Embedded Files
Сучасна цивілізація цілодобово виробляє і споживає велику кількість енергії.
Зараз людина просто не уявляє своє життя без електрики: світло в квартирах, телекомунікації, побутова техніка, транспорт.
Електрика стала джерелом енергії для освітлення, промисловості та транспорту, що кардинально змінило наше повсякденне існування. Сучасні технології, які використовують електричну енергію, охоплюють усі сфери життя, від медицини до комунікацій, від побутових пристроїв до великих промислових систем.
Її вплив на сучасний світ важко переоцінити. Винахід електрики був відзначеним досягненням, яке привнесло великі зрушення в наше щоденне життя, технологію та науку. Проте електрика - це фізичне явище, пов’язане з наявністю та рухом заряджених частинок і, тому вона не була «винайдена».
Опанувавши електрику людство освітило собі дорогу у майбутне.
Сам термін виник від грецького слова "ήλεκτρον", що означає "бурштин". Його родоначальником став древньогрецький філософ Фалес, який ще в VII ст. до н.е. виявив чудову властивість бурштина притягувати до себе легкі матеріали (наприклад, коркову стружку) та волосся, якщо його потерти шматком вовни.
Фалес Мілетський був давньогрецьким філософом, математиком та астрономом, якого вважають одним з семи мудреців Греції. Він першим помітив, що кусок янтаря, потертий шерстю, притягує легкі предмети, такі як пух або соломинки. Він також відкрив, що магніт притягує залізо, але не розумів причину цього ефекту. Фалес не залишив жодних письмових творів, тому його ідеї збереглися лише в цитатах інших авторів.
З цiлим рядом електричних явищ знайомi були ще люди глибокої давнини. Наприклад, про розряди, що створює електричний скат–риба.
Єгиптяни використовували електрику, що виробляється скатами, для лікування головного болю і нервових розладів. Така методика лікування досить надовго зміцнилася в людському світогляді і використовувалася до кінця 1600-х рр. Багдадський акумулятор є речовим доказом того, що давнє людство використовувало електричну енергію.
Акумуляторна батарея з далекого минулого запевняє нас у тому, що гальванічні системи є не таким вже й новим відкриттям, а скоріше предметом, що знайшов шляхи застосування ще за часів стародавніх цивілізацій, причому мало відрізняється за конструктивним виконанням від гальванічних систем, що використовуються на сьогоднішній день. Стародавню гальванічну батарею виявив 1937 року під час розкопок під Багдадом німецький археолог Вільгельм Кеніг.
У середньовіччі взагалі було якось не до електрики. Всі знання базувалися на релігії. Люди вважали, що блискавка – це не фізичне явище, а гнів божій, а наукові твердження вжалися дьявольским творінням і за наукові праці жорстоко карали.
XVII сторіяя ‑ період можна описати як всеосяжне електричне божевілля, бо мало не кожен відкривав у собі великого експериментатора. До дослідів долучилися всі: від аптекарів до монархів.
Проте на авансцену вийшов придворний лікар королеви Єлизавети — Вільям Гілберт. Саме він повернувся до експериментів з янтарем та магнітами, а в 1600 році випустив трактат «Про магніти, магнітні тіла та про великий магніт — Землю», в якому вперше використав слово «електрика». Також він пояснив, як статична електрика генерується тертям бурштину.
Уильям Гільберт демонструє магніт королеві Єлизаветі I у 1598 році.
Френсіс Хоксбі ‑ англійський фізик-експериментатор і конструктор наукових інструментів, член Лондонського королівського товариства. Був господарем майстерні з виготовлення приладів. Після смерті Р. Гука став на пропозицію І. Ньютона демонстратором Лондонського королівського товариства. Сконструював першу скляну електричну машину (1706 р.).
Один з найбільш ранніх дослідників електричних розрядів відкрив у 1710 світіння повітря в скляній трубці при електричному розряді. Виявив "електричний вітер".
Не зрозумів значення свого експеременту, втратив інетрес до склянної кулі з блакитним полум’ям, не зрозумів, що розпочав електричну революцію.
До Хоксбі електрика була просто диковинькою.
