Кто придумал электричество и в каком году

См. также: Портал:Физика

Электри́чество — 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 [1] .

Содержание

История [ править | править код ]

Одним из первых, чьё внимание привлекло электричество, был греческий философ Фалес Милетский, который в VII веке до н. э. обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч. ἤλεκτρον : электрон) приобретает свойства притягивать лёгкие предметы [2] . Однако, долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году Уильям Гилберт ввёл в обращение сам термин электричество («янтарность»), а в 1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания [3] . В 1729 году англичанин Стивен Грей провёл опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество [4] . В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шёлк и смолы о шерсть [5] . В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создаёт первый электрический конденсатор — Лейденскую банку. Примерно в эти же годы работы по изучению атмосферного электричества вели и русские учёные — Г. В. Рихман и М. В. Ломоносов .

Первую теорию электричества создаёт американец Бенджамин Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения с электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний [6] . Изучение электричества переходит в категорию точной науки после открытия в 1785 году закона Кулона.

Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой [1] . В 1802 году Василий Петров обнаружил вольтову дугу.

С этого открытия русского ученого началась история электрической лампочки или лампы накаливания. В дальнейшем основной вклад в создание электрической лампочки внесли русские инженеры Павел Николаевич Яблочков и Александр Николаевич Лодыгин.

Лодыгин после долгих экспериментов создал «Товарищество электрического освещения Лодыгин и компания» и в 1873 году продемонстрировал лампы накаливания своей системы. Академия наук присвоила Лодыгину Ломоносовскую премию за то, что его изобретение приводит к «полезным, важным и новым практическим применениям». Тогда же собственную конструкцию лампы параллельно разрабатывал Павел Яблочков. В 1876 году он получил патент за лампочку своей системы, которая получила название «свеча Яблочкова». После грандиозного успеха свечи Яблочкова на Парижской выставке 1878 года, которую посетило много русских, ею заинтересовались в России. Лодыгину, наоборот, не удалось наладить в России широкое производство своих ламп. Он уехал в Америку, и там узнал, что изобретенная им лампочка носит имя Эдисона. Но русский инженер не стал доказывать свой приоритет, а продолжал работу над усовершенствованием своего изобретения [7] .

В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).

Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создаёт на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привёл Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка британским (шотландским) физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 году.

В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).

В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества — электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.

В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединённую теорию электрослабых взаимодействий.

Теория [ править | править код ]

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 [8] . 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 закреплён вполне определённый знак). 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, таким образом, имеют место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм) (Эрстед, Фарадей, Максвелл). В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, электрон и антипротон имеют отрицательный заряд, а протон и позитрон — положительный.

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. 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.

Электричество в природе [ править | править код ]

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). 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 напряжённостью 100 В/м. Отрицательный заряд земной поверхности поддерживается молниями [ источник не указан 246 дней ] [9] .

Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. 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. 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. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передаётся без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия [10] .

Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Южноамериканский электрический угорь способен генерировать электрические разряды напряжением до 500 вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 500 Вт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создаёт напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде [11] .

Производство и практическое использование [ править | править код ]

Генерирование и передача [ править | править код ]

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 лёгкие предметы и порождать искры, в сущности он чрезвычайно малоэффективен [12] . Функциональный источник электричества появился только в 1800 году, 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. Батарея даёт возможность получить электричество в случае необходимости, является многофункциональным и широко распространённым 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. Для удовлетворения более существенных потребностей в большем её объёме электрическая энергия должна непрерывно генерироваться и передаваться по линиям электропередач.

Обычно для её порождения применяются электромеханические генераторы, приводимые в действие либо за счёт сжигания ископаемого топлива, либо с использованием энергии от ядерных реакций, либо посредством силы воздушных или водных течений. Современная паровая турбина, изобретённая Ч. Парсонсом в 1884 году, в настоящее время генерирует примерно 80 % всего электричества в мире, используя те или иные источники нагрева. 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 [13] . Ближе к концу XIX века был изобретён трансформатор, что позволило более эффективно передавать электроэнергию при более высоком напряжении и меньшей силе тока. В свою очередь, эффективность передачи энергии обусловливала возможность генерировать электричество на централизованных электростанциях с выгодой для последних и затем перенаправлять его на довольно протяжённые дистанции к конечным потребителям [14] [15] .

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

По мере того, как идёт 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 [16] , а в настоящее время аналогичный прогресс наблюдается у таких интенсивно развивающихся экономик, как Китай и Индия [17] [18] . Исторически рост потребности в электричестве опережает аналогичные показатели для других видов энергоносителей [19] . 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 счёт энергии ветра и воды [20] .

Применение [ править | править код ]

Использование электричества обеспечивает довольно удобный [ источник не указан 1420 дней ] способ передачи энергии, и в силу этого оно было адаптировано для существенного и по сей день растущего спектра практических приложений [21] . 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 [22] . Первая лампа накаливания представляла собой замкнутый сосуд без воздуха с угольным стержнем. [23] . Хотя с электрификацией были сопряжены свои риски, замена открытого огня на электрическое освещение в значительной степени сократила количество возгораний в быту и на производстве [24] .

