ЗАРАБАТЫВАЙТЕ !!! на глобальных рынках. БЕСПЛАТНАЯ консультация - оставьте свой телефон сейчас

Электричество (Electricity) - это

совокупное существование, действие и взаимодействие электрических зарядов, а именно направленный поток движения заряженных частиц, также электричеством называют электрическую энергию, которую можно обратить в другие виды энергии

Информация об электричестве, история открытия электричества и его функций, электрический ток, виды электрического тока и виды проводников электрического тока, характеристики электрического тока, электрическая энергия, способы получения электрической энергии и способы передачи электрической энергии на расстояние, применение электричества и сферы применения электричества, защита от электричества при работе с ним и в быту

Развернуть содержание

Электричество - это, определение

Электричество - это поток заряженных электронов, а также их действие и взаимодействие, также электричеством называют полезную энергию, получаемую от потока заряженных частиц и освещение, которое получают при применении электрической энергии. Понятие электричества было введено в XVII веке англичанином Уильямом Гилбертом в его труде о действии магнитного компаса и опытах с наэлектризованными телами.

Электричество
Электричество

Электричество - это совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните - Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества.

Действие электричества

Электричество - это направленно движущийся поток заряженных частиц, например электронов. Также электричеством называется энергия, получаемая в результате такого движения заряженных частиц, и освещение, которое получают на основе этой энергии.

Поток частиц
Поток частиц

Электричество - это чрезвычайно полезная форма энергии. Оно легко превращается в другие формы, например в свет или тепло. Его можно без труда передавать по проводам.

Об основах электричества

Электричество - это совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов (в физике).

Электрический заряд
Электрический заряд

Электричество - это раздел физики, изучающий явления, обусловленные существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.

Опыты с электричеством

Электричество - это электрическая энергия, используемая для народнохозяйственных и бытовых целей.

Электрическая энергия
Электрическая энергия

Электричество - это освещение, получаемое благодаря электрической энергии.

Освещение
Освещение

Электричество - это таинственный непостижимый объект, который невидимый и видимый одновременно. Также, это - как материя, так и энергия. Это - вид низкочастотной радиоволны, которая делается из протонов. Это - таинственная сила, которая напоминает сине-белый огонь, и все же она невидима .

Понятие электричества

Электричество - это поток заряженных мельчайших частиц - электронов. В каждом электроне находится небольшой заряд энергии. Но, когда электроны собираются и их становится много, то заряд становится крупным и появляется электрическое напряжение.

Движение электрических зарядов
Движение электрических зарядов

Электричество - это совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.

Взаимодействие зарядов
Взаимодействие зарядов

Электричество - это уникальное явление, вызванное основополагающим свойством материи иметь электрический заряд. Этот термин в основном используется для описания электрической энергии, электрической силы и электричества самого по себе.

Действие электрического заряда
Действие электрического заряда

Этимология термина "электричество"

Слово «электричество» имеет греческие корни и означает янтарь. Уже в древности греческий математик Фалес имел представление об электричестве. Потерев янтарную палочку о шерсть, он как бы заряжал ее статическим электричеством. Поднесенная к голове, эта палочка притягивала волосы.

Этимология слова
Этимология слова

Слово "электричество" происходит от слова от слова "электрон". Электрон происходит от древне -греческого ἤλεκτρον - янтарь.

Янтарь
Янтарь

Электрический ток

Электрический ток - направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Электроток
Электроток

Такими частицами могут являться: в металлах - электроны, в электролитах - ионы (катионы и анионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках - электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля.

Понятие электрического тока
Понятие электрического тока

Электрический ток имеет следующие проявления:

- нагревание проводников (не происходит в сверхпроводниках);

- изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);

- создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников).

Об электрическом токе

  Классификация электрического тока

Различают переменный (англ. alternating current, AC), постоянный (англ. direct current, DC) и пульсирующий электрические токи, а также их всевозможные комбинации. В таких понятиях часто слово «электрический» опускают.

Виды электрического тока
Виды электрического тока
    Электрический ток проводимости

Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрический ток проводимости.

Заряженные частицы
Заряженные частицы

Ток проводимости - это движение заряженных частиц, а такими частицами могут быть электроны и заряженные атомы, то есть атомы, у которых недостает одного или более электронов или, наоборот, имеется избыток электронов. Нейтральные атомы остаются неподвижными под действием электрических сил, а заряженные ускоряются пропорционально их заряду и обратно пропорционально их массе. Эти заряженные атомы называются ионами (по гречески это значит странниками). Атомы с недостачей электронов - ионы положительные, атомы с избытком электронов - ионы отрицательные.

Схема тока проводимости
Схема тока проводимости
    Конвекционный электрический ток

Говоря об электрическом токе и изучая различные сопровождающие его явления, мы постоянно имели в виду движение электричества по проводнику. Но бывают случаи, когда электричество, находясь относительно проводника в покое, движется вместе с этим проводником относительно других тел.

Схема конвекционного тока
Схема конвекционного тока

Так, например, можно зарядить шарик или целый конденсатор и привести их в то или иное движение, тогда и электричество, на них находящееся, тоже будет в движении, т. е. будет образовывать электрический ток. Такой ток, в отличие от гальванического тока в проводниках, носит название конвекционного, или конвективного, тока. Легко видеть, какое различие между током, идущим по проводнику, и конвекционным током.

Заряженный конденсатор
Заряженный конденсатор

В первом случае, при движении электриче­ства по проводнику, между электричеством и материалом проводника появляется сила, аналогичная силе трения; эта сила обнаруживается в виде нагревании проводника. При движении электричества вместе с проводником, конечно, никакого нагревания не получается, ибо эле­ктричество остается на тех же местах проводника, где оно было при покое.

Движение электричества
Движение электричества

Далее, для возникновения электрического тока необходимо, чтобы различные точки проводника были при разных потенциалах; при эле­ктрической конвекции весь проводник, несущий с собой свой заряд, может иметь один и тот же потенциал.

Возникновение электрического тока
Возникновение электрического тока

Наконец, укажем на одно существенное отличие конвекционного тока от гальванического. При движении заряженного проводника окружающее его электрическое поле будет вообще говоря, тоже изменяться, а вместе с тем будет изменяться и расположение зарядов, индуцированных на других проводниках, это видно.

Движение заряженного проводника
Движение заряженного проводника

Итак, конвекционный ток, вообще говоря, сопровождается кондукционными токами в соседних проводниках; эти кондукционные токи могут возникнуть даже и в том случае, если конвекционный ток постоянен по величине и по направлению. Между тем мы знаем, что при постоянном гальваническом токе в соседних проводниках никаких токов не возникает.

Проводники тока
Проводники тока

Относительно кондукционных токов необходимо сделать одно за­мечание. Не нужно думать, что индуцированное в соседних провод­никах электричество всегда следует за индуктирующим. Как распре­деление зарядов, так и распределение кондукционных токов в соседних проводниках будет вообше весьма сложным; для того, чтобы дать об этом некоторое понятие, мы разберем следующий простой случай.

Распределение токов
Распределение токов
    Постоянный электрический ток

Постоянный ток - ток, направление и величина которого не меняются во времени.

Из школьного курса физики каждый человек знает простейшее определение прямого электрического тока, это поток заряженных частиц. Тем не менее, пытаться применить его к бытовым условиям невозможно. Для обывателя такое определение не имеет смысла, поэтому следует в первую очередь рассмотреть его качества.

График постоянного тока
График постоянного тока

Прямой электрический ток в первую очередь сильно отличается тем, что для его движения требуется единственный провод. Многие люди сильно удивятся, ведь во всех квартирах используется только переменный ток.

Что такое постоянный ток?

Прямой электрический ток нужно рассматривать с особым вниманием. Да, в обыденной жизни он встречается нечасто, но работа с ним является одной из самых сложных задач. Дело в том, что удар прямого электрического тока намного опаснее, поэтому сталкиваться с ним не стоит.

Постоянный ток
Постоянный ток

Также стоит отметить тот факт, что для прямого тока требуется единственный кабель, поэтому удар происходит в любом случае. С другой стороны средства защиты не так сложны, ведь они заключаются в полной изоляции человека (резиновая обувь) и специальном инструменте.

Изоляция от тока
Изоляция от тока

Прямой электрический ток встречается только в редких случаях, поэтому с ним всегда работают профессиональные специалисты.

Двигатель постоянного тока
    Переменный электрический ток

Переменный ток - ток, величина и направление которого меняются во времени. В широком смысле под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону.

Что такое постоянный и переменный ток?

В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал).

График переменного тока
График переменного тока

В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.

Что такое переменный ток?
    Квазистационарный электрический ток

Особенностью постоянных токов является то, что они всегда замкнуты, и сила тока одинакова во всех сечениях. Постоянные токи подчиняются закону Ома, создают стационарные магнитные поля, индукция которых вычисляется по закону Био–Савара, сила взаимодействия между постоянными токами определяется по закону Ампера.

Особенность постоянных токов
Особенность постоянных токов

Переменные токи обладают теми же свойствами и подчиняются тем же законам, если они замкнуты и значения силы тока во всех сечениях можно считать постоянными. Такие токи называются квазистационарными. Квазистационарные процессы можно исследовать с помощью законов постоянного тока, если применять эти законы к мгновенным значениям сил токов и напряжений на участках цепи.

Участки электрической цепи
Участки электрической цепи

Переменные токи могут быть квазистационарными при выполнении определенных условий. Поскольку электромагнитное возбуждение, возникающее в источнике электродвижущей силы, распространяется с конечной скоростью, сила переменного тока в различных сечениях неразветвленного проводника будет различной. Однако если время, необходимое для передачи возмущения на расстояние , много меньше периода изменения тока во времени, то мгновенные значения тока во всех сечениях цепи будут практически одинаковы, то есть ток будет квазистационарным.

Таким образом, условие квазистационарности периодически изменяющихся токов может быть записано в виде:

Условие квазистационарности токов
Условие квазистационарности токов

Из-за огромного значения скорости света время установления электрического равновесия в цепи оказывается весьма малым, поэтому к квазистационарным можно отнести многие достаточно быстрые в обычном смысле процессы. Например, быстрые колебания в радиотехнических цепях с частотами порядка миллиона колебаний в секунду и даже выше очень часто еще можно рассматривать как квазистационарные.

Радиотехнические цепи
Радиотехнические цепи

Квазистационарный ток, так же как и постоянный ток, имеет одинаковую силу тока во всех сечениях неразветвлённой цепи. При расчёте цепей квазистационарного тока из-за возникающей э. д. с. индукции ёмкости и индуктивности учитываются как сосредоточенные параметры. Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.

Сечение проводника
Сечение проводника
    Переменный ток высокой частоты

Переменный ток высокой частоты - ток, (начиная с частоты приблизительно в десятки кГц), для которого становятся значимыми такие явления, как излучение электромагнитных волн и скин-эффект. Кроме того, если длина волны переменного тока становится сравнимой с размерами элементов электрической цепи, то нарушается принцип квазистационарности, что требует особых подходов к расчёту и проектированию таких цепей.

График длины волны переменного тока
График длины волны переменного тока

Для получения токов с частотой до нескольких десятков килогерц применяют электромашинные генераторы, состоящие из двух основных частей: ротора и статора. Их обращённые друг к другу поверхности имеют зубцы, взаимное перемещение которых вызывает пульсацию магнитного поля. Частота получаемого таким образом тока равна произведению числа зубцов ротора на частоту его вращения. До 1950-х годов электромашинные радиопередатчики использовались в радиовещании и радиосвязи.

Что такое высокочастотный ток?

Более распространённый способ получения ТВЧ - применение колебательных контуров. Это может быть электрическая цепь, имеющая в своём составе ёмкость индуктивность.

О высокочастотных токах

Для получения сантиметровых и миллиметровых волн (то есть тока с частотой в миллиарды герц), используют приборы с полым колебательным контуром (клистрон,магнетрон, ЛБВ, ЛОВ). В безвоздушном пространстве вблизи раскалённого катода помещают электрод, в котором сделаны одна или несколько полостей, в которые направляется поток электронов.

Магнетрон
Магнетрон

При правильном подборе напряжения электрического поля, направления и мощности потока электронов он группируется в отдельные сгустки. Длина электромагнитной волны, получаемой в полости, приблизительно равна удвоенной длине этой полости.

Пример высокочастотного тока

Токи высокой частоты применяются в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, в металлургии для плавки металлов, а также для получения электромагнитных волн необходимой частоты (радиосвязь, радиолокация).

Электрическая сварка
Электрическая сварка

Токи высокой частоты, как принято считать, безвредны при прохождении через человеческое тело благодаря скин-эффекту. Однако электрическое и магнитное поля, а также электромагнитное излучение, создаваемые в присутствии ТВЧ, вероятно может оказывать вредное воздействие на живые организмы.

Скин-эффект высокочастотных токов
    Пульсирующий электрический ток

Пульсирующий ток - ток, у которого изменяется только величина, а направление остаётся постоянным.

Направление тока
Направление тока

Различные пульсирующие токи отличаются друг от друга формой (если напряжение никогда не уменьшается до нуля), а также длительностью и частотой импульсов (если в некоторые периоды времени ток отсутствует). Пульсирующий ток удобно рассматривать как комбинацию из двух различных токов - постоянного тока и переменного тока. Постоянная составляющая пульсирующего тока может быть названа его средним арифметическим током - Iср. Физический смысл этой величины заключается в том, что она показывает суммарное количество электрического заряда, перенесённого за единицу времени через проводник.

Частота импульсов тока
Частота импульсов тока

Пульсирующие токи используются в различных типах современной техники, например, импульсных блоках питания и использующих аналогичные принципы устройствах (ЭПРА люминесцентных светильников, энергосберегающих лампах), светорегуляторах (диммерах), регуляторах частоты вращения электродвигателей, например, в стиральных машинах, в выпрямителях и т. д.

Люминесцентный светильник
Люминесцентный светильник

В связи с широким внедрением в бытовое использование сложных импульсных устройств, бытовая осветительная сеть, помимо обычного синусоидального тока, стала включать и пульсирующие токи. В связи с этим, при использовании УЗО в быту, рекомендованы УЗО типа A, реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи утечки.

Импульсное устройство
Импульсное устройство
    Вихревые электрические токи

Вихревые токи (токи Фуко) - «замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока», поэтому вихревые токи являются индукционными токами. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры.

Токи Фуко

Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока.

Что такое вихревые токи?

Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют деление магнитопроводов переменного тока на отдельные пластины, изолированные друг от друга и расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, что ограничивает возможные контуры их путей и сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах вместо ферромагнетиков для магнитопроводов применяют магнитодиэлектрики, в которых из-за очень большого сопротивления вихревые токи практически не возникают.

Пример вихревых токов
    Статическое электричество

Статическое электричество возникает из-за того, что два объекта соприкасаясь между собой, имеют разные заряды, отрицательный и положительный. В результате возникает искра. Это воздействует на человека достаточно раздражительным образом, иногда это воздействие очень чувствительно.

Статическое электричество и вода
Статическое электричество и вода

Среди главных причин возникновения электростатического разряда являются ношение одежды из синтетических материалов, хождение по коврам, пляжные тапки, намоченные в соленой морской воде также хорошо аккумулируют заряды.

Статическое электричество и волосы
Статическое электричество и волосы

Отключенные от сети и потребителей различной длины кабеля и проводки также несут в себе заряды. Если помещение хорошо изолировано и в нем используется либо кондиционер, либо нагреватель, а, следовательно, влажность низкая, то риск получить разряд достаточно высок, поэтому следует в таком случае увлажнять помещение.

