Электричество, неотъемлемая часть нашей жизни, без которой современный человек не представляет своего существования, даже не задумываясь о сути столь важного процесса. Электрический заряд - это особое свойство материи, электричеством или электрическим током называют совокупность явлений, связанных с существованием, движением и взаимодействием заряженных частиц. Электричество - это и направленный поток движения этих частиц, и выделяемая при этом форма энергии, и получаемое с ее помощью освещение, и раздел физики занимающийся изучением этих явлений. Привычное же нам понятие в 1600 году ввел в обиход английский естествоиспытатель, магистр философии и медицинских наук, Уильям Гилберт, по совместительству являющийся главным лекарем королевского двора. Экспериментируя, он заметил свойство янтаря притягивать легкие предметы, получив заряд в результате трения о сукно. Греки называли янтарь электроном, по аналогии электронами ученый назвал заряженные частицы, а само явление, с его легкой руки стало электричеством.
Электрические заряды подразделяются на два вида - положительные и отрицательные, у электронов заряд отрицательный, тогда как положительный заряд прерогатива протонов. Между разноименными зарядами действует сила притяжения, одноименные отталкиваются.
Электроны и протоны не контактируют между собой и с окружающей средой, но вокруг них образуется электрическое поле, действующее на другие тела. Электрическое поле создается любым заряженным телом и воздействует на любое заряженное тело.
Электрические частицы создают не только электрическое, но и магнитное поле, понятия электричества и магнетизма родственные. Собственно, Гилберт изучал именно магнетизм, а появление термина электричества скорее приятный бонус, а не цель, поэтому его детище, в котором впервые упоминается об электричестве, называется «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле».
В ходе опыта, нацеленного на выяснение возможностей передачи электричества на расстояние, были выявлены вещества, имеющие большое сопротивление, способные проводить электрический ток (проводники), и тела, его не пропускающие (изоляторы).
Изучением электрических зарядов и связанных с их свойствами и действием явлений занимается электродинамика. Одно из основных ее направлений - квантовая электродинамика, изучающая квантовые свойства электромагнитных полей.
История изучения электричества
Как невозможно ответить на риторический вопрос о первенстве яйца или курицы, так нереально узнать, кто именно открыл электричество. Обратимся к хронологии событий, позволивших человечеству продвинуться в постижении этой науки.
- Первые упоминания о способности тел приобретать заряд - 700 год, до н. э., Фалес.
- Появление общей терминологии - 1600 г, У. Гилберт.
- Первый электростатический генератор - 1663 г, О. Герике.
- Деление веществ на проводники и изоляторы - 1729 г, С. Грей.
- Изобретение конденсатора (накопителя) - 1745 г, П. Мушенбрук и Г. Клейст, одновременно, но в разных странах изобрели Лейденскую банку.
- Появление всемирной теории электричества - 1747 г, Б. Франклин.
- Переход электричества в категорию изучаемых точных наук - 1785 г, толчком послужило открытие Ш. Кулоном закона о взаимодействии электрических и магнитных зарядов.
- Доказательство существования напряжения в живых мышечных тканях - 1791 г, Л. Гальвани.
- Первая батарея (гальванический ток) - 1800 г, А. Вольта.
- Открытие электрической дуги - 1802 г, В. Петров.
- Понятие о направлении электрического тока - 1824 г, А. Ампер.
- Выведение закона о силе тока - 1826 г, Г. Ом.
- Выведение закона электромагнитной индукции - 1831 г, М. Фарадей, Д. Генри.
- Выведение законов электролиза - 1834 г, М. Фарадей.
- Выведение уравнения взаимосвязи между электрическим и магнитным полем - 1873 г, Джеймс Максвелл.
- Изобретение первой лампы накаливания (угольный стержень) - 1872 г, А. Лодыгин.
- Доказательство существования электрона (материального носителя электричества) - 1879 г, Д. Томсон.
- Регистрация электромагнитных волн - 1888 г, Г. Герц.