Навіть королева Елизавета І розважалася статичною електрикою.
Новий пристрій Хоксбі став популярним серед фокусників, вулечних магів та тих, хто цікавився електрикою і називали себе електриками.
Популярним був фокус «електричне благословіння».
Доки вся Англія, решта Європи захоплювалася електричними фокусами, допитливі електрики ставили запитання:
«Як контролювати цю дивовижну силу»
«Чи може електрика бути коріснішою, ніж прості розваги?»
Серед дослідників природи, які своїми експериментами написали ранню історію електрики є англієць-самоучка Стівен Грей, барвник тканин з Кента, який не отримав формальної освіти, присвятив себе науці, позичаючи книги у багатих друзів і створюючи свої власні інструменти.
Він був першим, хто систематично вивчав електропровідність, розрізняючи провідники та непровідники, а також першим, хто продемонстрував передачу електрики на відстань, зокрема близько 230 метрів, і відкрив електричну індукцію.
Заняття наукою часто було хобі багатих людей, а не кар'єрою. Грей був бідний і займався своєю наукою на неоплачуваних посадах, оселившись у лондонському пансіоні Дезагюльє та розважаючи гостей своїми промовами в обмін на кімнату та харчування.
Перше серйозне знайомство Стівена Грея з електрикою відбулося 13 листопада 1706 року, коли він був присутній на демонстрації електричних явищ у Лондонському Королівському товаристві.
В ті роки у публіки з'явився смак видовищних наукових розваг. І Грей переключився на громадські досліди з живими людьми. Найчастіше це були діти із притулку Чартерхаус. Він підвішував хлопця на шнурах із матеріалу-ізолятора та електрифікував дотиком натертого скла. Коли трубку потерли і потримали біля ніг хлопчика, не торкаючись до них, то фольга притягувалася обличчям хлопчика настільки сильно, що піднімалася на висоту 10 дюймів. Мало того, що цим досвідом Грей визначає факт електропровідності людського тіла, він уперше спостерігає явище електричної індукції.
Наступне iстотне вiдкриття в галузi електрики зроблено Отто фон Герiке.
Отто фон Геріке був німецьким фізиком, інженером та філософом, який був бургомістром Магдебурга. Він винайшов вакуумну помпу в 1650 році і застосував її для вивчення властивостей вакууму та ролі повітря в процесі горіння та для дихання людини. У 1654 році він провів знаменитий експеримент з магдебурзькими півкулями, який довів наявність тиску повітря; встановив пружність та вагомість повітря, здатність підтримувати горіння, проводити звук.
Перша електрична машина Отто Геріке
Вивчення досягнень попередникiв дає можливiсть дивитись на проблему в цiлому i формулювати нерозв'язанi питання. У 1732 р. французький фізик Шарль Франсуа Дюфе зацiкавився дослiдами Грея.
Шарль Франсуа Дюфе був французьким священиком (абатом) та фізиком, членом Парижської академії наук. Він склав програму для вивчення електричних явищ і в результаті відкрив дифузію рідин і осмос в 1748 році. В 1747 році він винайшов електроскоп. Він також описав машину для шліфування лінз, удосконалив лейденську банку, електростатичний генератор. Крім того, він виявив, що заряджений шар потріскує та світиться в темряві (першим спостерігав електролюмінесценцію).
Наступна сторiнка iсторiї електрики пов'язана з мiстом Лейденом. Тут у 1745 р. голландський професор Пiтер ван Мушенбрук зробив спробу у скляному посудi наелектризувати воду вiд машини Герiке.
Пітер ван Мушенбрук був нідерландським фізиком, математиком та винахідником, який був професором університетів Лейдена і Гельсінгфорса. Він розробив перший конденсатор, знаний як лейденська банка, у 1745 році. Це був простий пристрій, що складався з двох металевих фольг, розміщених всередині та зовні скляної банки, яка містила воду або іншу рідину. Лейденська банка могла зберігати велику кількість електричного заряду і випускати його у вигляді потужного удару. Ван Мушенбрук також досліджував електричні явища, такі як електричні іскри, корональний розряд, електричні дзвони, електричні машини.