Что такое статическое электричество

Из всех видов электричества, статическое наименее опасно, но и тут не следует забывать об осторожности, так как искра может воспламенить материалы, которые относятся к легковоспламеняющимся. Например, при соприкосновении с автомобилем не следует забывать, что рядом находится горловина бензобака, и искра вполне может поджечь пары бензина. Тоже самое можно отнести и к канистрам с горючими материалами, бензоколонкам, к утечкам газа.

Искры от статического электричества
Искры от статического электричества

Электростатические процессы очень сложно контролировать, поэтому, что бы избежать неприятного воздействия воспользуйтесь простыми советами:

- прикасайтесь к предметам тыльной стороной руки – это уменьшит негативное воздействие;

- увлажняйте воздух в помещении, увлажняйте ковровые покрытия;

- выходя из автомобиля, сначала возьмитесь за металл, используйте антистатические средства.

Антистатические браслеты
Антистатические браслеты

Чтобы снять заряд с тела, возьмите в руки любой металлический предмет и прикоснитесь к заземленной поверхности (например, радиатор отопления).

Пример статического электричества

  Характеристики электрического тока

Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения заряженных частиц.

Направление электрического тока
Направление электрического тока

Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. За 1 секунду электроны в проводнике перемещаются за счет упорядоченного движения меньше чем на 0,1 мм.

Перемещение частиц в проводнике
Перемещение частиц в проводнике

Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света (скорости распространения фронта электромагнитной волны). То есть то место, где электроны изменяют скорость своего движения после изменения напряжения, перемещается со скоростью распространения электромагнитных колебаний.

Скорость света
Скорость света
    Количество электричества

Действия электрического тока могут быть сильными или слабыми. Сила действия электрического тока зависит от величины заряда, который протекает по цепи за определенную единицу времени. Чем больше электронов переместилось от одного полюса источника к другому, тем больше общий заряд, перенесенный электронами. Такой общий заряд называется количество электричества, проходящее сквозь проводник.

Общий электрический заряд
Общий электрический заряд

От количества электричества зависит, в частности, химическое действие электрического тока, т. е. чем больший заряд прошел через раствор электролита, тем больше вещества осядет на катоде и аноде. В связи с этим количество электричества можно подсчитать, взвесив массу отложившегося на электроде вещества и зная массу и заряд одного иона этого вещества.

Подсчет количества электричества
Подсчет количества электричества

Количество электричества или электрический заряд - это произведение силы тока на время протекания тока.

Формула количества электричества
Формула количества электричества

Единица СИ заряда:

Формула единицы СИ-заряда
Формула единицы СИ-заряда

Если сила тока не постоянна во времени, т.е. то есть функция от времени, то

Формула количества электричества при непостоянной силе тока
Формула количества электричества при непостоянной силе тока
    Сила электрического тока

Электрический ток представляет собой направленное движение электрических зарядов. Величина тока определяется количеством электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Сила тока
Сила тока

Одним количеством электричества, проходящим по проводнику, мы еще не можем полностью охарактеризовать электрический ток. Действительно, количество электричества, равное одному кулону, может проходить по проводнику в течение одного часа, и тоже самое количество электричества может быть пропущено по нему в течение одной секунды.

Что такое сила тока?

Интенсивность электрического тока ко втором случае будет значительно больше, чем в первом, так как то же самое количество электричества проходит в значительно меньший промежуток времени.

Измерение силы тока

Для характеристики интенсивности электрического тока количество электричества, проходящее по проводнику, принято относить к единице времени (секунде). Количество электричества, проходящее по проводнику в одну секунду, называется силой тока. В качестве единицы силы тока в системе принят ампер (а).

О силе тока

Сила тока определяется как отношение количества заряда, прошедшего через какую-то поверхность, ко времени прохождения.

Формула силы тока
Формула силы тока
Обозначения в формуле силы тока
Обозначения в формуле силы тока

Единица измерения силы тока - А (ампер).

Единица измерения силы тока
Единица измерения силы тока

Обычно под поверхностью, через которую прошёл заряд, понимают сечение проводника. В цепях с постоянным током силу тока находят по закону Ома:

Формула Закона Ома
Формула Закона Ома

Где U - напряжение, R - сопротивление проводника. Прибор, которой используется для измерения силы тока, называют амперметром.

Амперметр
Амперметр
    Электрическое напряжение

Мы уже знаем, что электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц - электронов. Это движение создается при помощи электрического поля, которое совершает при этом определенную работу. Это явление называется работой электрического тока.

Работа электрического тока
Работа электрического тока

Для того чтобы переместить больший заряд по электрической цепи за 1 с, электрическое поле должно выполнить большую работу. Исходя из этого, выясняется, что работа электрического тока должна зависеть от силы тока. Но существует и еще одно значение, от которого зависит работа тока. Эту величину называют напряжением.

Измерение электрического напряжения

Напряжение - это отношение работы тока на определенном участке электрической цепи к заряду, протекающему по этому же участку цепи. Работа тока измеряется в джоулях (Дж), заряд - в кулонах (Кл). В связи с этим единицей измерения напряжения станет 1 Дж/Кл. Данную единицу назвали вольтом (В).

Об электрическом напряжении

Для того чтобы в электрической цепи возникло напряжение, нужен источник тока. При разомкнутой цепи напряжение имеется только на клеммах источника тока. Если этот источник тока включить в цепь, напряжение возникнет и на отдельных участках цепи. В связи с этим появится и ток в цепи. То есть коротко можно сказать следующее: если в цепи нет напряжения, нет и тока.

Понятие электрического напряжения

Для того чтобы измерить напряжение, применяют электроизмерительный прибор, называемый вольтметром. Своим внешним видом он напоминает ранее упоминавшийся амперметр, с той лишь разницей, что на шкале вольтметра стоит буква V (вместо А на амперметре). Вольтметр имеет две клеммы, с помощью которых он параллельно включается в электрическую цепь.

Формула электрического напряжения:

Формула напряжения
Формула напряжения
    Электрическое сопротивление

После подключения в электрическую цепь всевозможных проводников и амперметра можно заметить, что при использовании разных проводников амперметр выдает разные показания, т. е. в этом случае сила тока, имеющаяся в электрической цепи, разная.

Понятие электрического сопротивления
Понятие электрического сопротивления

Это явление можно объяснить тем, что разные проводники имеют разное электрическое сопротивление, которое представляет собой физическую величину. В честь немецкого физика ее назвали Омом. Как правило, в физике применяются более крупные единицы: килоом, мегаом и пр.

Что такое электрическое сопротивление?

Сопротивление проводника обычно обозначается буквой R, длина проводника - L, площадь поперечного сечения - S. В этом случае можно сопротивление записать в виде формулы:

Формула электрического напряжения
Формула электрического напряжения

где коэффициент р называется удельным сопротивлением.

Данный коэффициент выражает сопротивление проводника длиною в 1 м при площади поперечного сечения, равной 1 м2.

Удельное сопротивление выражается в :

Формула удельного сопротивления
Формула удельного сопротивления

Поскольку провода, как правило, имеют довольно малое сечение, то обычно их площади выражают в квадратных миллиметрах. В этом случае единицей удельного сопротивления станет :

Единица удельного сопротивления
Единица удельного сопротивления

В нижеприведенной таблице показаны удельные сопротивления некоторых материалов.

Удельное электрическое сопротивление некоторых материалов
Удельное электрическое сопротивление некоторых материалов
    Электрическая емкость

Мы уже знаем, что два изолированных друг от друга проводника могут накапливать электрические заряды. Это явление характеризуется физической величиной, которую назвали электрической емкостью.

Определение электрической емкости
Определение электрической емкости

Электрическая емкость двух проводников - не что иное, как отношение заряда одного из них к разности потенциалов между этим проводником и соседним. Чем меньше будет напряжение при получении заряда проводниками, тем больше их емкость.

Что такое электрическая емкость?

За единицу электрической емкости принимают фарад (Ф). На практике используются доли данной единицы: микрофарад (мкФ) и пикофарад (пФ).

Измерение электрической емкости

Для одиночного проводника ёмкость равна отношению заряда проводника к его потенциалу в предположении, что все другие проводники бесконечно удалены и что потенциал бесконечно удалённой точки принят равным нулю. В математической форме данное определение имеет вид:

Формула емкости для одиночного проводника
Формула емкости для одиночного проводника

Ёмкость определяется геометрическими размерами и формой проводника и электрическими свойствами окружающей среды (её диэлектрической проницаемостью) и не зависит от материала проводника. К примеру, ёмкость проводящего шара (или сферы) радиуса R равна (в системе СИ):

Формула емкости сферы
Формула емкости сферы
    Мощность электрического тока

Обычно, когда люди говорят о мощности, они подразумевают некую «силу», которой обладает тот или иной предмет (мощный электродвигатель) либо действие (мощный взрыв). Но как мы знаем из школьной физики, сила и мощность - это разные понятия, но зависимость у них есть.

Мощность тока
Мощность тока

Первоначально мощность (N), это характеристика, относящаяся к определённому событию (действию), а если оно привязано к некоторому предмету, то с ним также условно соотносят понятие мощности. Любое физическое действие подразумевает воздействие силы. Сила (F), с помощью которой был пройден определённый путь (S) будет равняться совершенной работе (А). Ну, а работа, проделанная за определённое время (t) и будет приравниваться к мощности.

Определение мощности тока

Мощность - это физическая величина, которая равна отношению совершенной работы, что выполняется за некоторый промежуток времени, к этому же промежутку времени. Поскольку работа является мерой изменения энергии, то ещё можно сказать так: мощность - это скорость преобразования энергии системы.

Формулы мощности электрического тока
Формулы мощности электрического тока
    Частота электрического тока

Понятие частоты относится к переменному току, периодически изменяющему силу и/или направление. Сюда же относится наиболее часто применяемый ток, изменяющийся по синусоидальному закону.

Частота тока
Частота тока

Период переменного тока - наименьший промежуток времени (выраженный в секундах), через который изменения силы тока (и напряжения) повторяются. Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частота. Частота измеряется в герцах, один герц (Гц) соответствует одному периоду в секунду.

Регулирование частоты тока

В большинстве стран в электротехнике применяются частоты 50 или 60 Гц (60 Гц - этот вариант принят в США и Канаде). В некоторых странах, например, в Японии, используются оба стандарта.

Стандарты частоты тока
Стандарты частоты тока

Частота 16 ⅔ Гц до сих пор используется в некоторых европейских железнодорожных сетях (Австрия, Германия, Норвегия, Швеция и Швейцария), частота 25 Гц - на старых железнодорожных линиях США.

Частота и емкость тока

В авиации и военной технике для снижения массы устройств или с целью повышения частоты вращения электродвигателей переменного тока применяется частота 400 Гц.

Военная техника
Военная техника

  Основные типы проводников электричества

В отличие от диэлектриков в проводниках имеются свободные носители нескомпенсированных зарядов, которые под действием силы, как правило разности электрических потенциалов, приходят в движение и создают электрический ток. Вольтамперная характеристика (зависимость силы тока от напряжения) является важнейшей характеристикой проводника. Для металлических проводников и электролитов она имеет простейший вид: сила тока прямо пропорциональна напряжению (закон Ома).

Что такое проводники и полупроводники?
    Металлы как проводник электричества

Металлы - здесь носителями тока являются электроны проводимости, которые принято рассматривать как электронный газ, отчётливо проявляющий квантовые свойства вырожденного газа.

Металлические проводники
Металлические проводники
    Плазма как проводник электричества

Плазма - ионизированный газ. Электрический заряд переносится ионами (положительными и отрицательными) и свободными электронами, которые образуются под действием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского и других) и (или) нагревания.

Плазменные проводники
Плазменные проводники
    Электролиты как проводник электричества

Электролиты - «жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение электрического тока». Ионы образуются в процессе электролитической диссоциации.

Электролиты
Электролиты

При нагревании сопротивление электролитов падает из-за увеличения числа молекул, разложившихся на ионы. В результате прохождения тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются, оседая на них. Законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, выделившегося на электродах.

Существует также электрический ток электронов в вакууме, который используется в электронно-лучевых приборах.

Электрический ток в вакууме
Электрический ток в вакууме

Теория электричества

Электрический заряд - это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся, прежде всего, в способности создавать вокруг себя электрическое поле и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела.

Электрическое поле
Электрическое поле

Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (выбор, какой именно заряд назвать положительным, а какой отрицательным, считается в науке чисто условным, однако этот выбор уже исторически сделан и теперь - хоть и условно - за каждым из зарядов закреплен вполне определенный знак).

Электрические заряды
Электрические заряды

Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные - притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют, таким образом, место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм) (Эрстед, Фарадей, Максвелл).

Движение заряженных тел
Движение заряженных тел

В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, электрон имеет отрицательный заряд, а протон и позитрон - положительный.

Элементарные частицы
Элементарные частицы

Наиболее общая фундаментальная наука, изучающая электрические заряды, их взаимодействие и поля, ими порождаемые и действующие на них (то есть практически полностью покрывающая тему электричества, за исключением таких деталей, как электрические свойства конкретных веществ, как то электропроводность (и т. п.) - это электродинамика.

Взаимодействие электрических зарядов
Взаимодействие электрических зарядов

Квантовые свойства электромагнитных полей, заряженных частиц (и т. п.) изучаются наиболее глубоко квантовой электродинамикой, хотя часть из них может быть объяснена более простыми квантовыми теориями.

Квантовые теории
Квантовые теории

Электрическое поле

Электрическое поле - одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Воздействие электрического поля
Воздействие электрического поля

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряжённость электрического поля - векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Об электрическом поле

В классической физике, применимой при рассмотрении крупномасштабных (больше размера атома) взаимодействий, электрическое поле рассматривается как одна из составляющих единого электромагнитного поля и проявление электромагнитного взаимодействия. В квантовой электродинамике - это компонент электрослабого взаимодействия.

Электромагнитное поле
Электромагнитное поле

В классической физике система уравнений Максвелла описывает взаимодействие электрического поля, магнитного поля и воздействие зарядов на эту систему полей.

Уравнения Максвелла
Уравнения Максвелла

Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные относительно наблюдателя электрически заряженные тела или частицы. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле (вторая составляющая силы Лоренца).

Электрически заряженные частицы
Электрически заряженные частицы

Электрическая энергия

Электроэнергия - энергия, передаваемая электрическим током, физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы).

Электроэнергия
Электроэнергия

Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электрический ток.

Параметры электрического тока
Параметры электрического тока

Электрическая энергия является также товаром, который приобретают участники оптового рынка (энергосбытовые компании и крупные потребители-участники опта) у генерирующих компаний, а участники розничного рынка у энергосбытовых компаний.

Электроэнергия как товар
Электроэнергия как товар

Цена на электрическую энергию выражается в рублях и копейках за потребленный киловатт-час (коп/кВт·ч, руб/кВт·ч) либо в рублях за тысячу киловатт-часов (руб/тыс кВт·ч). Последнее выражение цены используется обычно на оптовом рынке.

Цены на электроэнергию
Цены на электроэнергию

Электрическая энергия(электроэнергия): Способность электромагнитного поля совершать работу под действием приложенного напряжения в технологическом процессе её производства, передачи, распределения и потребления.