С приходом двадцатого века мы обогатились неоновой лампой, и несколькими важными теориями (квантовая электродинамика, слабые электровзаимодействия), а сравнительно недавно, уже в веке двадцать первом свершилась первая беспроводная передача электроэнергии, но все самое интересное еще впереди.
Что удивительно, самым известным ученым, практически волшебником, весь мир считает хорватского инженера-изобретателя Никола Теслу. Он не открыл каких-либо основополагающих законов, но их отсутствие перекрыл не только бешеной харизмой, но и множеством научных работ, теорий и полезных изобретений. Считается, что и «Тунгусский метеорит», над которым по сей день ломают головы и ученые, и любознательные энтузиасты, его рук дело.
Роль электричества в природе
До подтверждения Франклином электрической природы молний, не только общественность, но и ученые искренне считали, что как раз в природе электричества-то и нет. При том, что именно оно могло стать одним из факторов, создавших условия для зарождения жизни на планете. Электричество, не только двигатель прогресса, но и основа всего живого - без напряжения, существующего в мышечных тканях, невозможны нервные импульсы, а без них невозможно даже дыхание и движение, не говоря о более сложных жизненных процессах.
Интересно, что некоторые рыбы, за счет электрического импульса добывающие пропитание и защищающиеся от врагов, вырабатывают заряды огромной силы. Они смертельны для крупных хищников, но совершенно безопасны для самих носителей, которые, по сути, являются живыми конденсаторами.
Получение и использование электричества
Электроэнергию в глобальных масштабах человечество получает в основном путем преобразования из механической. Электростанции оснащены огромными турбинами, которые вращает либо вода, либо водяной пар. В первом случае вода проходит сквозь плотину или приводится в движение под влиянием лунных циклов, во втором до состояния пара нагревается в результате процесса горения или в ходе ядерной реакции. Существуют и альтернативные источники, такие, как ветер и солнце, но их доля в общей массе пока незначительна. Выработанная энергия поступает к потребителям по линиям электропередач, так как беспроводной способ пока еще фантастика, хотя и приближенная к реальности.
Если наши предки обходились лучиной и ручной тягой, мы полностью зависимы от освещения, связи, средств передвижения, работающих на электрогенераторах, бытовых приборов, инструментов и другой вспомогательной техники. Без электричества просто невозможно существование и развитие современной цивилизации. Недаром даже в мифологии самые грозные боги, которым поклонялись наши предки, громовержцы, повелевающие молниями - это и Зевс, и Тор, и Перун.
Подведем итоги
Сложно переоценить важность электричества, это явление не просто облегчает нашу действительность, оно в прямом смысле дает жизнь всему живому и обеспечивает взаимодействие всех существ и веществ на планете.
Человек не может жить без света. С давних времен человечество использовало все возможные источники природной энергии для освещения жизни, приготовления пищи и приобретению сил, как душевных, так и физических.
Первым источником света и энергии было всего солнце. Ему поклонялись как богу, складывали бесчисленное количество песен, легенд, стихов и сказаний. Солнце использовали и чтили. Так же как и огонь. Приручив огонь, древний человек получил неотъемлемый источник жизнедеятельности и защиты. Это событие позволило открыть долгий путь роста, совершенства и развития человека как высшего земного существа.
Прошли столетия и по пришествию многих лет пылкий ум человека создал искусственные источники энергии. Сегодня одно из них очень активно и постоянно используется во всех аспектах жизнедеятельности человечества. Более того, без его существования современный человек не представляет своей жизни. Это электричество. Этот источник энергии был создан учеными достаточно недавно, но очень быстро захватил правление над человеческим существованием.
Действительно, как можно сегодня прожить без всех приборов, которые работают только на электрической энергии? Никак, замены пока нет.
