонті» наукових відкриттів, випробуваний на основі принципів Майкла Фарадея* в 1832 році за допомогою динамо-машини*.
Генератори змінного струму поступово витіснили батареї постійного струму Едісона, оскільки змінний струм безпечніше передавати на великі міські відстані і він може забезпечити більшу потужність. Тут вчений Нікола Тесла використовував обертовий магніт. Коли магніт був орієнтований в одному напрямку, електрони рухалися до позитивного полюса, але коли орієнтація магніту змінювалася, електрони також розверталися.
Змінний струм можна ідентифікувати за формою хвилі, яка називається синусоїдою. Іншими словами, його можна зобразити у вигляді кривої лінії. Вимірювання зчитується як Герц (Hz). Змінний струм використовується на електростанціях і в будівлях, оскільки генерувати і транспортувати його на великі відстані відносно легко. Ця властивість дозволяє живити електродвигуни в побуті - від холодильників до пральних машин, забезпечуючи нам комфорт і зручність в повсякденному житті.
* - У 1832 році Фарадей досліджував ще одну важливу в ті роки проблему. На той момент були відомі кілька джерел електрики: тертя, вольтовий стовп, деякі тварини (наприклад, електричний скат), фарадєєвська індукція, термоелемент. Окремі вчені висловлювали сумнів у тому, що всі ці ефекти мають єдину природу, і навіть використовували різні терміни: "гальванізм", "тваринна електрика" тощо. Фарадей провів сотні дослідів і закрив проблему, показавши, що всі прояви електрики (теплові, світлові, хімічні, фізіологічні, магнітні та механічні) абсолютно однакові, незалежно від джерела її отримання та висловив думку про те, що поширення електромагнітних взаємодій є хвильовим процесом, який відбувається зі скінченною швидкістю.
* Динамо-машина складається з котушки з проводом, що обертається в магнітному полі, що створюється статором. Енергія обертання, відповідно до закону Фарадея перетворюється на змінний струм.
«Війна струмів». Змінний струм проти постійного. Тесла проти Едісона. Війна, що розгорілася наприкінці 1880-х років і закінчилось тільки у кінці листопада 2007 року.
І так... Що ж все-таки являє собою «Війна струмів»? Саме в цьому ми спробуємо зараз розібратися!
Але почати доведеться з часів, коли освітлення за допомогою постійного струму тільки починало свій путь.
1879 рік. Томас Альва Едісон презентує свою першу успішну модель лампочки під час публічної демонстрації в Парку Менло. Це була лампа розжарювання з вугільною ниткою, яка працювала від постійного току. Принцип її роботи був таким: Лампочка випромінює світло, коли електричний струм проходить через металеву нитку розжарення, нагріваючи її до високої температури, доки вона не засвітиться.
Вона горіла більше 12 годин, перш ніж перегоріла нитка розжарення. Хоч 12 годин і здається невеликим часом, варто мати на увазі, що перші моделі лампочок могли світити тільки приблизно протягом пів години.
У будь-якому разі, освітлення за допомогою лампочок на кшталт тієї, що презентував Едісон, було значно дешевше, адже з альтернатив в той час були тільки газове освітлення, свічки та керосинові лампи.
Тож, після цієї презентації Едісон отримав замовлення освітити один квартал, а потім і цілий Нью-Йорк.
Так, у перші роки розвитку електрики, розроблений Едісоном постійний струм був стандартом у США. Але існувала одна проблема. Постійний струм було нелегко перетворити на вищу або нижчу напругу та він мав великі втрати потужностей у проводах. Саме тут на сцені з’являються дві інші персони, що в подальшому стали ключовими фігурами «Війни струмів». Перша з них - Джордж Вестінгауз. Він підмітив проблеми постійного струму та висловив думку, що освітлення за допомогою АС було б значно вигідніше, бо його модла легко передавати на значно більші відстані, ніж DC. Але, постійним струмом в ті часи приводились в роботу двигуни, чого не можна було зробити за допомогою змінного струму, тому Вестінгауз програвав.
Джордж Вестінгауз
"Якщо колись про мене скажуть, що своєю працею я зробив якийсь внесок у добробут і щастя моїх ближніх, я буду задоволений."
Проте, 1884 році до Нью-Йорку прибуває Тесла, що на той час працював в компанії Едісона «Edison Electric Light» (тепер General Electric). Він також довів, що постійний струм Едісона був дорожчим і неефективним. Чим більша відстань, тим більше енергії втрачалося для того, щоб струм міг її подолати. Тесла представив власну систему як вдосконалення і виріщення цієї проблеми: змінний струм.