Понятие электрической энергии
Понятие электрической энергии

  Мировое производство электроэнергии

Динамика мирового производства электроэнергии (Год - миллиард кВт*час):

Динамика производства электроэнергии
Динамика производства электроэнергии
Производство электроэнергии
Производство электроэнергии

Крупнейшими в мире странами-производителями электроэнергии являются вырабатывающие по 20 % от мирового производства США, Китай и уступающие им в 4 раза Япония, Россия, Индия.

Производители электроэнергии
Производители электроэнергии

На 2012 год Китай занимает лидирующее место по годовому объему выработки электроэнергии (4,8 трлн кВт⋅ч) и второе место в мире по генерирующей мощности энергоблоков (1,06 миллиард кВт).

Выработка электроэнергии
Выработка электроэнергии

  Производство электроэнергии промышленным способом

В эпоху индустриализации подавляющий объем электроэнергии вырабатывается промышленным способом на электростанциях.

Промышленная выработка электроэнергии
Промышленная выработка электроэнергии

В последнее время, в связи с экологическими проблемами, дефицитом ископаемого топлива и его неравномерным географическим распределением, становится целесообразным вырабатывать электроэнергию используя ветроэнергетические установки, солнечные батареи, малые газогенераторы.

Альтернативные источники энергии
Альтернативные источники энергии

В некоторых государствах, например в Германии, приняты специальные программы, поощряющие инвестиции в производство электроэнергии домохозяйствами.

Производство электричества
Производство электричества

Данный список стран по производству электроэнергии основан на оценках Статистического обзора мировой энергетики, опубликованных в 2015 году BP по состоянию на 2014 год, в 2014 году BP по состоянию на 2013 год или (если не указан иной источник) на оценках ЦРУ США, опубликованных во Всемирной книге фактов. Указана годовая выработка электроэнергии.

Список стран по производству электроэнергии
Список стран по производству электроэнергии

Электричество в природе

Какое-то время считалось, что электричество в природе не существует. Однако после того как Б.Франклин установил, что молнии имеют электрическую природу возникновения, это мнение перестало существовать.

Проявление электричества в природе

  Молнии как проявление электричества

Ярким проявлением электричества в природе служат молнии, электрическая природа которых была установлена в XVIII веке. Молнии издавна вызывали лесные пожары. По одной из версий, именно молнии привели к первоначальному синтезу аминокислот и появлению жизни на земле (Эксперимент Миллера - Юри и Теория Опарина - Холдейна).

Молнии
Молнии

Атмосфера Земли представляет собой гигантский конденсатор, нижняя обкладка которого (земная поверхность) заряжена отрицательно, а верхняя обкладка (верхние слои атмосферы до высоты 50 км) положительно. Разность потенциалов между поверхностью Земли и верхними слоями атмосферы составляет 400 кВ, вблизи поверхности Земли существует постоянное электрическое поле напряженностью 100 В/м. Отрицательный заряд земной поверхности поддерживается молниями.

Пример молнии

  Нервные импульсы как проявление электричества

Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды.

Клеточная мембрана
Клеточная мембрана

После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 - 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению.

Нервный импульс

Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс.

Нервные импульсы
Нервные импульсы

Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия.

Передача нервного импульса

  Электричество у рыб

Некоторые виды рыб использую электричество, а точнее электрические разряды для защиты от врагов, поиска пищи под водой и её добывания. Такими рыбами являются: угри, миноги, электрические скаты и даже некоторые акулы.

Электрический скат
Электрический скат

Все эти рыбы имеют специальный электрический орган, который работает по принципу конденсатора, то есть накапливает достаточно большой электрический заряд, а затем разряжает его на жертву, прикоснувшуюся к такой рыбе. Также такой орган работает с частотой в несколько сотен герц и имеет напряжение несколько вольт.

Электрический угорь

Сила тока электрического органа рыб меняется с возрастом: чем старше становится рыба, тем сила тока больше. Также благодаря электрическому току рыбы, обитающие на большой глубине, ориентируются в воде. Электрическое поле искажается под действие предметов, находящихся в воде. А эти искажения и помогают рыбам ориентироваться.

Об электрическом скате

Производство электричества

Ранние эксперименты эпохи античности, такие, как опыты Фалеса с янтарными палочками, были фактически первыми попытками изучения вопросов, связанных с производством электрической энергии. Этот метод в настоящее время известен как трибоэлектрический эффект, и хотя с его помощью можно притягивать легкие предметы и порождать искры, в сущности он чрезвычайно малоэффективен.

Трибоэлектрический эффект
Трибоэлектрический эффект

Функциональный источник электричества появился только в XVIII веке, когда было изобретено первое устройство для его получения - вольтов столб. Он и его современный вариант, электрическая батарея, являются химическими источниками электрического тока - в основе их работы лежит взаимодействие веществ в электролите.

Устройство вольтов столб
Устройство вольтов столб

Батарея дает возможность получить электричество в случае необходимости, является многофункциональным и широко распространенным источником питания, который хорошо подходит для применения в различных условиях и ситуациях, однако её запас энергии конечен, и после истощения последнего батарея нуждается в замене или перезарядке.

Электрическая батарея
Электрическая батарея

Для удовлетворения более существенных потребностей в большем её объёме электрическая энергия должна непрерывно генерироваться и передаваться по линиям электропередач.

Линия электропередач
Линия электропередач

Обычно для её порождения применяются электромеханические генераторы, приводимые в действие либо за счет сжигания ископаемого топлива, либо с использованием энергии от ядерных реакций, либо посредством силы воздушных или водных течений.

Электромеханический генератор
Электромеханический генератор
Что такое электромеханический генератор?

Современная паровая турбина, изобретенная Ч. Парсонсом в 1884 году, в настоящее время генерирует примерно 80 % всего электричества в мире, используя те или иные источники нагрева.

Паровая турбина
Паровая турбина
Что такое паровая турбина?

Эти устройства более не напоминают униполярный дисковый генератор Фарадея, созданный им в 1831 году, однако в их основе по-прежнему лежит открытый им принцип электромагнитной индукции - возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электромагнитная индукция

Ближе к концу XIX века был изобретен трансформатор, что позволило более эффективно передавать электроэнергию при более высоком напряжении и меньшей силе тока.

Трансформатор
Трансформатор
Что такое трансформатор?

В свою очередь, эффективность передачи энергии обусловливала возможность генерировать электричество на централизованных электростанциях с выгодой для последних и затем перенаправлять его на довольно протяженные дистанции к конечным потребителям.

Генерация электричества
Генерация электричества

Для получения электричества были специально созданы электростанции. На электростанциях при помощи генераторов, создается электроэнергия, которая после передается в места потребления по линиям электропередач.

Электростанция
Электростанция

Генерация электроэнергии - это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями. В настоящее время существуют следующие виды генерации.

Преобразование энергии
Преобразование энергии

  Тепловая электроэнергетика

В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:

- конденсационные (КЭС, также используется старая аббревиатура ГРЭС);

- теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции.

Схема тепловой электростанции
Схема тепловой электростанции

КЭС и ТЭЦ имеют схожие технологические процессы. В обоих случаях имеется котёл, в котором сжигается топливо и за счёт выделяемого тепла нагревается пар под давлением. Далее нагретый пар подаётся в паровую турбину, где его тепловая энергия преобразуется в энергию вращения. Вал турбины вращает ротор электрогенератора - таким образом энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая подаётся в сеть. Принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения.

Тепловая электростанция

  Ядерная электроэнергетика

К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, так как, в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе.

Атомная электростанция
Атомная электростанция

Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: пар нагревается в реакторе, поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке, хотя отдельные эксперименты в этом направлении проводились;

Работа атомной электростанции

  Гидроэнергетика

К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности (т. н. верхний и нижний бьеф).

Гидроэлектростанция
Гидроэлектростанция

Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС).

Работа гидроэлектростанции

Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы.

Бурейская ГЭС
Бурейская ГЭС

В последнее время исследования показали, что мощность морских течений на много порядков превышает мощность всех рек мира. В связи с этим ведётся создание опытных морских гидроэлектростанций.

Самая большая гидроэлектростанция

  Альтернативная энергетика

К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются.

Получение атмосферного электричества
    Ветроэнергетика

Ветроэнергетика - отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Ветрогенераторы
Ветрогенераторы

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. К началу 2015 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 369 гигаватт. В 2014 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 706тераватт-часов (3 % всей произведённой человечеством электрической энергии).

Ветрогенераторы

Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2014 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 39 % всего электричества; в Португалии - 27 %; в Никарагуа - 21 %; в Испании - 20 %; Ирландии - 19 %; в Германии - 8 %; в ЕС - 7,5 %. В 2014 году 85 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. По итогам 2014 года в ветроэнергетике занято более 800 000 человек во всем мире (в том числе 356 000 в Китае и 138 000 в Германии).

Использование электроэнергетики
Использование электроэнергетики

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики.

Ветряная электростанция
Ветряная электростанция

В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

Работа ветряной электростанции
    Гелиоэнергетика

Гелиоэнергетика - направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемые источники энергии и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Солнечная электростанция
Солнечная электростанция

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) - 1020 Вт/м².

Работа солнечной электростанции

Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в π раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.

Поток солнечного излучения
Поток солнечного излучения

Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения - уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.

Самая большая солнечная электростанция России

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

- фотовольтаика - получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;

Фотовольтаика
Фотовольтаика

- гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах). В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять солнечные системы концентрирующего типа (CSP - Concentrated solar power). В этих установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч солнца. Этот луч солнца используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости, которая расходуется для электрогенерации по аналогии с обычными ТЭЦ или накапливается для сохранения энергии. Преобразование солнечной энергии в электричество осуществляется с помощью тепловых машин;

Гелиотермальная энергетика
Гелиотермальная энергетика

- термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор);

Термовоздушные электростанции
Термовоздушные электростанции

- солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество - запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Солнечные аэростатные электростанции
Солнечные аэростатные электростанции

Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время.

Электроэнергия от солнца
    Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика - использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. По сути геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла.

Геотермальная электростанция
Геотермальная электростанция

Геотермальная энергия - это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 °C каждые 36 метров. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

Камчатская геотермальная электростанция

По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650 °C. Скорость остывания Земли примерно равна 300 - 350 °C в миллиард лет. Земля выделяет 42·1012 Вт тепла, из которых 2 % поглощается в коре и 98 % - в мантии и ядре.

Температура в центре Земли
Температура в центре Земли

Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое выделяется слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2 %) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

О геотермальной энергии

Существует несколько способов получения энергии на ГеоТЭС:

- прямая схема: пар направляется по трубам в турбины, соединённые с электрогенераторами;

- непрямая схема: аналогична прямой схеме, но перед попаданием в трубы пар очищают от газов, вызывающих разрушение труб;

- смешанная схема: аналогична прямой схеме, но после конденсации из воды удаляют не растворившиеся в ней газы;

- бинарная схема: в качестве рабочего тела используется не термальная вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения. Термальная вода пропускается через теплообменник, где образуется пар другой жидкости, используемый для вращения турбины.

Получение энергии на ГеоТЭС
Получение энергии на ГеоТЭС

Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где естественные источники тепла наиболее доступны.

О геотермальных электростанциях
    Водородная энергетика

Водородная энергетика - использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода).

Водородная электростанция
Водородная электростанция

Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах. На самом деле, водород - всего лишь носитель энергии, и никак не снимает проблемы добычи этой энергии.

Разновидность водородной электростанции
Разновидность водородной электростанции

К концу 2006 года во всём мире было установлено более 800 стационарных энергетических установок на топливных элементах мощностью более 10 кВт. Их суммарная мощность - около 100 МВт. За 2006 год построено более 50 установок суммарной мощностью более 18 МВт.

Водородная электростанция в Фусине
Водородная электростанция в Фусине
    Приливная энергетика

Приливная энергетика использует энергию морских приливов. Распространению этого вида электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы были бы достаточно сильны и постоянны.

Морской прилив
Морской прилив

Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды на Чёрном море в прилив и отлив минимальны.

Побережье Черного моря
Побережье Черного моря

Приливная электростанция (ПЭС) - особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.

Приливная электростанци
Приливная электростанци

Существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что может привести к негативным экологическим последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли кинетическая энергия ее вращения (~1029 Дж) настолько велика, что работа приливных станций суммарной мощностью 1000 ГВт будет увеличивать длительность суток лишь на ~10-14 секунды в год, что на 9 порядков меньше естественного приливного торможения (~2·10-5 с в год).

Приливная электростанция в Ирландии

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Работа приливной электростанции
Работа приливной электростанции

В СССР (России) c 1968 года действует экспериментальная Кислогубская ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляла 1,7 МВт.

Кислогубская приливная электростанция
Кислогубская приливная электростанция

На этапе проектирования находится Северная ПЭС в губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове мощностью 12 МВт.

Северная ПЭС
Северная ПЭС

В советское время также были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире - проектная мощность 87 ГВт.

Работа Кислогубской ПЭС

Существуют ПЭС и за рубежом - во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах. ПЭС «Ля Ранс», построенная в эстуарии реки Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, ее длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Сен-Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт.

Приливная электростанция Ла Ранс
Приливная электростанция Ла Ранс

Другие известные станции: южнокорейская Сихвинская ПЭС (мощность 254 МВт), британская СиДжен, канадская ПЭС Аннаполис и норвежская ПЭС Хаммерфест.

Сихвинская ПЭС в Южной Корее
Сихвинская ПЭС в Южной Корее

Преимуществами ПЭС являются экологичность и низкая цена без наценки производства энергии. Недостатками - высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов.

Работа приливных электростанций
    Волновая энергетика

Волновая энергетика при внимательном рассмотрении может оказаться наиболее перспективной. Волны представляют собой сконцентрированную энергию того же солнечного излучения и ветра. Мощность волнения в разных местах может превышать 100 кВт на погонный метр волнового фронта.

Волновая электростанция в районе г. Агусадор
Волновая электростанция в районе г. Агусадор

Волнение есть практически всегда, даже в штиль ("мёртвая зыбь"). На Чёрном море средняя мощность волнения примерно 15 кВт/м. Северные моря России - до 100 кВт/м. Использование волн может обеспечить энергией морские и прибрежные поселения. Волны могут приводить в движение суда. Мощность средней качки судна в несколько раз превышает мощность его силовой установки. Но пока волновые электростанции не вышли за рамки единичных опытных образцов.

Работа волновой электростанции

Поскольку электроэнергию затруднительно хранить в таких количествах, которые были бы достаточны в масштабах государства, необходимо соблюдать баланс: генерировать ровно столько электричества, сколько потребляется пользователями.

Волновая электростанция
Волновая электростанция

Для этого энергетическим компаниям необходимо тщательно прогнозировать нагрузку и постоянно координировать производственный процесс со своими электростанциями. Некоторое количество мощностей при этом держится в резерве, чтобы в случае возникновения тех или иных проблем или потерь энергии подстраховывать электросети.

Принцип работы волновой электростанции

По мере того, как идет модернизация и развивается экономика того или иного государства, спрос на электричество быстро возрастает. В частности, для Соединенных Штатов этот показатель составил 12 % роста в год на протяжении первой трети XX века, а в настоящее время аналогичный прогресс наблюдается у таких интенсивно развивающихся экономик, как Китай и Индия.

Волновая электростанция Oceanlinx
Волновая электростанция Oceanlinx

Исторически рост потребности в электричестве опережает аналогичные показатели для других видов энергоносителей. Следует также заметить, что беспокойство по поводу влияния производств электроэнергии на окружающую среду привело к сосредоточению внимания на генерировании электричества посредством возобновляемых источников - в особенности за счет энергии ветра и воды.