Если задаться вопросом о месте покупки люстры Киев конечно является первоисточников, так как в столицу всегда идет основная часть всех товаров. Но и в регионах можно без труда найти этот нужный товар для жизнедеятельности человека. Так в областных центрах можно найти массу специализированных магазинов по продажи люстры и светильников различного рода. На пример, чтобы в центральной Украине купить люстры Винница является чудесным городом для этой покупки.
Сегодня созданы разные виды добывание этой энергии: теплоэлектростанции, гидроэлектростанции, атомные электростанции. А так же альтернативные станции для добывания электричества: солнечные станции, ветряные станции и другие. Каждый день ученые мира плодотворно работают над изобретением новых технологий для добывания электричества, более мощных и экологических.
Но, великим великое. А обыватели каждый день используют электричество в своем быту. Одним из видов использования является такое же, как и других источников энергии сначала существования человечества: как источник света. А сосудам, передающим световую энергию множество веков, и это целая великая индустрия.
Прекрасные люстры, светильники и канделябры создавались многие века и во всех странах мира. Нет ни одной нации, которая не производит на сегодняшний день осветительные приборы.
На родина так же преуспела в производстве различного вида люстр. Но кроме собственного производства в Украину поставляют множество осветительных приборов зарубежного производства. Таким образом, рынок страны изобилует ассортиментом осветительных приборов.
Конечно, можно человек сегодня не может обходиться без электричества. Но так же ему сложно жить и без сопутствующих его предметов, таких как люстры и светильники.
Электрический кабель и силовой провод - материалы, которые широко востребованы в строительстве, торговле, промышленности и других сферах. Монтажные провода используются для прокладки инженерных коммуникаций, ЛЭП, создания охранных систем. Контрольные кабели применяются для создания систем электроснабжения. В соответствии с ГОСТом они выдерживают ток промышленных частот.
Обычный кабель используется для создания слаботочных систем и систем дальней связи, для формирования информационных и сигнальных сетей, а также для прокладки бытовой проводки, монтажа охранного контура и главных инженерных коммуникаций. Он применяется на шахтах, кораблях, железнодорожных узлах, а также при строительстве зданий разного назначения.
В зависимости от области применения провода обладают разными характеристиками и по-разному монтируются на объекте. А именно:
– одни рассчитаны на стационарную прокладку, как под землей, так и в воздухе;
– другие востребованы при создании подвижного присоединения;
– третьи подходят для создания воздушных ЛЭП.
Если для монтажа нужны термостойкие и огнеустойчивые материалы, можно приобрести специальные кабели и провода с доставкой по Москве и в другие города России. Они обладают стойкой изоляцией, низкой восприимчивостью к высоким температурам и обеспечивают хороший уровень безопасности.
Преимущества провода и кабеля
В основе кабеля и провода лежит медь. Этот металл не подвергается коррозии и обеспечивает оптимальную проводимость. Он устойчив к изломам, легко скручивается, пластичный, гибкий, а также не поддерживает горение.
Вся продукция обладает уникальными техническими характеристиками и высоким качеством, согласно мировым стандартам. Изделия, представленные в каталоге нашего интернет-магазина, выгодно отличаются своей надёжностью в эксплуатации и высоким качеством.
В жизни современного человека огромную роль играет электричество. До сих пор многие не понимают, как когда-то люди жили без электрического тока. В наших домах есть свет, вся бытовая техника, начиная от телефона и заканчивая компьютером, работает от электрического напряжения. Кто изобрёл электричество и в каком году это произошло, знают далеко не все. А вместе с тем это открытие положило начало новому периоду в истории человечества.
На пути к появлению электричества
Древнегреческий философ Фалес, живший в 7 веке до нашей эры, выяснил, что если потереть янтарь о шерсть, то к камню начнут притягиваться мелкие предметы. Лишь спустя много лет, в 1600 году, английский физик Уильям Гилберт ввел термин «электричество» . С этого момента ученые стали уделять ему внимание и проводить исследования в этой области. В 1729 Стивен Грей доказал, что электричество можно передавать на расстоянии. Важный шаг был сделан после того, как французский ученый Шарль Дюфэ открыл, как он считал, существование двух видов электричества: смоляного и стеклянного.