Ідея Тесли полягала в тому, що сильно підвищивши напругу, електроенергію, вироблену на електростанціях, можна було б передавати на величезні відстані майже без втрат енергії. Після того, як вона досягне місця призначення, можна буде легко і дешево використовувати трансформатори для її розподілу на середню і низьку напругу (саме така система використовується сьогодні для доставки енергії від електростанції до вашого будинку.).
Однак ідея Тесли не була схвалена Едісоном. Едісон знав, що його система менш ефективна, але це означало б втрату величезних сум грошей. Тож Теслі довелося вирішувати проблеми Edison Electric Light граючи за правилами Едісона. Проте після того, як він знайшов вдале вирішення, обіцяного гонорару не послідувало (в якийсь момент Едісон сказав Теслі, що заплатить 50 000 доларів за вдосконалену конструкцію його динамо-машини постійного струму. Після місяців експериментів Тесла представив рішення і попросив гроші. Едісон заперечив, сказавши: "Тесла, ти не розумієш нашого американського гумору"). Саме це стало останньою краплею і Тесла звільнився, а потім заснував свою власну компанію «Tesla Electric Light Company».
Невдовзі одна з лекцій Тесли привернула увагу Вестінгауза, який вже запустив першу електростанцію змінного струму поблизу Бостона і став одним із головних конкурентів Едісона. Вестінгауз найняв Теслу, ліцензувавши його патенти на двигун змінного струму та надавши йому власну лабораторію.
Вони почали вигравати все більше і більше контрактів, оскільки переваги були очевидними. З свого боку, сторона Едісона не упускала жодної можливості та використовувала будь-який привід для дискредитації Тесли та його змінного струму, коли сталося кілька нещасних випадків зі смертельними наслідками за участю інженерів та операторів через високу напругу змінного струму.
Також його брудні махінації включали публічні демонстрації в цирковому стилі, коли прихильники Едісона спочатку подавали слабкий постійний струм на тварину, залишаючи її оглушеною. Потім вони застосовували змінний струм високої напруги і вбивали його електричним струмом. Це мало на меті посіяти паніку щодо наслідків електрифікації країни змінним струмом. Сам Едісон опустився до написання статей, в яких описував змінний струм як "постійну загрозу" для будинків і людей.
І так, битва струмів досягла апогею на Чиказькій всесвітній виставці 1893 року* (також відомій як Колумбова виставка на честь 400-річчя подорожі Христофора Колумба до Америки). Винахідникам було запропоновано подати пропозиції щодо освітлення ярмарку за допомогою електрики. Едісон подав пропозицію за 554 000 доларів, використовуючи свою концепцію постійного струму. Але Джордж Вестінгауз, озброєний патентами Тесли на кондиціонери, запропонував 399 000 доларів і виграв контракт.
Коли 1893 року Чиказька всесвітня виставка була освітлена за допомогою винаходів Ніколи Тесли щодо змінного струму та флуоресцентного освітлення, це було видовище, яке вразило весь світ.
"Якщо вечори на ярмарку були спокусливими, то ночі - чарівними. Лампи, якими були обвішані всі будівлі та доріжки, створювали найдосконалішу демонстрацію електричного освітлення з усіх коли-небудь здійснених, а також перше масштабне випробування змінного струму. Один лише ярмарок споживав утричі більше електроенергії, ніж усе місто Чикаго. Це були важливі інженерні віхи, але відвідувачі обожнювали саму красу бачити стільки вогнів, запалених в одному місці і в один час. Кожна будівля, включно з Будівлею мануфактур і вільних мистецтв, була окреслена білими лампочками. Гігантські прожектори - найбільші з коли-небудь створених, які, як кажуть, було видно за шістдесят миль - були встановлені на даху Мануфактури і освітлювали територію та прилеглі околиці. Великі кольорові лампочки освітлювали стофутові струмені води, що виривалися з фонтану МакМонні". ... це "було схоже на раптове видіння Небес".
- "Диявол у Білому місті", Ерік Ларсон.
Але ще важливішою була перемога Тесли над Едісоном у битві струмів, яка мала далекосяжні наслідки: Тесла довів світові, що змінний струм перевершує постійний для безпечної передачі енергії на великі відстані великій кількості людей, і змінний струм став стандартною системою нашої сучасної електромережі.
Проте, як і було зазначено вище, справжній «кінець Війни струмів» відбувся тільки у 2007 році. Тоді, у кінці листопада жителі Нью-Йорку повністю перейшли з постійного на змінний струм, що означало його остаточну перемогу.
Ткаченко Анна, 8-А