Рынок волновой энергетики

Передача и распределение электрической энергии

Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям.

Электрические сети
Электрические сети

  Электрические сети

Электросетевое хозяйство - естественно-монопольный сектор электроэнергетики: потребитель может выбирать, у кого покупать электроэнергию (то есть энергосбытовую компанию), энергосбытовая компания может выбирать среди оптовых поставщиков (производителей электроэнергии), однако сеть, по которой поставляется электроэнергия, как правило, одна, и потребитель технически не может выбирать электросетевую компанию.

Электросетевое хозяйство
Электросетевое хозяйство

С технической точки зрения, электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях.

Электрическая подстанция
Электрическая подстанция

Линии электропередачи представляют собой металлический проводник, по которому проходит электрический ток. В настоящее время практически повсеместно используется переменный ток. Электроснабжение в подавляющем большинстве случаев - трёхфазное, поэтому линия электропередачи, как правило, состоит из трёх фаз, каждая из которых может включать в себя несколько проводов. Конструктивно линии электропередачи делятся на воздушные и кабельные.

Электроснабжение
Электроснабжение

Воздушные линии (ВЛ) подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты.

Передача электроэнергии

Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными кабельными линиями): не требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён визуальный контроль состояния линии.

Ремонт электрической сети
Ремонт электрической сети

Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков:

- широкая полоса отчуждения: в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо сооружения и сажать деревья; при прохождении линии через лес, деревья по всей ширине полосы отчуждения вырубаются;

Полоса отчуждения электрической сети
Полоса отчуждения электрической сети

- незащищённость от внешнего воздействия, например, падения деревьев на линию и воровства проводов; несмотря на устройства грозозащиты, воздушные линии также страдают от ударов молнии. По причине уязвимости, на одной воздушной линии часто оборудуют две цепи: основную и резервную;

Обрыв электрической сети
Обрыв электрической сети

- эстетическая непривлекательность; это одна из причин практически повсеместного перехода на кабельный способ электропередачи в городской черте.

Эстетическая непривлекательность электрической сети
Эстетическая непривлекательность электрической сети

  Кабельные линии электропередачи

Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три токопроводящие жилы (по числу фаз).

Кабельные линии
Кабельные линии

Кабели имеют как внешнюю, так и междужильную изоляцию. Обычно в качестве изолятора выступает трансформаторное масло в жидком виде, или промасленная бумага. Токопроводящая сердцевина кабеля, как правило, защищается стальной бронёй. С внешней стороны кабель покрывается битумом.

Изоляция кабеля
Изоляция кабеля

Бывают коллекторные и бесколлекторные кабельные линии. В первом случае кабель прокладывается в подземных бетонных каналах - коллекторах. Через определённые промежутки на линии оборудуются выходы на поверхность в виде люков - для удобства проникновения ремонтных бригад в коллектор.

Коллекторная кабельная линия
Коллекторная кабельная линия

Бесколлекторные кабельные линии прокладываются непосредственно в грунте. Бесколлекторные линии существенно дешевле коллекторных при строительстве, однако их эксплуатация более затратна в связи с недоступностью кабеля.

Бесколлекторная кабельная линия
Бесколлекторная кабельная линия

Главным достоинством кабельных линий электропередачи (по сравнению с воздушными) является отсутствие широкой полосы отчуждения. При условии достаточно глубокого заложения, различные сооружения (в том числе жилые) могут строиться непосредственно над коллекторной линией.

Закладка кабеля
Закладка кабеля

В случае бесколлекторного заложения строительство возможно в непосредственной близости от линии. Кабельные линии не портят своим видом городской пейзаж, они гораздо лучше воздушных защищены от внешнего воздействия.

Защита кабельной линии
Защита кабельной линии

К недостаткам кабельных линий электропередачи можно отнести высокую стоимость строительства и последующей эксплуатации: даже в случае бесколлекторной укладки сметная стоимость погонного метра кабельной линии в разы выше, чем стоимость воздушной линии того же класса напряжения.

Эксплуатация кабельной линии
Эксплуатация кабельной линии

Кабельные линии менее доступны для визуального наблюдения их состояния (а в случае бесколлекторной укладки - вообще недоступны), что также является существенным эксплуатационным недостатком.

Труднодоступность кабельных линий
Труднодоступность кабельных линий

Применение электричества

Электрическая энергия долгое время была лишь объектом экспериментов и не имела практического применения. Первые попытки полезного использования электричества были предприняты во второй половине XIX века, основными направлениями использования были недавно изобретённый телеграф, гальванотехника, военная техника (например были попытки создания судов и самоходных машин с электрическими двигателями; разрабатывались мины с электрическим взрывателем).

Использование электричества
Использование электричества

  Использование электричества как носителя энергии

Электроэнергия преобразуется в другой вид энергии:

- получения механической энергии во всевозможных электродвигателях;

Электродвигатели
Электродвигатели

- получения тепловой энергии в нагревательных приборах, электропечах, при электросварке;

Нагревательные приборы
Нагревательные приборы

- получения световой энергии в осветительных и сигнальных приборах;

Осветительные приборы
Осветительные приборы

- возбуждения электромагнитных колебаний высокой частоты, сверхвысокой частоты и радиоволн;

Электромагнитные колебания
Электромагнитные колебания

- получения звука;

Получение звука
Получение звука

- получения различных веществ путём электролиза, зарядка электрических аккумуляторов. Здесь электромагнитная энергия превращается в химическую;

Электрический аккумулятор
Электрический аккумулятор

- создания магнитного поля (в электромагнитах).

Электромагнит
Электромагнит
    Использование электромагнитных колебаний

На применении электромагнитных колебаний основана работа электромоторов, электрические лампы в наших квартирах и на улице, холодильник и пылесос работают, используя энергию электромагнитных колебаний.

СВЧ-печь
СВЧ-печь

Электромагнитные колебания лежат в основе работы всей электронной аппаратуры, работающей с информацией, принимая, передавая или обрабатывая ее. Это связь, теле- и радиовещание, Интернет, поэтому важно изучить механизм протекания колебаний.

Теле- и радиовещание
Теле- и радиовещание
    Электрическое освещение

Одним из первых общедоступных способов применения электричества было освещение; условия для этого оказались созданы после изобретения лампы накаливания в 1870-х годах. Создателем лампы накаливания является русский электротехник А.Н. Лодыгин. Первая лампа накаливания представляла собой замкнутый сосуд без воздуха с угольным стержнем.

О лампах накаливания

Источниками электричества поначалу служили гальванические элементы. Существенным прорывом в массовом распространении электроэнергии стало изобретение электромашинных источников электрической энергии - генераторов. По сравнению с гальваническими элементами, генераторы обладали бо́льшей мощностью и ресурсом полезного использования, были существенно дешевле и позволяли произвольно задавать параметры вырабатываемого тока.

Гальванический элемент
Гальванический элемент

Именно с появлением генераторов стали появляться первые электрические станции и сети (до того источники энергии были непосредственно в местах её потребления) - электроэнергетика становилась отдельной отраслью промышленности.

Генератор электричества
Генератор электричества

Первой в истории линией электропередачи (в современном понимании) стала линия Лауфен - Франкфурт, заработавшая в 1891 году. Протяжённость линии составляла 170 км, напряжение 28,3 кВ, передаваемая мощность 220 кВт.

Линия электропередачи
Линия электропередачи

В то время электрическая энергия использовалась в основном для освещения в крупных городах. Электрические компании состояли в серьёзной конкуренции с газовыми: электрическое освещение превосходило газовое по ряду технических параметров, но было в то время существенно дороже.

История электрического освещения

С усовершенствованием электротехнического оборудования и увеличением КПД генераторов, стоимость электрической энергии снижалась, и в конце концов электрическое освещение полностью вытеснило газовое.

Развитие электрического освещения
Развитие электрического освещения
    Получение звука при помощи электричества

Важнейшим эволюционным этапом на всем протяжении истории несомненно является овладение электричеством. И, подобно тому как эдисонова лампочка пролила свет в буквальном смысле, получение звука от электрического тока осветило темную область звуковых явлений и дало возможность строить наблюдение и изучение звуковых феноменов до сего времени бывших либо эмпирически неосуществимыми, либо не поддававшихся контролю и измерению.

Получение звука от электричества
Получение звука от электричества

Первое использование электрической энергии в области музыки относится к 1876 году, когда таковая была применена к органному механизму Баркером (для приведения в действие мехов). Вслед за этим, электричеством стали пользоваться для автоматических пианино, органов, оркестрионов и наконец виктрол (электрических граммофонов). Однако, получение звука от электрического тока и производство инструментов, построенных на этом принципе, приобретает совершенно исключительное значение, направляя искусство музыки в целом в совершенно новое русло и открывая невероятно заманчивые перспективы для его развития в будущем.

Электрический граммофон
Электрический граммофон

Получение звука от электрических колебаний заключает в себе неограниченные возможности в отношении тембра и характера звука, в отношении высоты, силы и длительности. Термен, уделяя большое внимание музыке будущего, ведет также экспериментальную и теоретически-спекулятивную работу в области классификации тембров, систем натурального строя, создании научной базы для теории музыки будущего, а также в области реформы способов фиксации музыкальных произведений на бумаге.

Получение звука от электрических колебаний
Получение звука от электрических колебаний
    Электрическая техника

Попутно появлялись новые сферы применения электрической энергии: совершенствовались электрические подъёмники, насосы и электродвигатели.

Электрический подъемник
Электрический подъемник

Важным этапом стало изобретение электрического трамвая - трамвайные системы являлись крупными потребителями электрической энергии и стимулировали наращивание мощностей электрических станций. Во многих городах первые электрические станции строились вместе с трамвайными системами.

Электрический трамвай
Электрический трамвай

Начало XX века было отмечено так называемой «войной токов» - противостоянием промышленных производителей постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток имели как достоинства, так и недостатки в использовании.

Электрические токи
Электрические токи

Решающим фактором стала возможность передачи на большие расстояния - передача переменного тока реализовывалась проще и дешевле, что обусловило его победу в этой «войне»: в настоящее время переменный ток используется почти повсеместно.

Передача электроэнергии на расстояние
Передача электроэнергии на расстояние

Использование электричества обеспечивает довольно удобный способ передачи энергии, и в силу этого оно было адаптировано для существенного и по сей день растущего спектра практических приложений.

Практическое применение электричества
Практическое применение электричества

Хотя с электрификацией были сопряжены свои риски, замена открытого огня на электрическое освещение в значительной степени сократило количество возгораний в быту и на производстве.

Возгорания в быту
Возгорания в быту
    Использование тепловой энергии электричества

Когенерация (название образовано от слов Комбинированная генерация электроэнергии и тепла) - процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. В советской технической литературе распространён термин теплофикация - централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства электроэнергии и тепла на теплоэлектроцентралях. Отличием от теплофикации является утилизация тепла после получения электроэнергии (фактически использование вторичного энергоресурса - тепла после отработки в установках по производству электроэнергии).

Схема когенерационной установки
Схема когенерационной установки

При теплофикации процесс выработки электроэнергии и тепла идет параллельно. Когенерация широко используется в энергетике, например на ТЭЦ (теплоэлектроцентралях), где рабочее тепло после использования в выработке электроэнергии применяется для нужд теплоснабжения. Тем самым значительно повышается КИТТ - до 90 % и даже выше.

Когенерация электрической энергии

Смысл когенерации в том, что при прямой выработке электрической энергии создаётся возможность утилизировать попутное тепло.

Выработка электрической энергии
Выработка электрической энергии

Дальнейшим развитием когенерации является тригенерация, в которой тепло также используется для создания холода, например для использования в системах кондиционирования воздуха.

Система кондиционирования воздуха
Система кондиционирования воздуха

Когенерационные установки (когенераторы) широко используются в малой энергетике (мини-ТЭЦ, MicroCHP). И для этого есть следующие предпосылки:

- тепло используется непосредственно в месте получения, что обходится дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;

Использование тепла
Использование тепла

- электричество используется большей частью в месте получения без накладных расходов поставщиков энергии, и его стоимость для потребителя может быть несколько меньше, чем у энергии из сети;

Использование электрической энергии
Использование электрической энергии

- потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения;

Энергетическая независимость
Энергетическая независимость

- использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные «пиковые нагрузки» (например, жилое хозяйство, ЖКХ), когенерация мало выгодна вследствие большой разницы между установленной и среднесуточной мощностями - окупаемость проекта значительно затягивается.

Когенерация электричества
    Получение веществ путем электролиза

Электролиз широко применяются в промышленности. Электролизом получают наиболее активные металлы (К, Na, Ca, Mg, Al) и наиболее активные неметаллы (фтор и хлор). Электролиз также используют для синтеза некоторых сложных веществ - едкого натра (NaOH), едкого кали (KOH), бертолетовой соли (KClO3).

Схема электролиза воды
Схема электролиза воды

Электролиз также используют для покрытия поверхности металлических изделий слоем более стойкого металла с целью защиты от коррозии, например цинкование, хромирование, никелирование. Путем электролиза металлы можно очищать от примесей.

Хромирование при помощи электролиза
Хромирование при помощи электролиза

Электролиз применяют в гальванотехнике - электролитическом осаждении металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий. Это позволяет снимать с различных предметов точные копии, которые легко отделить от оригинала. Такой метод воспроизводства называют гальванопластики.

Гальванотехника
Гальванотехника
    Передача информации при помощи электричества

В целом, начиная с XIX века, электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют не только для освещения, но и для передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).

Использование телефона
Использование телефона

В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения аккумуляторы и электрические батареи.

Хранение электричества
Хранение электричества
    Обработка материалов при помощи электричества

Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка), умерщвления преступников (электрический стул) и создания музыки (электрогитара).

Сварка
Сварка
    Электрическое отопление помещений

Закон Джоуля-Ленца о тепловом действии электрического тока обусловливает возможности для электрического отопления помещений. Хотя такой способ довольно универсален и обеспечивает определенную степень управляемости, его можно рассматривать как излишне ресурсозатратный - в силу того, что генерирование используемого в нём электричества уже потребовало производства тепла на электростанции.

Электрическое отопление
Электрическое отопление

  Использование электричества в медицине

В медицине электричество используется в широком спектре применения.

Медицина
Медицина
    Диагностика заболеваний при помощи электричества

Биотоки здоровых и больных органов различны, при этом бывает возможно определить болезнь, её причины и назначить лечение. Раздел физиологии, изучающий электрические явления в организме называется электрофизиология.

Что такое электрофизиология?

Электроэнцефалография - метод исследования функционального состояния головного мозга.

Электроэнцефалография
Электроэнцефалография

Электрокардиография - методика регистрации и исследования электрических полей при работе сердца.

Электрокардиография
Электрокардиография

Электрогастрография - метод исследования моторной деятельности желудка.

Электрогастрография
Электрогастрография

Электромиография - метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах.

Электромиография
Электромиография
    Лечение и реанимация при помощи электричества

Лечение и реанимация: электростимуляции определённых областей головного мозга; лечение болезни Паркинсона и эпилепсии, также для электрофореза. Водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии и иных сердечных аритмиях.

Электрофорез
Электрофорез

В некоторых странах, например - в Дании, были даже приняты законодательные нормы, ограничивающие или полностью запрещающие использование электрических средств отопления в новых домах. В то же время электричество - это практичный источник энергии для охлаждения, и одной из активно растущих областей спроса на электричество является кондиционирование воздуха.