Первым, кто попробовал объяснить, что такое электричество, был Бенджамин Франклин, портрет которого нынче красуется на стодолларовой купюре. Он считал, что все вещества в природе имели «особую жидкость». В 1785 был открыт закон Кулона. В 1791 году итальянский ученый Гальвани исследовал мышечные сокращения у животных. Он выяснил, проводя опыты на лягушке, что мышцы постоянно возбуждаются мозгом и передают нервные импульсы.
Огромный шаг на пути к изучению электричества был сделан в 1800 году итальянским физиком Алессандром Вольта
, который придумал и изобрел гальванический элемент - источник постоянного тока. В 1831 году англичанин Майкл Фарадей изобрел электрический генератор, который работал на основе электромагнитной индукции.
Огромный вклад в развитие электричества внес выдающийся ученый и изобретатель Никола Тесла. Он создал приборы, которые до сих пор используются в быте. Одна из самых известных его работ - двигатель переменного тока, на основе которого был создан генератор переменного тока. Также он проводил работы в области магнитных полей. Они позволяли использовать переменный ток в электродвигателях.
Еще одним ученым внесшим вклад в развитие электричества, был Георг Ом, который экспериментальным путем вывел закон электрической цепи. Другим выдающимся ученым был Андре-Мари Ампер. Он изобрел конструкцию усилителя, которая представляла собой катушку с витками.
Также важную роль в изобретении электричества сыграли:
- Пьер Кюри.
- Эрнест Резерфорд.
- Д. К. Максвелл.
- Генрих Рудольф Герц.
В 1870-х годах
русским ученым А. Н. Лодыгиным была изобретена лампа накаливания. Он, предварительно откачав из сосуда воздух, заставил светиться угольный стержень. Чуть позже он предложил заменить угольный стержень на вольфрамовый. Однако запустить лампочку в массовое производство смог другой ученый - американец Томас Эдисон. Поначалу в качестве нити в лампе он использовал обугленную стружку, полученную из китайского бамбука. Его модель получилась недорогой, качественной и могла прослужить относительно долгое время. Значительно позже Эдисон заменил нить на вольфрамовую.
Никто не знает, в каком году изобрели электричество, но начиная с XIX века оно активно вошло в жизнь человека. Поначалу это было просто освещение, затем электрический ток начали применять и для других сфер жизни (транспорта, средств передачи информации, бытовой техники).
Использование освещения в России
Пытаясь выяснить, в каком году появилось электричество в России, учёные склоняются к мнению, что это случилось в 1879 году . Именно тогда был освещен Литейный мост в Петербурге. 30 января 1880 года был создан электротехнический отдел в Русском техническом обществе. Это общество и занималось развитием электричества в Российской империи. В 1883 году произошло знаковое в истории электричества событие - было выполнено освещение Кремля, когда к власти пришел Александр III. По его указу образовывается специальное общество, которое занимается разработкой генерального плана по электрификации Петербурга и Москвы.
Переменный и постоянный ток
Когда открыли электричество, между Томасом Эдисоном и Никола Теслой разгорелся спор, какой ток использовать в качестве основного, переменный или постоянный. Противостояние между учёными даже было прозвано «Войной токов». В этой борьбе победил переменный ток , так как он:
- легко передается на большие расстояния;
- не несет огромных потерь, передаваясь на расстоянии.
Основные области потребления
В повседневной жизни
постоянный ток применяется довольно часто. От него работают различные бытовые приборы, генераторы и зарядные устройства. В промышленности его используют в аккумуляторах и двигателях. В некоторых странах им оснащаются линии электропередач.
Переменный ток способен меняться по направлению и величине в течение определенного промежутка времени. Он применяется чаще постоянного. В наших домах его источником служат розетки, к ним подключают различные бытовые приборы под разным напряжением. Переменный ток часто применяется в промышленности и при освещении улиц.