В целом, начиная с XIX века, электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют не только для освещения [25] , но и для передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте [26] (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).

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

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

Закон Джоуля-Ленца о тепловом действии электрического тока обусловливает возможности для электрического отопления помещений. Хотя такой способ довольно универсален и обеспечивает определённую степень управляемости, его можно рассматривать как излишне ресурсозатратный — в силу того, что генерирование используемого в нём электричества уже потребовало производства тепла на электростанции [27] . В некоторых странах, например — в Дании, были даже приняты законодательные нормы, ограничивающие или полностью запрещающие использование электрических средств отопления в новых домах [28] . В то же время электричество — это практичный источник энергии для охлаждения, и одной из активно растущих областей спроса на электричество является кондиционирование воздуха [29] [30] .

По данным Всемирного банка, на сегодняшний день (2015) более миллиарда человек в мире живут без использования электричества в быту. Около 3 млрд человек используют для приготовления пищи и отопления керосин, дрова, древесный уголь и навоз. [31] .

Современному человеку трудно представить жизнь без электричества. Оно прочно вошло в нашу жизнь, и мы мало задумываемся над тем, когда оно появилось. А ведь именно благодаря электричеству стали более интенсивно развиваться все направления науки и техники. Кто изобрел электричество, когда оно впервые появилось в мире?

История возникновения

Еще до нашей эры философ из Греции Фаллес заметил, что после трения янтаря о шерсть к камню притягиваются мелкие предметы. Затем исследованием таких явлений долгое время никто не занимался. Только в 17 веке исследовав магниты, их свойства английский ученый Уильям Гильберг ввел новый термин «электричество». Ученые стали больше проявлять интереса к нему и заниматься исследованиями в этой области.

Гильбергу удалось изобрести прообраз самого первого электроскопа, он назывался версор. С помощью этого прибора он установил, что кроме, янтаря и другие камни могут к себе притягивать мелкие предметы. В число камней входят:

• алмаз;
• аметист;
• стекло;
• сапфир;
• сланцы;
• опал;
• карборунд.

Благодаря созданному прибору ученый смог провести несколько опытов и сделать выводы. Он понял, что пламя имеет свойство серьезно влиять на электрические свойства тел после трения. Ученый заявил, что гром и молния — явления электрической природы.

Великие открытия

Первые опыты по передаче электричества на малые расстояния были проведены в 1729 году. Ученые сделали вывод, что не все тела могут передавать электричество. Через несколько лет после ряда испытаний француз Шарль Дюфе заявил, что есть два типа электрического заряда — стеклянного и смоляного. Они зависят от материала, который используется для трения.

Затем учеными с разных стран были созданы конденсатор и гальванический элемент, первый электроскоп, медицинский электрокардиограф. Первая лампочка накаливания появилась в 1809 году, которую создал англичанин Деларю. Спустя 100 лет, Ирнвинг Ленгмюр разработал лампочку с вольфрамовой спиралью, заполненной инертным газом.

В 19 веке было много очень важных открытий, благодаря которым появилось электричество в мире Большую лепту в области открытий внесли известные всему миру ученые:

• Ампер;
• Джоуль;
• Фарадей;
• Гери;
• Ом;
• Вольт.

Они изучали свойства электричества и многие из них названы в их честь. В конце 19 века ученые-физики делают открытия о существовании электрических волн. Им удается создать лампу накаливания и передавать электрическую энергию на большие расстояния. С этого момента электричество медленно, но уверенно начинает распространяться по всей планете.

Когда появилось электричество в России?

Если говорить об электрификации на территории Российской империи, то в этом вопросе нет конкретной даты. Всем известно, что в 1879 году в Санкт-Петербурге сделали освещение по всему Литейному мосту. Он освещался с помощью ламп. Однако, в Киеве были установлены электрические фонари в одном из железнодорожных цехов на год раньше. Это событие не привлекло к себе внимание, поэтому официальной датой появления электрического освещения в Российской империи считается 1879 год.

Первый электротехнический отдел появился в России 30 января 1880 года в Русском техническом обществе. Отдел был обязан курировать внедрение электричества в повседневную жизнь государства. Уже в 1881 году Царское Село было полностью освещенным населенным пунктом и стало первым современным и европейским городом.

15 мая 1883 года считается также знаковой датой для страны. Это связано с проведением иллюминации Кремля. В это время вступал на престол император Александр III, а иллюминация была приурочена к такому важному событию. Почти сразу после этого исторического события освещение было проведено сначала на главной улице и затем в Зимний дворец Санкт-Петербурга.

По указу императора в 1886 году было учреждено «Общество электроосвещения». В его обязанности входило освещение двух главных городов — Москва и Санкт-Петербург. Уже через два года началось строительство электростанций по всем крупнейшим городам. Первый электротрамвай в России был запущен в 1892 году. В Петербурге через 4 года пустили в эксплуатацию первую ГЭС. Она была построена на реке Большая Охта.