Кондиционирование воздуха
Кондиционирование воздуха

По данным Всемирного банка, на сегодняшний день (2015) более миллиарда человек в мире живут без электричества.

Жизнь без электричества
Жизнь без электричества

История открытия электричества

Для начала необходимо сказать, что нет такого учёного, который может считаться открывателем электричества, так как с древнейших времен до наших дней многие учёные изучают его свойства и узнают что-то новое об электричестве.

Древнегреческий философ Фалес
Древнегреческий философ Фалес

  Интерес к электричеству Фалеса Милетского, I в. до н.э.

Первым, кто заинтересовался электричеством, был древнегреческий философ Фалес. Он обнаружил, что янтарь, который потереть о шерсть приобретает свойство притягивать другие лёгкие тела.

История открытий в области электричества

  Наблюдения Аристотеля в сфере электричества, I в. до н.э.

Затем другой древнегреческий ученый Аристотель занимался изучением некоторых угрей, которые поражали врагов, как мы теперь знаем, электрическим разрядом.

Древнегреческий ученый Аристотель
Древнегреческий ученый Аристотель

  Наблюдения Плиния в области электричества, I в. до н.э

В 70 году нашей эры римский писатель Плиний изучал электрические свойства смолы.

Однако затем долгое время об электричестве не было получено никаких знаний.

Римский писатель Плиний
Римский писатель Плиний

  Открытие Уильямом Гилбертом электрических свойств тел, XVI в.

И только в 16 веке придворный врач английской королевы Елизаветы 1 Уильям Гилберт занялся изучением электрических свойств и сделал ряд интересных открытий. После этого началось буквально «электрическое помешательство».

Только в 1600 году появился термин «электричество», введённый английским ученым Уильямом Гилбертом.

Английский ученый Уильям Гилберт
Английский ученый Уильям Гилберт

С помощью своего "версора" (первого электроскопа) У. Гильберт показал, что способностью притягивать легкие тела (соломинки) обладает не только натертый янтарь, но и алмаз, сапфир, карборунд, опал, аметист, горный хрусталь, стекло, сланцы и др., которые он назвал "электрическими" минералами.

Открытия в области электричества

Кроме того, Гильберт заметил, что пламя "уничтожает" электрические свойства тел, приобретенные при трении, и впервые исследовал магнитные явления, установив, что:

- Магнит всегда имеет два полюса - северный и южный;

- одноименные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются;

- распиливая Магнит, нельзя получить Магнит только с одним полюсом;

- железные предметы под влиянием магнита приобретают магнитные свойства (магнитная индукция);

- природный магнетизм может быть усилен с помощью железной арматуры.

Магнитные явления
Магнитные явления

Изучая магнитные свойства намагниченного шара с помощью магнитной стрелки, Гильберт пришел к выводу, что они соответствуют магнитным свойствам Земли, а Земля является самым большим магнитом, что и объясняет постоянное наклонение магнитной стрелки.

Наклонение магнитной стрелки
Наклонение магнитной стрелки

  Изобретение Отто фон Герике электростатической машины, 1650 г.

В 1650 году, благодаря бургомистру Магдебурга Отто фон Герике, который изобрёл электростатическую машину, появилась возможность наблюдать эффект отталкивания тел под действием электричества.

Бургомистр Магдебурга Отто фон Герике
Бургомистр Магдебурга Отто фон Герике

Отто фон Герике (1602-1686) создает первую электрическую машину, извлекавшую из натираемого шара, отлитого из серы, значительные искры, уколы которых могли быть даже болезненными. Однако тайна свойств «электрической жидкости», как в то время называли это явление, не получила тогда никакого объяснения.

Движение электрических частиц

  Опыты Стивена Грея по передаче электрического тока, 1729 г.

В 1729 году английский учёный Стивен Грей, проводя опыты по передачи электрического тока на расстояние, случайно обнаружил, что не все материалы обладают свойством одинаково передавать электричество.

Английский ученый Стивен Грей
Английский ученый Стивен Грей

  Эксперименты с электричеством Шарля Дюфе, 1733 г.

В 1733 году французский ученый Шарль Дюфе открыл существование двух типов электричества, которые он назвал стеклянным и смоляным. Эти названия они получили из-за того, что выявлялись при трении стекла о шёлк и смолы о шерсть. Первое возникает на стекле, горном хрустале, драгоценных камнях, шерсти, волосах и т. д.; второе - на янтаре, шелке, бумаге и т. п.

Французский ученый Шарль Дюфе
Французский ученый Шарль Дюфе

После многочисленных экспериментов Ш. Дюфе впервые электризовал тело человека и "получил" из него искры. В область его научных интересов входил магнетизм, фосфоресценция и двойное лучепреломление в кристаллах, ставшее впоследствии основой для создания оптических лазеров. Для обнаружения измерения электричества пользовался версором Гилберта, сделав его намного более чувствительным. Впервые высказал мысль об электрической природе молнии и грома.

Электричество-что это такое?

  Изобретение Лейденской банки Питером ван Мушенбруком, 1745 г.

В 1745 г. выпускник Лейденского университета (Голландия) физик Питер ван Мушенбрук (Musschenbroek Pieter van, 1692-1761) изобрел первый автономный источник электроэнергии - лейденскую банку и провел с ней ряд опытов, в ходе которых установил взаимозвязь электрического разряда с его физиологическим действием на живой организм.

Голландский физик Питер ван Мушенбрук
Голландский физик Питер ван Мушенбрук

Лейденская банка представляла собой стеклянный сосуд, стенки которого снаружи и изнутри были оклеены свинцовой фольгой, и являлась первым электрическим конденсатором.

Что такое лейденская банка?

Если обкладки прибора, заряженного от электростатического генератора О. фон Герике соединяли тонкой проволокой, то она быстро нагревалась, а иногда и плавилась, что указывало на наличие в банке источника энергии, которую можно было транспортировать далеко от места ее зарядки.

Лейденская банка
Лейденская банка

  Изобретение электроскопа Жаном Антуаном Нолле, 1747 г.

В 1747 г. член Парижской Академии наук, французский физик-экспериментатор Жан Антуан Нолле(1700-1770) изобрел первый прибор для оценки электрического потенциала - электроскоп, зарегистрировал факт более быстрого "стекания" электричества с острых тел и впервые сформировал теорию действия электричества на живые организмы и растения.

Французский физик Жан Антуан Нолле
Французский физик Жан Антуан Нолле

  Теория электричества Бенджамина Франклина, 1747 г.

В 1747 году американец Б.Франклин создал первую в мире теорию электричества. По Франклину электричество - это нематериальная жидкость или флюид. Другая заслуга Франклина перед наукой заключается в том, что он изобрёл громоотвод и с помощью него доказал, что молния имеет электрическую природу возникновения.

Американский ученый Бенджамин Франклин
Американский ученый Бенджамин Франклин

В 1747–1753 гг.: американский государственный деятель, ученый и просветитель Бенджамин (Вениамин) Франклин (Franklin, 1706-1790) публикует цикл работ по физике электричества, в которых:

- ввел общепринятое теперь обозначение электрически заряженных состояний «+» и «–»;

- объяснил принцип действия лейденской банки, установив, что главную роль в ней играет диэлектрик, разделяющий проводящие обкладки;

- установил тождество атмосферного и получаемого с помощью трения электричества и привел доказательство электрической природы молнии;

- установил, что металлические острия, соединённые с землёй, снимают электрические заряды с заряженных тел даже без соприкосновения с ними и предложил молниеотвод;

- выдвинул идею электрического двигателя и продемонстрировал «электрическое колесо», вращающееся под действием электростатических сил;

- впервые применил электрическую искру для взрыва пороха.

Физика электричества
Физика электричества

Также он ввёл такие понятия как положительный и отрицательный заряды, но не открывал заряды. Это открытие сделал учёный Симмер, который доказал существование полюсов зарядов: положительного и отрицательного.

Кто такой Бенджамин Франклин?

  Исследования электричества Франца Ульриха Теодора Эпинуса, 1759 г.

В 1759 г.в России физик Франц Ульрих Теодор Эпинус (Aepinus, 1724-1802),впервые выдвигает гипотезу о наличии связи между электрическими и магнитными явлениями.

Физик Франц Ульрих Теодор Эпинус
Физик Франц Ульрих Теодор Эпинус

  Электростатическая машина Леонарда Эйлера, 1761 г.

В 1761 г. швейцарский механик, физик и астроном Леонард Эйлер (L. Euler, 1707-1783) описывает новую электростатическую машину, состоящую из вращающегося диска из изоляционного материала с радиально наклеенными кожаными пластинами. Для съема электрического заряда к диску надо было подвести шелковые контакты, присоединенные к медным стержням со сферическими окончаниями. Приближая сферы друг к другу, можно было наблюдать процесс электрического пробоя атмосферы (искусственная молния).

Швейцарский механик, физик и астроном Леонард Эйлер
Швейцарский механик, физик и астроном Леонард Эйлер

  Опыты с электричеством Шарля Огюстена Кулона, 1785 г.

В 1785-1789 гг. французский физик Шарль Огюстен Кулон (S. Coulomb, 1736-1806) публикует семь работ. в которых описывает закон взаимодействия электрических зарядов и магнитных полюсов (закон Кулона), вводит понятие магнитного момента и поляризации зарядов и доказывает, что электрические заряды всегда располагаются на поверхности проводника.

Французский физик Шарль Огюстен Кулон
Французский физик Шарль Огюстен Кулон

  Трактат о силе электричества Луиджи Гальвани, 1791 г.

В 1791 г. в Италии издается трактат Луиджи Гальвани (L. Galvani, 1737-1798), «De Viribus Electricitatis In Motu Musculari Commentarius» («Трактат о силах электричества при мышечном движении»), в котором доказывалось, что электричество вырабатывается живым организмом и наиболее эффективно проявляется в контакте разнородных проводников. В настоящее время этот эффект лежит в основе принципа действия электрокардиографов.

Итальянский ученый Луиджи Гальвани
Итальянский ученый Луиджи Гальвани

  Открытие разности потенциалов Алессандро Вольта, 1795 г.

В 1795 г.: Итальянский профессор Александр Вольта (Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827) исследует явление контактной разности потенциалов различных металлов и с помощью электрометра собственной конструкции дает численную оценку этому явлению. Результаты своих опытов А.Вольта впервые описывает 1 августа 1786 г. в письме своему другу. В настоящее время эффект контакной разности потенциалов используется в термопарах и системах анодной (электрохимической) защиты металлических сооружений.

Итальянский профессор Алессандро Вольта
Итальянский профессор Алессандро Вольта

В 1799 г. А. Вольта изобретает источник гальванического (электрического) тока - вольтов столб. Первый вольтов столб состоял из 20 пар медных и цинковых кружочков, разделенных суконными кусочками, смоченными соленой водой, и предположительно мог давать напряжение 40-50 В и ток до 1 А.

Вольтов столб
Вольтов столб
Что такое вольтов столб?

В 1800 г. в журнале «Philosophical Transactions of the Royal Society, Vol. 90» под названием «On the Electricity Excited by the Mere Contact of Conducting Substances of Different Kinds» («Электричество, получаемое в результате простого контакта разных веществ») было описано устройство, названное «электродвижущий аппарат», А. Вольта считал, что в основе принципа действия его источника тока лежит контактная разность потенциалов, и только спустя много лет было установлено, что причиной возникновения э.д.с. в гальваническом элементе является химическое взаимодействие металлов с проводящей жидкостью - электролитом.

Открытия Алессандро Вольта

Осенью 1801 г. в России была создана первая гальваническая батарея, состоящая из 150 серебряных и цинковых дисков. Через год, осенью 1802 г., была изготовлена батарея из 4200 медных и цинковых дисков, дающая напряжение в 1500 В.

Гальваническая батарея Вольта
Гальваническая батарея Вольта

  Открытие вольтовой дуги Василием Петровым, 1802 г.

В 1802 году Василий Петров обнаружил вольтову дугу.

Вольтова дуга
Вольтова дуга
Что такое вольтова дуга?

  Исследования в сфере электромагнетизма Ханса Кристиана Эрстеда, 1820 г.

В 1820 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (Ersted, 1777-1851) в ходе опытов по отклонению магнитной стрелки под действием проводника с током, установил связь между электрическими и магнитными явлениями. Сообщение об этом явлении, опубликованное в 1820 г., стимулировало исследования в области электромагнетизма, что, в конечном счете, привело к формированию основ современной электротехники.

Датский физик Ханс Кристиан Эрстед
Датский физик Ханс Кристиан Эрстед

Затем последовали открытия Фарадея, Максвелла и Ампера, которые произошли всего за 20 лет.

  Открытие правила правой руки Андре Ампером, 1820 г.

Первым последователем Х.Эрстеда стал французский физик Андре Мари Ампер (1775-1836) сформулировавший в том-же году правило определения направления действия электрического тока на магнитную стрелку, названное им "правилом пловца" (правило Ампера или правой руки), после чего были определены законы взаимодействия электрических и магнитных полей (1820 г.), в рамках которых впервые была сформулирована идея об использовании электромагнитных явлений для дистанционной передачи электрического сигнала.

Французский физик Андре Мари Ампер
Французский физик Андре Мари Ампер
Правило правой руки

В 1822 г. А. Ампер создает первый усилитель электромагнитного поля - многовитковые катушки из медного провода, внутри которых помещались сердечники из мягкого железа (соленоиды), ставшие технологической основой для изобретенного им в 1829 г. электромагнитного телеграфа, открывшего эру современной электросвязи.

Усилитель электромагнитного поля

  Учение об электромагнитном поле Майкла Фарадея, 1821 г.

В 1821 г. английский физик Майкл Фарадей (М. Faraday, 1791-1867) познакомился с работой Х. Эрстеда об отклонении магнитной стрелки вблизи проводника с током (1820) и после исследования взаимосвязи электрических и магнитных явлений установил факт вращения магнита вокруг проводника с током и вращения проводника с током вокруг магнита.

Английский физик Майкл Фарадей
Английский физик Майкл Фарадей

В течение последующих 10 лет М. Фарадей пытался «превратить магнетизм в электричество», результатом чего стало открытие в 1831 электромагнитной индукции, что привело к формированию основ теории электромагнитного поля и появлению новой отрасли промышленности - электротехники.

Электромагнитная индукция

В 1832 г. М. Фарадей публикует работу, в которой выдвигается идея о том, что распространение электромагнитных взаимодействий есть волновой процесс, происходящий в атмосфере с конечной скоростью, что стало основой для появления новой отрасли знаний - радиотехники.

Волновой процесс
Волновой процесс

Стремясь установить количественные соотношения между различными видами электричества, М. Фарадей начал исследования по электролизу и в 1833–1834 гг. сформулировал его законы.

Применение электролиза

В 1845 г., исследуя магнитные свойства различных материалов, М. Фарадей открывает явления парамагнетизма и диамагнетизма и установливает факт вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея ). Это было первое наблюдение связи между магнитными и оптическими явлениями, которое позднее было объяснено в рамках электромагнитной теории света Дж. Максвелла.

Что такое эффект Фарадея?

  Появление первого электродвигателя, 1821 г.

Начальный период развития электродвигателя (1821-1834) тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую и начинается с описанных выше опытов М. Фарадея.