Сейчас электричество в наши дома поступает благодаря электрическим станциям . На них установлены специальные генераторы, которые работают от источника энергии. В основном эта энергия тепловая, которая получается при нагревании воды. Для нагревания воды используют нефть, газ, ядерное топливо или уголь. Пар, образовывающийся при нагревании воды, приводит в действие огромные лопасти турбин, которые, в свою очередь, запускают генератор. В качестве питания генератора можно использовать энергию воды, падающую с высоты (с водопадов или плотин). Реже используется сила ветра или энергия солнца.
Затем генератор при помощи магнита создает поток электрических зарядов, проходящих по медным проводам. Для того чтобы передавать ток на большие расстояния, необходимо повысить напряжение. Для этой роли используется трансформатор, который повышает и понижает напряжение. Потом электричество с большой мощностью передается по кабелям к месту его применения. Но перед попаданием в дом необходимо понизить напряжение с помощью другого трансформатора. Теперь оно готово к использованию.
Когда заводят разговор об электричестве в природе , первыми на ум приходят молнии, но это далеко не единственный его источник. Даже наши с вами тела имеют электрический заряд, он существует в тканях человека и передает нервные импульсы по всему организму. Но не только человек содержит в себе электрический ток. Многие обитатели подводного мира также способны выделять электричество, например, скат содержит в себе заряд мощностью 500 Ватт, а угорь может создать напряжение до 0,5 киловольт.
Электроэнергия в жизни современного общества совершенно неотъёмная его часть. Прежде чем вы включите компьютер, или откроете холодильник, или просто позвоните в дверь квартиры - на мгновение попробуйте представить себе, что всё это единовременно стало недоступным. Не работает лифт в подъезде; на перекрёстках заторы из автомобилей, пешеходов - не работают светофоры; на заправках не заправляются автомобили; стоит метрополитен, троллейбусы, трамваи. В автомобилях не работает стартера, генераторы - это - то же электричество. Смесь бензина и воздуха в двигателе внутреннего сгорания загорается от электрического разряда на свече зажигания. Дизельный двигатель так же не заведется: не работает стартерный электродвигатель и не греются калильные свечи. Из транспорта только лошади и паровозы. Коневодство из спортивной отрасли займет важное место в жизни человека: это и автобус, и такси, и перевозка грузов. Авиация без электричества остается на земле. В воздух будет возможно подняться лишь на воздушном шаре, который летит лишь туда, куда несёт его ветер. Причем наполнить его можно лишь горячим воздухом; для промышленного производства водорода или гелия опять же надо электричество. Перелететь океан на таком воздушном шаре, например, из Европы в Америку будет настоящим подвигом.
Морской транспорт сразу потеряет в скорости, и цена перевозок возрастет также, как и уменьшаться масштабы морских перевозок. Паровые судовые машины требуют много угля, качественной воды, имеют меньшую скорость и дальность плавания. Современное производство остановится полностью. Все станки и агрегаты работают от электропривода. Тогда получается, каждый завод, или фабрика будет иметь свои паровые машины, котлы. Пар будет вращать различный привод: молоты, пресса, крупные станки. Каждый цех будет иметь свою сложную механическую передачу от главной паровой машины завода. Такие передачи часто служили причиной травм и увечий рабочих людей в 19 веке.
Вместо электросварки для соединения металлов применят заклепки. Обработка металлов, производство высокого качества сталей, сплавов - современные технологии исчезнут вместе с электричеством просто мгновенно. Интернет, телефон и даже изобретение 19 века - телеграф - тут же исчезнут. Жизнь человека вернется в конец 18 и начало 19 века; расстояние уже в 1000 километров это уже путешествие, которое меняет жизнь человека; получить простое письмо из соседнего удаленного на 50 километров города будет уже событие. При отсутствии электричества темп жизни стремительно упадет; расстояния становятся огромными, мир - необъятным и малоизвестным.