Батарея з чотирьох наповнених водою Лейденських банок, Музей Бургаве, Лейден
Лейденські банки тієї чи іншої конструкції використовували, переважно у медичній галузі для електротерапії, особливо популярній у Вікторіанську епоху.
Експеримент Мушенбрука повторювали ентузiасти. Легенда говорить, що 180 французьких мушкетерiв взялись за руки i розрядили на собi лейденську банку. Удар струму їм видався страшнiше шпаги.
Жан Антуан Нолле був французьким фізиком і хіміком, який був професором університету Парижа. Він відкрив, що електричний струм може розкладати воду на водень і кисень у 1789 році. Він також досліджував електроліз різних розчинів і показав, що кількість виділеного газу пропорційна кількості пройденого струму. Нолле також вивчав теплопровідність різних матеріалів, тепловий розшир рідин, кристалізацію солей, гідростатику, оптику, акустику .
Iнша легенда свiдчить про бажання повторити такий же експеримент паризькими монахами, якi визнали дiю лейденської банки як диявольську силу.
Через декілька років ставвся новий науковий прорив. Його здійснив чловік, який бу антагоністом британського істеблішмента. Він бу мешканцем колонії ‑ американцем‑ Бенджамін Франклін.
Народився Франклін в сім’ї ремісника. Проживав деякий час в Англії. У Філадельфії мав свою друкарню, в якій видавались книги і журнали, що користувались великим попитом у населення. Був послом у Парижі. Приймав участь у підготовці Декларації про Незалежність Америки. З його участю підписано договір 1783 р. (на закінчення війни Півночі та Півдня 1775–1783 рр.), який і започаткував шлях незалежного розвитку США. В 1785 р. Франкліна було обрано Президентом Законодавчих Зборів штату Пенсільванія. Він є одним з авторів Конституції США. 3аймався науковою і викладацькою роботою (викладав фізику).
Ним створено азбуку електрики у повному розумінні цього слова. Він увів для користування такі терміни, як батарея, конденсатор, провідник, заряд, розряд, обмотка.
До того часу, коли він почав займатись вивченням електрики, йому був 41 рік.
Природодслідники мали збіднілі факти, дотепні прилади і абсолютно не розуміли самого явища. Всі їх пізнання зводились до існування двох видів самостійних зарядів - «скляного» і «смоляного». Франклін засумнівався у правильності цієї гіпотези і прийшов до висновку, що електрика складається з найдрібніших однакових часток. Таке тлумачення було дано за 150 років до відкриття Джозефом Томсоном електрона наприкінці ХІХ ст.
Франкліну належить відкриття стікання електричного заряду з вістря. Він довів, що електрика при терті не народжується заново, а тільки перерозподіляється між тілами. Велике враження на сучасників зробив доказ електричної природи блискавки, що обгрунтований Франкліном. Його досліди з громовідводами вперше доводили електричну природу грозових розрядів.
Бенджамін Франклін під час експерименту з електричним змієм
23 травня 1752 року француз Жорж Луї Леклерк провів експермент Франлина з блискавкою.
Після винаходу громовідводу люди боялись ним користуватись. У Філадельфії крім Франкліна громовідвід на будинку свого дому встановив лише один житель.
У французькому місті Сент-Омері за таке зухвальство порушено судову справу проти сміливця. Слідство йшло протягом чотирьох років. У судовому процесі на захист громовідводу виступав адвокат Максимильєн Робесп’єр, обвинувачем – Жан Поль Марат. Вирок суду був на користь громовідводу.
Різке ставлення до громовідводу змінилось після того, як в італїйському місті Бесчія блискавка вразила вежу з запасами пороху для Венеціанської республіки. 3агинуло більше трьох тисяч людей.
Перші досліди з визначення залежності електростатичних сил на відстані проведені у 40–і роки ХVІІІ ст. Але всі дослідники припускались однієї тієї ж помилки. Вони нехтували тим, що розміри тіл здатні впливати на результати дослідження. Такими дослідами визначені роботи німецького вченого К.Кратценштейна, відомого фізика і математика.
Д.Бернуллі.
Досліди вказаних вчених стали прологом до класичного закону фізики – закону Ш.О. Кулона.