Первый электродвигатель
Первый электродвигатель

На возможность превращения электрической энергии в механическую указывали и многие другие эксперименты. В этот период было создано несколько физических моделей электродвигателей: английскими учеными Петером Барлоу (1824), Уильямом Риччи (1833) и Джозефом Генри (1831).

Английский ученый Питер Барлоу
Английский ученый Питер Барлоу

  Закон электрической цепи Георга Симона Ома, 1826 г.

Примерно в это-же время свойства электричества изучал немецкий физик Георг Симон Ом (G.S. Ohm, 1787-1854). Проведя серию экспериментов, Г. Ом в 1826 г. сформулировал основной закон электрической цепи (закон Ома) и в 1827 г. дал его теоретическое обоснование, ввел понятия «электродвижущая сила», падение напряжения в цепи и «проводимость».

Немецкий физик Георг Симон Ом
Немецкий физик Георг Симон Ом

Закон Ома устанавливает, что сила постоянного электрического тока I в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) U между двумя фиксированными точками (сечениями) этого проводника т.е. RI = U. Коэффициент пропорциональности R, получивший в 1881 г. название омическое сопротивление или просто сопротивление зависит от температуры проводника и его геометрических и электрических свойств.

Закон Ома

Исследования Г. Ома завершают второй этап развития электротехники, а именно фомирования теоретической базы для расчета характеристик электрических цепей, что стало основой современной электроэнергетики.

Электрическая цепь
Электрическая цепь

  Теорема электростатического поля Карла Фридриха Гаусса, 1830 г.

Карл Фридрих Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).

Немецкий ученый Иоганн Карл Фридрих Гаусс
Немецкий ученый Иоганн Карл Фридрих Гаусс

  Появление первого электромобиля, 30-е гг.XIX в.

Первые электромобили появились почти на 50 лет раньше первого автомобиля. Толчком к их развитию послужило открытие Фарадеем явления электромагнитной индукции, после чего инженеры и изобретатели принялись искать пути его практического применения.

Первый электромобиль
Первый электромобиль

Точных сведений о времени появления и имени создателя первого электромобиля не сохранилось. Достоверно известно, что в период с конца 1830-х годов до начала 1840-х было представлено как минимум три конструкции безлошадных электрических экипажей: шотландцем Робертом Андерсоном, англичанином Робертом Девидсоном и американцем Томасом Девенпортом.

Один из первых электромобилей
Один из первых электромобилей

  Теория электромагнитных явлений Джеймса Максвелла, 1873 г.

Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 году.

Английский ученый Джеймс Клерк Максвелл
Английский ученый Джеймс Клерк Максвелл
Теория электромагнитных явлений Максвелла

  Лампа накаливания Александра Лодыгина, 1874 г.

В 1874 году российский инженер А.Н.Лодыгин получил патент, на изобретённую в 1872 году лампу накаливания с угольным стержнем. Затем в лампе стал использоваться стержень из вольфрама. А в 1906 году он продал свой патент компании Томаса Эдисона.

Российский инженер Александр Лодыгин
Российский инженер Александр Лодыгин
Устройство лампы накаливания

  Открытие пьезоэлектричества Пьером Кюри, 1880 г.

В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество.

Французский ученый Пьер Кюри
Французский ученый Пьер Кюри
Пьезоэлектричество

  Открытие способа передачи электроэнергии на расстояние, 1880 г.

В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния.

Российский физик Дмитрий Лачинов
Российский физик Дмитрий Лачинов

  Появление первой электростанции, 1882 г.

В 1881 г. несколько предприимчивых американских финансистов под впечатлением успеха, которым сопровождалась демонстрация ламп накаливания, заключили соглашение с Т. А. Эдисоном и приступили к сооружению первой в мире центральной электростанции (на Пирльстрит в Нью-Йорке). В сентябре 1882 г. эта электростанция была сдана в эксплуатацию.

Электростанция на Перл стрит в Нью-Йорке
Электростанция на Перл стрит в Нью-Йорке

  Открытие электромагнитных волн Генрихом Герцем, 1888 г.

В 1888 году Герц регистрирует электромагнитные волны.

Немецкий ученый Генрих Рудольф Герц
Немецкий ученый Генрих Рудольф Герц
Что такое электромагнитные волны?

  Законы фотоэлектрического эффекта Александра Столетова, 1888 г.

После серии тщательных экспериментов Столетов вывел первый закон фотоэффекта, заключающийся в пропорциональности силы фототока (в том числе фототока насыщения) из металла от интенсивности освещения. Физиком были сформулированы еще два закона фотоэффекта: об уменьшении максимальной скорости электронов с ростом длины волны света и о «красной границе фотоэффекта» - критической длине волны, индивидуальной для каждого металла, с превышением которой фотоэффект прекращается.

Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект

Полученные Столетовым зависимости нельзя было объяснить с классических позиций. Позднее английским физиком Дж. Томпсоном и немецким Ф. Ленардом было доказано, что при фотоэффекте свет выбивает из вещества электроны (1899), а двумя другими немецкими физиками была объяснена квантовая (фотонная) природа света (М. Планк, 1900) и создана теория фотоэффекта (А. Эйнштейн, 1905).

Российский физик Александр Столетов
Российский физик Александр Столетов

  Открытие электрона Джозефом Томсоном, 1897 г.

В 1897 году Джозеф Томсон открывает электрон, который является материальным носителем электричества.

Английский ученый Джозеф Томсон
Английский ученый Джозеф Томсон

  Изобретения Никола Теслы, 1890-1943 гг.

Никола Тесла - это гениальный ученый-физик, великий изобретатель. Современники его никогда не понимали, и поэтому о нем мало говорится в учебниках. Но это незаслуженно, ведь вся наша жизнь основана на электричестве, а электроэнергетика была бы невозможна без его изобретений.

Ученый Никола Тесла
Ученый Никола Тесла

Серб по национальности, он родился в 1856г. в Австро-Венгрии, учился в высшем техническом училище и в Пражском университете, работал инженером телефонного общества в Будапеште, затем в компании Эдисона в Париже, после чего в 1884г. эмигрировал в США, где прожил вплоть до своей кончины в 1943 году. Обычно упоминание имени этого ученого в школьных учебниках свя зано с единицей магнитной индукции ( 1 Тесла), названной в его честь.

Знаменитый ученый Никола Тесла

Это был гениальный изобретатель и ученый, опередивший свое время. За свою жизнь Н. Тесла сделал около 1000 различных изобретений и открытий, получил почти 800 патентов на изобретения в разных областях техники.

Знаменитый ученый Никола Тесла (продолжение)

Многие открытия и изобретения принадлежат ему. Его именем ученые назвали единицу измерения в физике и высоковольтный трансформатор. Современные физики магнитную индукцию измеряют в «теслах», пользуются «катушкой Тесла», а про самого ученого не любят вспоминать.

Катушка Тесла
Катушка Тесла

Многие его открытия были за гранью понимания современников. Например, он пытался изобрести огромный вибратор, генерирующий колебания огромной силы, сопоставимой с землетрясением, но вовремя остановился, осознав, что мог бы разрушить город. В 1893 году Тесла создал прибор по передаче электрического разряда без проводов.

Знаменитый гений Никола Тесла

В 1898 году Тесла изобрел радиоуправляемый катер. Он мечтал о создании множества умных машин, которые будут помогать людям. Этот эксперимент можно считать началом робототехники.

Радиоуправляемый катер
Радиоуправляемый катер

Тесла очень интересовала проблема энергии Вселенной. Он пытался понять, почему движутся Солнце и другие небесные тела. Ученый хотел научиться управлять этой энергией.

Эксперименты Никола Теслы

А в 1931 году Тесла продемонстрировал свое новое изобретение: прибор, с помощью которого машина ездила несколько дней без бензина и аккумулятора. Его опять не поняли, так как он объяснил этот феномен тем, что берет энергию «из эфира». Теслу считали безумцем. Но перед войной его изобретениями заинтересовались военные. Их интересовало, как создать оружие, основанное на передаче энергии на расстоянии. Тесла работал над созданием резонансного оружия.

Портрет Никола Теслы
Портрет Никола Теслы

Очень много и других изобретений у Никола Тесла. Именно он изобрел переменный ток, впервые доказал пользу для организма токов высокой частоты. Плодом его гениальности является флуоресцентный свет и электронные часы, двигатель, работающий на энергии Солнца и радио.

Флуоресцентный свет
Флуоресцентный свет

Тесла создал индукционный двигатель и многофазный трансформатор, обнаружил X лучи и открыл эффект Кирлиана. Он говорил о вреде электромагнитного излучения для работы мозга. Тесла даже пытался создать двигатель, работающий от гравитационного поля. Ему принадлежат более 300 патентов. Говорят, что на его изобретениях основана вся энергетика 20 века.

Исследования ученого Никола Тесла

  Изобретение асинхронного двигателя Михаилом Доливо-Добровольским, 1889 г.

Весной 1889 г. М. О. Доливо-Добровольским был построен трёхфазный асинхронный двигатель мощностью около 100 Вт. Этот двигатель питался током от трёхфазного одноякорного преобразователя и при испытаниях показал вполне удовлетворительные результаты. Вслед за первым одноякорным преобразователем был создан второй, более мощный, а затем началось изготовление трёхфазных синхронных генераторов.

Российский физик Михаил Доливо-Добровольский
Российский физик Михаил Доливо-Добровольский

Уже в первых генераторах применялись два основных способа соединения обмоток: в звезду и треугольник. В дальнейшем М. О. Доливо-Добровольскому удалось улучшить использование статора с помощью широко применяемого в настоящее время метода, заключающегося в том, что обмотку делают разрезной и противолежащие катушки соединяют встречно.

Асинхронный двигатель
Асинхронный двигатель

  Александр Попов изобрел первое радио, 1895 г.

В начале 1895 года А. С. Попов заинтересовался опытами О. Лоджа[9] (усовершенствовавшего когерер и построившего на его основе радиоприёмник, с помощью которого в августе 1894 года сумел получать радиосигналы с расстояния 40 м), и попытался воспроизвести их, построив собственную модификацию приёмника Лоджа.

Российский физик Александр Попов
Российский физик Александр Попов

Впервые он представил своё изобретение 25 апреля (7 мая по новому стилю) 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в здании «Же де Пом» (помещение для спортивных упражнений) во дворе Санкт-Петербургского университета.

Радиоприемник Попова
Радиоприемник Попова

  Открытие Максом Планком квантовой теории, 1900 г.

Макс Планк после пяти лет исследований проблемы излучения абсолютно чёрного тела применяет к этому излучению метод максимальной энтропии Джозайи Уилларда Гиббса. Для вычисления энтропии континуума гармонических осцилляторов Планк применяет искусственный прием: замену непрерывного спектра энергетических состояний осцилляторов дискретным с шагом, пропорциональным частоте осциллятора, Δε=hν, намереваясь далее устремить величину h к 0 для перехода к правильному непрерывному распределению.

Немецкий ученый Макс Планк
Немецкий ученый Макс Планк

Самым интересным оказывается то, что полученная формула правильно описывает спектр излучения без использования предельного перехода. Планк долго не решается обнародовать это открытие. В разговорах с сыном он утверждает, что он чувствует - либо это открытие первого ранга, сравнимое, быть может, лишь с ньютоновой механикой, либо полнейшая ошибка.

Квантовая теория
Квантовая теория

14 декабря 1900 года на следующем заседании Немецкого физического общества в Берлине Макс Планк открывает новую эру физики - квантовую физику. В науку входит вторая фундаментальная постоянная, введенная Планком - квант действия.

Квантовая физика
Квантовая физика

  Изобретение электроплавильной печи сопротивления Василием Ижевским, 1901 г.

Ижевский Василий Петрович, советский металлург. В 1887 окончил физико-математический факультет Московского университета. С 1899 преподавал в Киевском политехническом институте (с 1905 профессор). Основные работы по доменному производству, металлографии, электрометаллургии и термообработке. И. разработал ряд реактивов для травления шлифов, которые и поныне применяются в металлографии; предложил несколько оригинальных конструкций электрических печей.

Российский ученый Василий Ижевский
Российский ученый Василий Ижевский

  Создание дугового радиопередатчика незатухающих колебаний Вальдемаром Паульсеном, 1903 г.

Дуговой радиопередатчик - генератор незатухающих колебаний, состоящий из источника питания, электродов вольтовой дуги с дутьем и колебательного контура, связанный с антенной.

Дуговой радиопередатчик
Дуговой радиопередатчик

  Начало использования буквопечатающих телеграфных аппаратов, 1904 г.

Телеграфный аппарат, аппарат для передачи и (или) приёма электрических телеграфных сигналов - для осуществления телеграфной связи. Первый практически пригодный телеграфный аппарат (электромагнитного типа) изобрёл и продемонстрировал в действии (1832) П. Л. Шиллинг.

Телеграфный аппарат
Телеграфный аппарат

На ранних этапах развития телеграфии кодированные сообщения передавались клавишным устройством или телеграфным ключом и при приёме фиксировались в пишущем телеграфном аппарате в виде ломаной линии (например, ондулятором) либо точек и тире (например, в Морзе аппарате).

Аппарат Морзе
Аппарат Морзе

В Уитстона телеграфном аппарате и Крида телеграфном аппарате принимаемые телеграфные сигналы регистрировались на перфорированной бумажной ленте; Телеграфный аппарат Крида мог воспроизводить также и печатные знаки. Более совершенными оказались буквопечатающие телеграфные аппараты, к которым относятся Т. а. Якоби, Юза, Сименса, многократный телеграфный аппарат Бодо и др.

Буквопечатающий телеграфный аппарат Якоби
Буквопечатающий телеграфный аппарат Якоби

  Изобретение диода Джоном Флемингом, 1904 г.

Сэр Джон Амброз Флеминг - английский учёный в области радиотехники и электротехники, член Лондонского королевского общества (1892).

Британский ученый Джон Флеминг
Британский ученый Джон Флеминг

В ноябре 1904 года он изобрёл выпрямитель на двухэлектродной электронной лампе, который он назвал осцилляторный вентиль. Позднее он запатентовал своё изобретение. Изобретение носит также названия: лампа с термокатодом, вакуумный диод, кенотрон, термоионная лампа, вентиль Флеминга.

Диод Флеминга
Диод Флеминга

Верховный суд Соединенных Штатов позднее признал патент недействительным вследствие неприемлемых ограничений, и, кроме того, по причине того, что на момент подачи заявки предложенные технологии уже были известны. Такого рода изобретения, содержащие вакуумные лампы, рассматривались на заре электроники. Тем не менее, диоды Флеминга использовались в радиоприёмниках и радарах в течение многих лет, и только через 50 с лишним лет они были заменены твердотельными приборами.

Верховный суд Соединенных Штатов
Верховный суд Соединенных Штатов

  Начало эксплуатации первых турбогенераторов, 1905 г.

Появление во второй половине XIX века мощных паровых турбин привело к тому, что потребовались высокоскоростные турбогенераторы. Первое поколение этих машин имело стационарную магнитную систему и вращающуюся обмотку. Но данная конструкция имеет целый ряд ограничений, одно из них - небольшая мощность. Кроме этого, ротор явнополюсного генератора не способен выдерживать большие центробежные усилия.

Первый турбогенератор
Первый турбогенератор

Основным вкладом Чарльза Брауна в создание турбогенератора было изобретение ротора, в котором его обмотка (обмотка возбуждения) укладывается в пазы, которые получаются в результате механической обработки поковки. Вторым вкладом Чарльза Брауна в создание турбогенератора была разработка в 1898 году ламинированного цилиндрического ротора. И, в конечном итоге, в 1901 году он построил первый турбогенератор. Данная конструкция используется в производстве турбогенераторов по сей день.