Современное потребление электроэнергии имеет структуру практически одинаковую для всех развитых стран. Россия относится к числу мировых энергетических держав, имеет много электростанций: тепловых, атомных, гидравлических. С начала 20 века, когда электричество было лишь в крупных городах и на больших предприятиях энергетика в нашей стране сильно изменилась. Потребление электроэнергии в России имеет свою выраженную структуру:
Непосредственно на человека используется более 33 % выработанной электроэнергии. Не многим меньше приходится на производство. Потребление электроэнергии непосредственно человеком - более трети.
Современный человек настолько привык к благам цивилизации, что представить ему жизнь без электричества достаточно сложно. Разберем простой пример. Перед нами - современная квартира. Рассмотрим, кто чего стоит. Какое количество электроэнергии потребляют бытовые приборы?
- 1. Холодильник (300 л): 240-320 кВт·ч в год
- 2. Стиральная машина (5 кг белья, 60°C): 0,85-1,05 кВт·ч за цикл
- 3. Электрическая сушилка белья (7 кг белья): 2,4-4,4 кВт·ч за цикл
- 4. Электроплита с духовкой: конфорка (диаметром 145-180 мм) 1-2,3 кВт·ч за час; духовка (200°C): 0,9-1,1 кВт·ч за час
- 5. Кофеварка (на приготовление 8-12 чашек): 0,8-1,2 кВт·ч
- 6. Компьютер: 0,1-0,5 кВт·ч
- 7. Телевизор (82 см LCD): 0,1-0,2 кВт·ч
- 8. Лампа накаливания: 60 кВт·ч
- 9. Энергосберегающая флуоресцентная лампа: 16 кВт·ч.
Каждое государство, общество имеет свою систему производства и распределения электроэнергии. Электроэнергия - это товар, который невозможно хранить. Производство электроэнергии и распределение определяется потреблением. Задачи распределения и транспортировки электроэнергии решаются линиями электропередачи, распределительными устройствами, подстанциями. Линии электрических передач могут быть как кабельными, расположенными обычно под землей, так и воздушными - высокие столбы с проводами. В городе заметны трансформаторные подстанции: небольшие сооружения, где высокое напряжение преобразуется в "домашние" 220 вольт. При этом на каждой подстанции всегда написана её мощность, номер и распределительные устройства высокого напряжения (6 или 10 тысяч вольт) и низкого (0,4 кВ - это значит по каждому из трех проводников идет электрический ток напряжением 220 вольт относительно земли). Как правило, все линии электропередач имеют высокое напряжение. Соответственно, эти линии имеют свою охранную зону, где находиться постороннему человеку не надо.
Электричество делает нашу жизнь комфортней, более интересной. Производство с электричеством представляется эффективным и высокотехнологичным с минимальным присутствием ручного труда; применение компьютерных технологий освобождает человека даже от таких задач как непосредственный контроль технологического процесса. Так, например, автоматизация сборочных конвейеров на заводах БМВ в Германии практически 100 %. Транспорт с применением электричества становится более комфортным и доступным; расстояния в несколько тысяч километров не представляют больших препятствий. Авиация и вся наземная инфраструктура невозможна без электроснабжения и электросвязи, электричества вообще.
Вместе с тем, технические задачи по производству, транспортировке, распределению и потреблению электроэнергии требуют неукоснительного соблюдения правил безопасности, исключение из работы любых неисправных электротехнических устройств, дисциплины и ответственности. При этом необходимо помнить, что блага цивилизации дорогого стоят, и относится к ним нужно бережно.
Понятно, что единовременно и добровольно лишиться "электрического комфорта" вряд ли найдётся охотников, даже в качестве эксперимента. Между тем, производство электроэнергии растёт, и единственная причина этого роста - рост потребления. Возникает важнейший вопрос - экономия ресурсов, и в первую очередь - электроэнергии. Потому как производство электроэнергии включает огромный список решаемых задач, привлекаемых ресурсов, зачастую невосполнимых.