Важным событием было появление первой электростанции в Москве в 1897 году. Ее построили на Раушской набережной с возможностью вырабатывать переменный трехфазный ток. Она сделала доступной передачу электричества на большие расстояния и использовать его без потери мощности. Строительство электростанций в других российских городах стало развиваться только перед Первой мировой войной.

Интересные факты истории появления электричества в России

Если внимательно изучать некоторые факты электрификации Российского государства можно узнать много любопытной информации.

Первую лампочку накаливания с угольным стержнем изобрел в 1874 году А.Н.Лодыгин. Устройство было запатентовано крупнейшими странами Европы. Через время ее усовершенствовал Т. Эдиссон и лампочку стали использовать по всей планете.

Русский электротехник П.Н. Яблочков в 1876 году закончил разработку электрической свечи. Она стала проще, дешевле и удобней чем лампочка Лодыгина в эксплуатации.

В составе Русского технического общества был создан Особый Электротехнический отдел. В него входили П.Н. Яблочков, А.Н.Лодыгин, В.Н.Чиколев и другие активные физики и электротехники. Главная задача отдела было — содействие развитию электротехники в России.

Мало кто задумывается, когда появилось электричество. А история его довольно интересна. Электричество делает жизнь комфортнее. Благодаря ему, стало доступно телевидение, Интернет и многое другое. И современную жизнь без электричества уже невозможно представить. Оно значительно ускорило развитие человечества.

История электричества

Если начать разбираться, когда появилось электричество, то нужно вспомнить греческого философа Фалеса. Именно он первый обратил внимание на это явление в 700 г. до н. э. Фаллес обнаружил, что при трении янтаря о шерсть камень начинает притягивать к себе легкие предметы.

В каком году появилось электричество? После греческого философа долгое время это явление никто не исследовал. И знаний в этой области не прибавлялось до 1600 г. В этом году Уильям Гилберт ввел термин «электричество», исследовав магниты и их свойства. С того времени это явление начали интенсивно изучать ученые.

Первые открытия

Когда появилось электричество, примененное в технических решениях? В 1663 г. была создана первая электромашина, которая позволяла наблюдать эффекты отталкивания и притяжения. В 1729 г. английский ученый Стивен Грей провел первый опыт, когда электричество передавалось на расстоянии. Спустя четыре года французский ученый Ш. Дюфе обнаружил, что электричество имеет 2 типа заряда: смоляной и стеклянный. В 1745 г. появился первый электроконденсатор – Лейденская банка.

В 1747 г. Бенджамином Франклином была создана первая теория, объясняющая это явление. А в 1785 г. появился закон Кулона. Электричество долго изучали Гальвани и Вольт. Был написан трактат о действии этого явления при мышечном движении и изобретен гальванический предмет. А русский ученый В. Петров стал открывателем вольтовой дуги.

Освещение

Когда появилось электричество в домах и квартирах? Для многих это явление связано в первую очередь с освещением. Таким образом, следует рассматривать, когда была изобретена первая лампочка. Это произошло в 1809 г. Изобретателем стал англичанин Деларю. Чуть позже появились спиралевидные лампочки, которые были наполнены инертным газом. Производиться они начали в 1909 г.

Появление электричества в России

Через некоторое время после введения термина «электричество» это явление начали исследовать во многих странах. Началом перемен можно считать появление освещения. В каком году появилось электричество в России? Согласно общественному резонансу, эта дата – 1879 год. Именно тогда в Петербурге впервые была проведена электрификация Литейного моста с помощью ламп.

Но на год раньше в Киеве, в одном из железнодорожных цехов, были установлены электрические фонари. Поэтому дата появления электричества в России — несколько спорный вопрос. Но так как это событие осталось без внимания, то официальной датой можно считать именно освещение Литейного моста.

Но есть еще одна версия, когда появилось электричество в России. С юридической точки зрения эта дата – тридцатое января 1880 года. В этот день в Русском техническом обществе появился первый электротехнический отдел. В его обязанности вменялось курировать внедрение электричества в повседневную жизнь. В 1881 г. Царское село стало первым европейским городом, который был полностью освещен.

Еще одна знаковая дата – пятнадцатое мая 1883 г. В этот день впервые была проведена иллюминация Кремля. Событие было приурочено к вступлению на российский трон Александра III. Для освещения Кремля на Софийской набережной специалистами-электриками была установлена небольшая электростанция. После этого события освещение сначала появилось на главной улице Петербурга, а потом в Зимнем дворце.

Летом 1886 г. указом императора было учреждено «Общество электроосвещения». Оно занималось электрификацией всего Петербурга и Москвы. А в 1888 г. начали строиться первые электростанции в крупнейших городах. Летом 1892 г. в России был запущен дебютный электротрамвай. А в 1895 г. появилась первая ГЭС. Она была построена в Петербурге, на р. Большая Охта.

А в Москве первая электростанция появилась в 1897 г. Она была построена на Раушской набережной. Электростанция вырабатывала переменный трехфазный ток. И это позволяло передавать электричество на большие расстояния без существенной потери мощности. В других городах России электростанции начали строиться на заре двадцатого века, перед Первой мировой войной.