Английский ученый Чарлз Браун
Английский ученый Чарлз Браун

  Получение электромагнитных волн Петром Лебедевым, 1906 г.

Пётр Николаевич Лебедев - выдающийся русский физик-экспериментатор, первым подтвердивший на опыте вывод Максвелла о наличии светового давления.

Российский физик Петр Лебедев
Российский физик Петр Лебедев

  Ли де Форест изобрел триод, 1907 г.

В 1906 году американец Ли де Форест добавил в электронную лампу управляющую «сетку» и создал радиочастотный детектор, названный аудион, но Флеминг обвинил его в копировании своих идей. Прибор де Фореста был вскоре доработан им и Эдвином Армстронгом и применён в первом электронном усилителе, а сама лампа названа триодом.

Американский ученый Ли де Форест
Американский ученый Ли де Форест

  Изобретение коллекторного электродвигателя трехфазного тока Шраге и Рихтером, 1910 г.

Коллекторный электродвигатель - электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство - щёточно-коллекторный узел.

Коллекторный электродвигатель трёхфазного тока
Коллекторный электродвигатель трёхфазного тока

  Запуск первой дуговой сталеплавильной печи, 1910 г.

Дуговая сталеплавильная печь - электрическая плавильная печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и других материалов.

Дуговая сталеплавильная печь
Дуговая сталеплавильная печь

  Изобретение неоновой лампы Жоржем Клодом, 1911 г.

В 1911 году француз Жорж Клод изобрёл первую в мире неоновую лампу.

Неоновая лампа
Неоновая лампа

Двадцатый век дал миру теорию Квантовой электродинамики.

О квантовой электродинамике

  Получение Борисом Розингом телевизионного изображения, 1911 г.

Борис Львович Розинг - русский физик, учёный, педагог, изобретатель телевидения, автор первых опытов по телевидению, за которые Русское техническое общество присудило ему золотую медаль и премию имени К. Г. Сименса.

Российский физик Борис Розинг
Российский физик Борис Розинг

Розинг изобрёл первый электронный метод записи и воспроизведения изображения, использовав систему электронной развёртки (построчной передачи) в передающем приборе и электроннолучевую трубку в приёмном аппарате, то есть, впервые «сформулировал» основной принцип устройства и работы современного телевидения.

Электроннолучевая трубка
Электроннолучевая трубка

  Создание первых русских трёхэлектродных электронных ламп, 1914 г.

Николай Дмитриевич Папалекси - физик, академик АН СССР. Признанный основоположник советской радиоастрономии. С 1914 года - консультант Русского общества беспроволочного телеграфирования и телефонирования (РОБТиТ), где до 1916 года провёл работы по направленной радиотелеграфии, опыты по радиосвязи с подводными лодками и телеуправлению, руководил разработкой первых образцов отечественных радиоламп.

Российский ученый Николай Папалекси
Российский ученый Николай Папалекси

  Изобретение электрической плавильной печи с вращающейся дугой, 1916 г.

Дуговая сталеплавильная печь - электрическая плавильная печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и других материалов.

Дуговая сталеплавильная печь
Дуговая сталеплавильная печь

  Создание первых сварочных генераторов, 1925 г.

Сварочные генераторы преобразуют механическую энергию вращения якоря в электрическую энергию постоянного тока, необходимую для сварки.

Сварочный генератор
Сварочный генератор

  Создание машин для точечной сварки, 1928 г.

Машина контактной сварки - это аппарат, использующий для соединения металлических деталей путем бездиффузионного объединения предприятий их кристаллических решеток. Проще говоря, «контактная» машина построена на принципах обычной сварки давлением.

Машина точечной сварки
Машина точечной сварки

  Изобретение электронной лампы с подогревным катодом, 1928 г.

В лампе с подогревным катодом источником электронов служит не сама раскаленная нить, а трубочка, покрытая слоем веществ, способных испускать электроны, и надетая на нить, как чехол. Нить, подобно маленькой электрической печке, подогревает катод изнутри, и он начинает испускать электроны.

Электронная лампа с подогревным катодом
Электронная лампа с подогревным катодом

  Создание ртутного выпрямителя, 1929 г.

Ртутный выпрямитель, игнитрон - одноанодный ионный прибор с ртутным катодом и управляемым дуговым разрядом. Применяется в качестве ртутного электрического вентиля в мощных выпрямительных устройствах, электроприводах, электросварочных устройствах, тяговых и выпрямительных подстанциях и т. п. со средней силой тока в сотни ампер и выпрямленным напряжением до 5 кВ.

Ртутный выпрямитель
Ртутный выпрямитель

  Создан воздушный выключатель для напряжения 220 кВА, 1933 г.

Воздушные выключатели (ВВ) применяются для напряжений 110 кВ и выше, но наиболее широкое распространение они получили в сетях 220 кВ и выше. Серьезным достоинством выключателей воздушного типа является экологичность, так как дугогасящей средой в них является обычный воздух.

Воздушный выключатель
Воздушный выключатель

  Выпуск опытного электровоза, 1938 г.

Электровоз ОР22 (однофазный с ртутным выпрямителем, 22 - нагрузка от колёсных пар на рельсы, в тоннах) - самый первый в СССР электровоз переменного тока. Принципиальная схема электровоза (трансформатор-выпрямитель-ТЭД, т.е. с регулированием напряжения на низкой стороне) оказалась настолько удачной, что её стали использовать при проектировании подавляющего большинства советских электровозов переменного тока.

Электровоз серии ОР-22
Электровоз серии ОР-22

  Выпуск первого однофазного рудничного электровоза, 1947 г.

Шахтный электровоз (локомотив) - самоходное тяговое средство, приводимое в движение электрическими двигателями, получающими энергию от внешнего источника тока через контактную сеть или за счёт индуктивной связи, а также от собственных тяговых аккумуляторных батарей. Шахтные электровозы предназначены для транспортировки составов вагонеток с грузом, материалами и/или людьми по железным дорогам узкой колеи (550-900 мм) с уклоном от 0,005 до 0,05 в подземных горных выработках, а также на поверхности шахт и рудников.

Шахтный электровоз
Шахтный электровоз

  Создание и пуск синхрофазотрона, 1957 г.

Синхрофазотрон ОИЯИ - слабофокусирующий протонный ускоритель типа синхрофазотрон на энергию до 10 ГэВ, находящийся в Объединённом институте ядерных исследований. Синхрофазотрон был сооружён в Дубне под руководством академика АН СССР В. И. Векслера в конце 1950-х годов и позволил ускорять пучки протонов до энергии 10 ГэВ с апреля 1957 года, что было рекордной энергией, достигнутой на ускорителях в это время.

Синхрофазотрон ОИЯИ
Синхрофазотрон ОИЯИ

  Теория электрослабых взаимодействий Вайнберга, Салама и Глэшоу, 1967 г.

В 1967 году был сделан еще один шаг на пути изучения свойств электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединенную теорию электрослабых взаимодействий.

Рассмотрение теории электрослабых взаимодействий

Однако это только основные открытия, сделанные учёными, и способствовавшие применению электричества. Но исследования продолжаются и сейчас, и каждый год происходят открытия в области электричества.

Открытия в области электричества
Открытия в области электричества

  Открытие беспроводной передачи электроэнергии, 2007 г.

Марин Солячич из MIT произвёл беспроводную передачу электроэнергии: лампочка мощностью 60 Вт запитана на дистанции 2,13 м

Физик Марин Солячич
Физик Марин Солячич

Будущее электричества

Наука об электричестве продолжает развиваться, и в будущем нас ждут новые открытия в области применения электричества.

Применение электричества
Применение электричества

  Новые источники получения электричества

Ученые всего мира продолжают разрабатывать новые источники энергии, которые могут заменить ископаемое топливо. Уже сейчас предпринимаются активные попытки использовать возобновляемую энергию без нанесения вреда окружающей среде.

Новые источники энергии
Новые источники энергии

В настоящей статье предлагается перечень 10 новых видов энергии, которые, скорее всего, будут активно использоваться в будущем.

- движения человека или животного. Этот способ основан на том, что своими движениями люди могут производить энергию, необходимую, например, для горения лампочек. Так, ученые стараются создать батареи, которые бы накапливали энергию, выделяемую за время ежедневной активности человеческого тела. Эти батареи можно было бы использовать для зарядки ноутбуков, мобильных телефонов и других электрических приборов личного пользования;

Движения человека
Движения человека

- удары сердца. Один бразильский разработчик недавно изготовил звуковоспроизводящее устройство в формате MP3, которое внешне напоминает кольцо на пальце. Необходимая для него энергия поступает от ударов сердца;

Удары сердца
Удары сердца

- движение песка. Движение песка является одним из новых источников энергии, который пока что используется очень незначительно, но ожидается, что в скором времени он найдет самое широкое применение. Например, уже возможно получать энергию для светодиодной лампы от движения песка в старинных песочных часах;

Движение песка
Движение песка

- растительное топливо. Другим видом энергии, который, скорее всего, активно начнут использовать в будущем, является растительное топливо для автомобилей. Так, например, компания Mitsubishi выпустила новый экологичный вид транспорта под названием «зеленый автомобиль», который ездит исключительно на растительном топливе;

Растительное топливо
Растительное топливо

- земное притяжение. Использование земного притяжения можно считать еще одним новым источником энергии, который предложили британские ученые Мартин Риддифорд (Martin Riddiford) и Джим Ривз (Jim Reeves). Они разработали метод использования этой энергии для домашних осветительных ламп. Лампа с присоединенным к ней кожаным мешком с камнями и песком подвешивается над потолком. Из-за своей тяжести мешок тянется к земле и в течение 30 минут благодаря этому притяжению вырабатывается электроэнергия, необходимая для зажжения лампы. После этого опять можно повесить мешок, чтобы лампа горела еще полчаса;

Земное притяжение
Земное притяжение

- мусор. В Великобритании выпустили специальную машину для сбора мусора, который ездит на батарее. Энергия для батареи производится самим мусором. В результате мусор собирается, перерабатывается и дает экологически чистую энергию, не требующую больших затрат для работы самой машины. В сутки такой мусоровоз собирает с улиц 25 тонн мусора и ненужных вещей, которые сортируются на специальной станции, а затем используются для производства энергии и зарядки батареи. Ту же энергию можно задействовать для уличного освещения;

Мусор
Мусор

- растворы. Компания OWI изготовила игрушечную машину «Грузовик-монстр». Ее особенностью является то, что она производит электричество за счет небольшого количества соляного раствора, получаемого в результате определенной пропорции воды и соли;

Соляной раствор
Соляной раствор

- апельсины. Использование фруктов для производства электроэнергии считается одной из разновидностей получения растительного топлива. При поддержке некоего французского рекламного агентства удалось зажечь флуоресцентные лампы одного уличного щита при помощи электричества, полученного из апельсинов;

Апельсины
Апельсины

- зеленые водоросли. Зеленые водоросли представляют собой другой вид сырья для получения энергии из растительного топлива. Его можно использовать для автомобилей, ламп или других электрических приборов. Эту идею активно поддерживает основатель Microsoft Бил Гейтс, один из богатейших людей во всем мире;

Зеленые водоросли
Зеленые водоросли

- крокодиловое масло. В новом виде топлива, известном как «биодизельное», для производства энергии используется крокодиловое масло. Этот метод предложила группа инженеров из американского штата Луизиана. По их словам, биодизельное топливо, получаемое из крокодилового масла, лучше растительного, потому что стоит гораздо меньше. Топливо на основе крокодилового масла можно спокойно заливать в бензобак и использовать вместе с обычным машинным топливом. Биодизель тоже является экологически чистым источником энергии.

Крокодиловое масло
Крокодиловое масло

  Беспроводная передача электричества

У большинства последних электрических и электронных устройств теперь на месте батареи стоит антенна, позволяющая черпать энергию из одного узла, установленного на потолке комнаты. Это устраняет необходимость в многочисленных стенных розетках и громоздких кабелях, что значительно уменьшает беспорядок в домах и на рабочих местах.

Беспроводная передача энергии
Беспроводная передача энергии

Это позволяет создавать гораздо более легкие и компактные портативные электронные устройства, чем когда-либо прежде.

Передача электричества без проводов

Магнитная катушка находится в небольшой коробке, которая может быть установлена ​​на стене или на потолке. Работая от сети, она резонирует на определенной частоте. Электромагнитные волны передаются по воздуху, достигая второй магнитной катушки, установленной в ноутбуке, телевизоре или другом устройстве. Вторая катушка резонирует на той же частоте, что и первая, и поглощает энергию для зарядки устройства.

Передача электроэнергии без провода
Передача электроэнергии без провода

Развитие беспроводного электричества началось с небольшого диапазона товаров: зарядных устройств для телефонов и электрических держателей зубных щеток. Повышение эффективности позволило передавать мощность на расстояние в несколько метров.

Пример беспроводной передачи электричества

Постепенно технология начала использоваться в таких крупных и энергоемких продуктах, как телевизоры, компьютеры и даже транспортные средства. Был принят универсальный стандарт, обеспечивающий совместимость и тем самым значительно повышающий рыночную привлекательность подобных устройств.

Передача энергии без проводов
Передача энергии без проводов

К началу 2020-х годов индустрия получает годовой доход более 15 миллиардов долларов. Новая технология становится обычным явлением в домах и офисах. Пользователи ноутбуков в кафе, аэропортах и ​​других общественных местах теперь могут использовать точки «Wi-Tricity». Они являются для батарей тем же, чем Wi-Fi является для Интернета.

Точка Wi-Tricity
Точка Wi-Tricity

Зарядка электромобилей - еще одно успешное направление развития. Водители могут зарядить аккумуляторы своих электромобилей просто припарковавшись на специальном диске, размещенном на полу или встроенном в тротуар.

Зарядка электромобилей
Зарядка электромобилей

Эти сети являются полностью безопасными для людей, без угрозы поражения невидимыми лучами. В итоге линии электропередач начинают исчезать с улиц, а электричество передается по беспроводной сети от здания к зданию. Появляются первые «беспроводные города», более аккуратные на вид, с улучшенным городским дизайном и эстетикой. В будущем эта тенденция распространится на весь мир.

Передача электроэнергии без провода

  Появление мини-АЭС

Проблемы с экологией, рост цен на энергоресурсы и уже порядком поднадоевший экономический кризис заставляет ученых искать новые способы и пути обеспечения жителей мегаполисов, небольших населенных пунктов электроэнергией.

Обеспечение электроэнергией
Обеспечение электроэнергией

Одним из самых оригинальных проектов последнего времени, решающих проблемы энергообеспечения, стала разработка ученых во главе с Отисом Петерсоном (Otis "Pete" Peterson) из Los Alamos National Laboratory, Нью-Мексико.

Энергообеспечение
Энергообеспечение

По их мнению, в ближайшем будущем человечеству можно будет отказаться от дорогого электричества, производимого ГЭС и АЭС. Вместо них инженеры предлагают использовать миниатюрные подземные атомные электростанции, способные обеспечить энергией до 20 тыс домов.

Мини-АЭС
Мини-АЭС

По размерам мини-АЭС сопоставима с обычным мусорным баком - полтора метра в высоту. К тому же, модуль можно хранить под землей. Джон Дил, глава компании Hyperion Power Generation, занимающейся развитием этого проекта, считает, что если новинка приживется, то совсем скоро стоимость одного киловатта энергии можно будет снизить до 10 центов.