Автор класичного закону фізики Шарль Огюстен Кулон був військовим інженером-будівельником, математиком, доглядачем вод і фонтанів короля Франції. Але головним заняттям цієї людини стало дослідження електрики, результатом якого і став фундаментальний закон електростатики – знаменитий закон Кулона: «Сила відштовхування двох маленьких кульок, наелектризованих електрикою одного роду, обернено пропорційна відстані між центрами кульок».
Крутильні ваги Кулона
Після наукових робіт Франкліна відкриття закону Кулона стало найбільш важливим етапом у розвитку науки про електрику. Цей закон дав змогу кількісно описувати електричні явища.
Під кінець XVШ продуктивного сторіччя італієць Луїджі Гальвані опублікував свої досліди у праці «Трактат про сили електрики при м'язовому русі». Італійський професор і хірург-практик Луіджі Гальвані досліджував зміни м’язів у жаби. Наслідком його спостережень став висновок, що існує «тваринна» електрика. Але гіпотеза Гальвані була спростована.
Його співвітчизник – фізик, хімік і біолог Алессандро Вольта спростував теорію Гальвані і дійшов висновку, що джерелом електрики не є тваринний організм, а контакт двох різнорідних металів, використаних Гальвані. Вольта доказав, що система «залізна пластина - м’язова тканина - мідний гачок» представляє собою не що інше як електричний ланцюг. М’язи жаби в ньому виконують функцію електроліту, який потрібен для роботи гальванічного струму. Одночасно м’яза є регулятором проходження постійного струму.
Він побудував батарею для виробництва безперервного потоку електричного заряду та навчився (а також навчив інших) розрізняти електричний потенціал (V) і заряд (Q). Теорії цього вченого дозволили створити перше у світі джерело електричного струму, яке й було названо на його честь — «вольтів стовп». Також Вольта створив інший пристрій, який завдяки хімічній енергії виробляв електричний струм, і назвав його «гальванічний елемент».
Вольтів стовп у музеї Вольти Tempio Voltiano.
Вольта демонструє свій винахід Наполеону в Парижі (1800)
У 1808 року великий англійський вчений Гемфрі Деві отримав дугу від батареї з 8000 вольтових стовпів, що займали цілий підвал Королівського хімічного товариства. Він побудував найбільшу в світі акумулятурну батарею.
Це був початок нової епохи – електрики .
Створення джерела електричного струму дало можливість датському вченому–фізику Хансу Кристіану Ерстеду у 1812 р. висловити припущення про вплив електричних сил на магніт. Через вісім років він експериментально виявив дію електричного струму на магнітну стрілку. Цим відкриттям започатксвано нову галузь фізики – електромагнетизм–електродинаміка.
15 лютого 1820 року, під час лекції, Ерстед звернув увагу на стрілку компаса, що відхилялася від свого початкового напрямку, коли електричний струм від батареї вмикався, підтверджуючи прямий зв'язок між електрикою і магнетизмом. Його початкова інтерпретація цього явища була такою, що магнітні ефекти виходять від усіх сторін дроту, який «несе» електричний струм, оскільки створює тепло. Трьома місяцями пізніше він почав інтенсивніші дослідження і скоро змінив свої уявлення, показавши, що електричний струм створює «кругле» магнітне поле, оскільки він протікає через дріт.
Зовнішній вигляд експерименту, який показує дослід Ерстеда
Данський фізик Ганс Крістіан Ерстед виявив прямий зв'язок між електрикою й магнетизмом, і саме це стало поштовхом для подальших експериментів француза Андре-Марі Ампера. Ампер розробив фізико-математичну теорію та винайшов електромагніт і електричний телеграф.
Георг Симон Ом був німецьким фізиком і математиком, який сформулював закон Ома, який описує відношення між електричним струмом, напругою і опором в електричному колі. Він також вивчав теплові ефекти струму, електролітичну дисоціацію, гальванічні елементи, електромагнітну індукцію. Ом був одним з перших, хто використовував вольтметр і амперметр для вимірювання електричних величин.
На початку ХІХ століття доля дала людству Майкла Фарадея.