Стоимость электричества
Стоимость электричества

Важной особенностью таких установок является отсутствие в конструкции движущихся элементов, что делает их более-менее надежными. Одного заряда реактора мини-АЭС хватает примерно на 7 - 10 лет. После пяти лет использования реактора АЭС выделяет количество отходов, по размерам сопоставимое с мячиком для софтбола.

Заряд реактора мини-АЭС
Заряд реактора мини-АЭС

Сегодня разработчики уже получили более сотни предварительных заказов на свою продукцию. Первый из них поступил из Чехии. В ближайшем будущем Hyperion планирует построить 3 фабрики.

Перспективы электричества
Перспективы электричества

Опасные свойства электричества

Все опасные свойства электричества вытекают из правила, согласно которому электричество нагревает проводник, по которому проходит. Если по каким-то причинам электрическая сеть испытывает постоянную перегрузку, изоляция постепенно обугливается, осыпается. Изоляция также может разрушиться и в результате неправильного обращения с бытовыми приборами. Возникает возможность короткого замыкания, которое очень опасно.

Короткое замыкание
Короткое замыкание

Разноименные полюса не должны соприкасаться друг с другом, электрический ток должен обязательно проходить через какой-нибудь бытовой прибор или устройство для того, чтобы сила тока соответствовала норме. Электричество, протекая по проводам, встречает небольшое сопротивление, также оно встречает сопротивление в бытовом приборе или лампе накаливания.

Разноименные полюса
Разноименные полюса

Сопротивление бытовых и осветительных приборов измеряется килоомами, тогда как сопротивление электропроводки - просто омами. Если происходит короткое замыкание, сила тока возрастает в несколько тысяч раз. При этом выделяется большое количество теплоты, способное расплавить металл.

Сопротивление осветительных приборов
Сопротивление осветительных приборов

Нетрудно догадаться, что при повышении в несколько тысяч раз температуры проводника (каким в данном случае является электропроводка) изоляция моментально вспыхивает. Это является причиной пожаров и несчастных случаев, поэтому следует быть предельно осторожным, следить за исправностью электропроводки, рассчитывать нагрузку на нее.

Повышение температуры проводника
Повышение температуры проводника

Перегрузка электрической сети является одной из самых распространенных причин короткого замыкания. Однако оно может происходить и по другим причинам: это и неосторожное обращение с оголенными токоведущими частями бытовых и осветительных приборов, перетирание изоляции, перекручивание проводов, сгибание проводов под острыми углами, повреждение проводов во время ремонта или животными.Короткое замыкание может произойти и из-за воздействия влаги.

Перегрузка электрической сети
Перегрузка электрической сети

Именно поэтому в помещениях с повышенной влажностью должны применяться бытовые приборы, имеющие специальную защиту от воздействия влаги. Электроустановочные устройства - розетки и выключатели - также должны быть влагозащищенными. Предпочтение отдается внутренней проводке, а если это невозможно, внешняя проводка должна быть хорошо изолирована.

Изоляция внешней проводки
Изоляция внешней проводки

Если в случае с коротким замыканием происходит пожар, то в случае с воздействием влаги на электроприборы в первую очередь страдает человек. Удар электричеством очень опасен, напряжение 127 V считается смертельным, а что уж говорить про 220 V?

Воздействие влаги на электроприборы
Воздействие влаги на электроприборы

  Поражение человека электрическим током

В 1862 году впервые был описан случай поражения электрическим током при случайном соприкосновении с токоведущими частями. Смерть наступила мгновенно. Подобные случаи смерти, вызванной электрическим током, начали регистрировать; по мере расширения использования электричества число их росло.

Поражение электрическим током
Поражение электрическим током

Мнение было единое - смерть наступала, как правило, мгновенно и каких либо существенных изменений на теле не обнаруживалось. Исключение составляли случаи, когда поражение сопровождалось ожогом электрической дугой.

Поражение электричеством

С конца XIX века начинаются опыты на животных для определения пороговых - опасных - значений тока и напряжения. Определение этих значений вызвалось необходимостью создания защитных мероприятий.

Защита от электрического тока
Защита от электрического тока

Начиная с первых годов XIX столетия, особенно после того, как появляются сведения о крайне мучительной и не мгновенной смерти при казни на электрическом стуле, возникли противоречия, как в оценке опасных значений поражающих токов, так и в оценке механизма поражения.

Поражение током

Не вдаваясь сейчас в существо противоречий, отметим одно: при электротравмах люди погибают иногда при небольших значениях напряжений и токов, и выживают при больших значениях напряжений и токов, достигающих нескольких киловольт и сотен миллиампер.

Защита от поражения током
Защита от поражения током

Основоположник науки об опасности электричества - австрийский учёный Еллинек, столкнувшись при расследовании поражения электрическим током с этим фактом, еще в конце 20-ых годов нашего столетия впервые высказал предположение о том, что решающую роль во многих случаях поражений играет фактор внимания, то есть по существу, тяжесть исхода поражения обуславливается в значительной степени состоянием нервной системы человека в момент поражения.

Австрийский ученый Эмиль Еллинек
Австрийский ученый Эмиль Еллинек

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.

Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

Тепловое действие тока
Тепловое действие тока

Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.

Химическое воздействие тока
Химическое воздействие тока

Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.

Биологическое воздействие тока
Биологическое воздействие тока

Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания.

Виды поражения током
Виды поражения током

В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечно-сосудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрический удар
Электрический удар

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой.

Действие тока на организм человека
Действие тока на организм человека

Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение.

Удар электрическим током
Удар электрическим током

При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления мнимоумершего.

Помощь при ударе током
Помощь при ударе током

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.

Электрический шок
Электрический шок

Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или рефлекторно из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка работы сердца или так называемая фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.

Правильная помощь при поражении током

Остановка дыхания (вследствие паралича мышц грудной клетки) может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки, или вызвана рефлекторно вследствие паралича нервной системы.

Остановка дыхания
Остановка дыхания

Электрический шок представляет собой нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть. Если оказана необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без дальнейших последствий для человека.

Врачебная помощь
Врачебная помощь

Основным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека, является кожа, ее роговой верхний слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным сопротивлением.

Как помочь при поражении электротоком?

Внутреннее сопротивление тела человека является величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности) и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.). При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток.

Сопротивление тела человека
Сопротивление тела человека

При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает. Из вышесказанного становится понятно, что на тяжесть поражения человека электрическим током влияет много факторов.

Поражающий электрический ток
Поражающий электрический ток

Наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками в сыром или жарком помещении. Поражение человека электрическим током в результате электрического удара может быть различным по тяжести, т. к. на степень поражения влияет ряд факторов: величина тока, продолжительность его прохождения через тело, частота, путь, проходимый током в теле человека, а также индивидуальные свойства пострадавшего (состояние здоровья, возраст и др.).

Помощь при электрическом ударе

Основным фактором, влияющим на исход поражения, является величина тока, которая, согласно закону Ома, зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека.

Величина тока
Величина тока

Большую роль играет величина напряжения, т. к. при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего и электрическое сопротивление человека резко уменьшается, а ток возрастает.

Величина напряжения тока
Величина напряжения тока

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.

Пороговый ощутимый ток
Пороговый ощутимый ток

При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением.

Сокращение мышц
Сокращение мышц

При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока.

Действие тока на человека
Действие тока на человека

Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10-15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50-80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.

Электрические ожоги
Электрические ожоги

Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть.

Неотпускающий ток
Неотпускающий ток

Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными.

Нарушение работы легких
Нарушение работы легких

При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть. Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца.

Фибрилляция сердца
Фибрилляция сердца

Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода. Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг.

Прохождение тока по телу
Прохождение тока по телу

Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока. Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: «рука - ноги», «рука - рука».

Оказание помощи при поражении током

Менее опасным считается путь тока «нога - нога». Как показывает статистика, наибольшее число несчастных случаев происходит вследствие случайного прикосновения или приближения к голым, незащищенным частям электроустановок, находящихся под напряжением.

Варианты путей прохождения электрического тока через тело человека
Варианты путей прохождения электрического тока через тело человека

Для защиты от поражения током голые провода, шины и другие токоведущие части либо располагают в недоступных местах, либо защищают ограждениями. В некоторых случаях для защиты от прикосновения применяют крышки, короба и т. п.

Защита от тока
Защита от тока

Поражение током может возникнуть при прикосновении к нетоковедущим частям электроустановки, которые оказываются под напряжением при пробое изоляции. В этом случае потенциал нетоковедущей части оказывается равным потенциалу той точки электрической цепи, в которой произошло нарушение изоляции.

Пробой изоляции проводника
Пробой изоляции проводника

Опасность поражения усугубляется тем, что прикосновение к нетоковедущим частям в условиях эксплуатации является нормальной рабочей операцией, поэтому поражение всегда является неожиданным.

Опасность поражения током
Опасность поражения током

В отношении поражения людей электрическим током в «Правилах устройства электроустановок» различают следующий виды помещений.

Правила устройства электроустановок
Правила устройства электроустановок

Помещения с повышенной опасностью, которые характеризуются наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

- сырости или проводящей пыли;

- токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных и т. п.);

- высокой температуры;

- возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

Помещения с повышенной опасностью
Помещения с повышенной опасностью

Особо опасные помещения, которые характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

-особой сырости;

-химически активной среды;

-одновременного наличия двух или более условий повышенной опасности.

Особо опасные помещение
Особо опасные помещение

Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную опасность и особую опасность.

Помещения без повышенной опасности
Помещения без повышенной опасности

Источники и ссылки

  Источники текстов, картинок и видео

wikipedia.org - свободная электронная энциклопедия Википедия

ru.wiktionary.org - электронный информационный онлайн Викисловарь

dic.academic.ru - словари и энциклопедии на портале Академик

bibliotekar.ru - электронная онлайн-библиотека Библиотекарь

youtube.com - видеохостинг с видео различной тематики

rutube.ru - видеохостинг с различным видео

studopedia.org - онлайн-энциклопедия для студентов Студопедия

wikiznanie.ru -электронная онлайн-энциклопедия Викизнание

bibliofond.ru - электронная онлайн-библиотека Библиофонд

grandars.ru - электронная экономическая энциклопедия Грандарс

dictionary-economics.ru - онлайн-словарь экономических терминов

tolkslovar.ru - онлайн-сборник толковых словарей

chto-eto-takoe.ru - энциклопедический сайт о значениях слов

13min.ru - сайт о человеке и современном обществе

kostyor.ru - сайт с материалами для школьников

electricalschool.info - информационный сайт об электричестве

polnaja-jenciklopedija.ru - онлайн-справочник для школьников и студентов

myblaze.ru - портал о высоких технологиях и Интернете

vedu.ru - толковый словарь русского языка

mukhin.ru - информационный сайт о строительстве домов

elektrik-services.kiev.ua - сайт об электричестве и услугах электрика

vseznayka.kiev.ua - портал с информацией различной тематики

coolsci.ru - сайт с познавательными статьями о науке

chem21.info - сайт о химии и химической технологии

fxyz.ru - сайт с формулами и расчетами

school.xvatit.com - информационный сайт Гипермаркет знаний

class-fizika.narod.ru - сайт с материалами по физике для школьников

ru.solverbook.com - сайт с формулами для учащихся

electricalschool.info - портал об электричестве Школа для электрика

elektri4estwo.ru - познавательный сайт об электричестве

electrohobby.ru - сайт с информацией об электричестве

raal100.narod.ru - сайт с материалами для учащихся

e-reading.club - электронная библиотека Е-ридинг

physics.ru - сайт с материалами по физике

hi-news.ru - сайт Новости высоких технологий

allforchildren.ru - сайт с научными знаниями для детей

elektronchik.ru - сайт с информацией по электричеству

electricvdome.ru - сайт об электричества Электрик в доме

elektroschetchiki.ru - сайт о счетчиках электрической энергии

interelectro.com.ua - официальный сайт компании Интерэлектро

electrikpro.ru - информационный интернет ресурс посвящённый теме электричества

obrazovanie21.ru - сайт с материалами по физике и астрономии

e-help.com.ua - технический портал об электричестве

svet-con.ru - интернет-магазин светильников Свет Консалтинг

for.su - информационный сайт об электричестве

fablabs.ru - информационный портал на разные темы Опенфаблаб

ido.tsu.ru - сайт Института дистанционного образования

its-physics.org - сайт с научной информацией по физике

e-science.ru - информационный сайт о физике

interneturok.ru - сайт для учеников с видеоуроками

school-collection.edu.ru - сайт с учебными материалами для школьников

class-fizika.narod.ru - материалы по физике для учащихся

elektal.com.ua - сайт с информацией по электричеству

electricsafety.ru - информационный сайт об электричестве

physicalsystems.org - информационный сайт со статьями по физике

двойкам-нет.рф - сайт с учебными материалами для школьников

theremin.ru - сайт Центра электроакустической музыки

inosmi.ru - информационно-новостной портал ИноСМИ

3dnews.ru - сайт о цифровых технологиях

futurenow.ru - онлайн-проект Будущее сейчас

steelguide.ru - сайт об обработке метслла

alcala.ru - онлайн-сборник энциклопедий и энциклопедических словарей

allencyclopedia.ru - сборник электронных онлайн-энциклопедий

tehinfor.ru - информационный сайт о технологиях

forum220.ru - форум по электротехнике и электромонтажным работам

engineeringsystems.ru - информационный сайт Инженерная энциклопедия

autoeco.info - сайт об экологических автомобилях

  Ссылки на интернет-сервисы

forexaw.com - информационно-аналитический портал по финансовым рынкам

Google.ru - крупнейшая поисковая система в мире

economic-definition-com-video.google.com - поиск видео в интернете черег Google

translate.google.ru - переводчик от поисковой системы Google Inc.

maps.google.ru - карты от Google Inc. для поиска мест описываемых в материале

Yandex.ru - крупнейшая поисковая система в России

wordstat.yandex.ru - сервис от Яндекса позволяющий анализировать поисковые запросы

economic-definition-com-video.yandex.ru - поиск видео в интернете через Яндекс

images.yandex.ru - поиск картинок через сервис Яндекса

maps.yandex.ru- карты от Яндекса для поиска мест описываемых в материале

finance.yahoo.com - данные о финансовом состоянии компаний

Google.com/finance - финансовый сервис системы Google Inc.

otvet.mail.ru - сервис ответов на вопросы

rabota.mail.ru - сервис поиска работы, вакансий и информации о компаниях

slovari.yandex.ua - сервис словарей на Яндексе

help.yandex.ru - сервис компьютерной помощи на Яндексе

  Создатель статьи

Автором данной статьи является Панкратова Татьяна Владимировна

vk.com/panyt2008 - профиль автора Вконтакте

Фейсбук.com/profile.php?id=1849770813 - профиль автора статьи в Facebook

odnoklassniki.ru/profile513850852201- профиль автора данной статьи в Однокласниках

plus.Google.com/114249854655731943816 - профиль автора материала в Гугл+

my.mail.ru/mail/pany-t2008 - профиль автора данного материала в Мой мир

Twitter.com/Kollega7- профиль создателя статьи в Твитере

layma-1000.livejournal.com - блог создателя данной статьи в Живом Журнале

Корректировщик статьи - Джейкоб

Рецензент статьи - профессор, д. э. н. Хайзенберг

Главный редактор ForexAW.com - Варис смотрящий