Майкл Фарадей народився в Лондоні в сім'ї коваля. Навчався в початковій школі і з чотирнадцяти років почав працювати учнем у палітурній майстерні. Після того як він прослухав лекцію Гемфрі Деві, ним оволодіває бажання присвятити себе науці. Наполегливий Фарадей став асистентом знаменитого вченого.
Перший період його діяльності пов’язаний з хімією. Як асистент, визнав Деві, Фарадей працює активно і бадьоро, його дії розумні. Він одержує бензол, який згодом почали використовувати при одержанні багатьох хімічних речовин, вивчив його фізичні і деякі хімічні властивості. Вперше отримав у рідкому стані хлор, потім сірководень, двооксид вуглецю, аміак і діоксид азоту та ін.. Він один із засновників кількісної електрохімії. Популярність набули роботи Фарадея зі спалення газів. Після зустрічі з Ампером і Гей-Люссаком Фарадей остаточно визначився у своєму покликанні – вирішує стати фізиком.
У 1820 р. йому стало відомо про відкриття Ерстедом магнітної дії електричного струму. Фарадей ставить собі зворотнє завдання - перетворити магнетизм у електрику.
Ним вдало здійенено дослідження з обертання магніту навколо провідника зі струмом, а потім – навпаки. Таким чином, Фарадеєм створено лабораторну модель електродвигуна. Восени 1831 р. він провів п’ять дослідів і розкрив таємницю електромагнітної індукції. Авторитет Фарадея як вченого зростає. Після Деві він стає директором Королівського Інституту. В наступні роки Фарадей досконало вивчив відкрите ним явище і встановив закон електромагнітної індукції.
Відкриття Фарадея визначило долю всієї важкої промисловості.
Майкл Фарадей на публічній Різдвяній лекції в 1856.
Першою і важливою галуззю використання електрики став телеграф. Якщо було винайдено засіб передачі сигналів за допомогою електрики на великі відстані, то, природно, вчені шукали вдалих способів передачі усної мови на далеку відстань. У 1876 р. Олександр Белл переселився з Шотландії до США і там винайшов телефон. Вже через декілька років цей винахід використовували в усіх цивілізованих країнах світу
До початку 70–х років ХІХ ст. в більшості европейських країн, США, Японії, Рссії завершився або настав вирішальний етап промислової революції (промислового перевороту). Як і до того, тут використовували різні парові турбіни, водяні двигуни. Але не було ні однієї галузі, в яку не проникла б електрика. Вона все більше почала заявляти про себе. Починаючи з кінця 19 століття, електрика відіграють дедалі більшу роль у виробництві й побуті
У містах з’являється електричне освітлення, будують першу електростанцію в Лондоні, а через кілька місяців — ще одну в Нью-Йорку, першу гідроелектростанцію на Ніагарському водоспаді.
Центральна електростанція Brush Electric Company, що працює на динамо-дугових лампах для громадського освітлення в Нью-Йорку.
Будівництво гідроелектростанції на Ніагарському водоспаді
Перший електричний трамвай
До середини ХХ століття людство опанувало електрику.
Електрика - важлива частина життєдіяльності людини. Рівень її розвитку відображає рівень розвитку продуктивних сил суспільства і можливості науково-технічного прогресу.
Настільки широке поширення електрики пояснюється її специфічними властивостями:
можливістю перетворюватися практично в усі інші види енергії (теплову, механічну, звукову, світлову тощо);
здатністю відносно просто передаватися на значні відстані у великих кількостях;
величезними швидкостями протікання електромагнітних процесів;
здатністю до дроблення енергії і перетворення її параметрів (зміна напруги, частоти).
«Людство потребує електрики, як повітря, а інколи й навпаки»
За досить короткий проміжок часу ми стрибнули від вітряних млинів до сонячних батарей, і навіть складно уявити, що буде далі. Можливо, як у фільмах про фантастичне майбутнє, ми настільки приборкаємо енергію, що зможемо її контролювати силою думки. Або, що більш вірогідно, зробимо нові неймовірні відкриття, які змінять весь наш світ.
Савченко Назар, 9-А
Москаленко Марія, 8-А
Шарова Валерія, 9-А
Page updated
Google Sites
Report abuse