История открытий

Существуют предположения что явления связанные с электричеством, магнетизмом были известны народам древнего Египта, Греции, Индии, Китая.

Философ из древней Греции Фалес Милетский (640—550 г. до н.э.) в 600 годах до н.э.  впервые изучил свойства магнетизма (притяжения). Он установил что янтарь обладает способностью притягивать небольшие предметы (нить шерсти),но  такое открытие не имело  практического значения.
Есть версия что в Китае уже  в 200 году до н.э. имелся прототип современного компаса. Китайцы могли использовать этот прибор для определения направления  в пустыне. В Европе компас появился  позже, предположительно в 12 веке н.э.
Со времён древних цивилизаций   значительных открытий в области электричества не наблюдалось. 

И только 1600 году вышел фундаментальный труд английского учёного Уильяма Гильберта "О магните, магнитных телах и о большом магните Земле", который определил термин - электричество.
 В 1729 году член английского Королевского общества Стефан Грей (1670-1736гг.) установил что "электрическая способность стеклянной трубки притягивать легкие тела может быть передана другим телам".

В зависимости от их отношения к электричеству можно разделить на две группы: проводники (металлическая нить) и непроводники (шелковая нить).

Электрический указатель Рихмана

Большой вклад в развитие электричества внесли петербургские академики М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман.

Рихман изучал атмосферное электричество, при помощи  Ломоносова  академик  Рихман  в 1745 году создал конструкцию первого электроизмерительного прибора.



Это был прибор со шкалой и стрелкой, принцип действия которого положен в основу устройства большинства современных приборов.

Бенджамин Франклин проводил опыты с электричеством. Франклин запустил воздушного змея в грозовое облако, он не стал ждать разряда молнии, при этом  обнаружил что змей собирает электрический заряд. Бенджамин Франклин   предложил понятие положительного и отрицательного заряда.
В конце 18 века, установлен закон взаимодействия  электрических  зарядов, и выявлено воздействие электрического тока на живые организмы.

Вольтов столб

В 1800 году  итальянскому учёному Алессандро Вольта удалось получить непрерывный электрический ток, поместив в кислоту пластины из цинка и меди.

Таким образом была создана первая электрическая батарея - вольтов столб.

Появилась  возможность получать электричество с помощью химических реакций. Батарею в честь учёного назвали  - вольтов столб.

В 1803 году российский учёный В.В. Петров издал  замечательный труд об электричестве и его применениях ""Известие о гальвани-вольтовских опытах" где предположил применение электрической дуги для освещения.

Английский изобретатель Уильям Стёрджент  23 мая 1825 года, продемонстрировал   электромагнит с металлическим сердечником.

Первый электромагнит представлял собой  стержень подковообразной формы, который был покрыт слоем изолированной проволоки. Питание к электромагниту поставляла гальваническая батарея - вольтов столб

Французский физик Андре-Мари Ампер 1775-1836 г  по праву считается основателем электродинамики.

В 1820 году Ампер открывает закон магнитного взаимодействия токов (закон Ампера).
Через два года,  магнитный эффект катушки с током (соленоид).


Ампер ввёл в обращение  термины - Напряжение, Электрический ток, Электродвижущая сила, Электродинамика, Электростатика, Кибернетика.

Огромный  вклад в науку внёс фундаментальный труд Ампера  "Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта" (1826). Единицу измерения силы тока , позднее назвали ампер (А).

В 1826 году, немецкий физик Георг Симон Ом,  проведя серию экспериментов, сформулировал основной закон электрической цепи (закон Ома), а следующем году обосновал теоретически.

В 1831 году английский физик Майкл Фарадей обнаружил взаимосвязь между электрическим током и магнетизмом. Электрический ток проходящий по проводнику может заставить совершать вращательное движение вокруг магнита, или наоборот вращательное движение проводника вокруг магнита.
Опыты Фарадея выявили возможность  создания электродвигателя.
Результатом открытий Фарадея появилась новая отрасль промышленности -  электротехника.

В 1831 году Американец Джозеф Генри  (1797-1878) создал прототип электродвигателя с качающимися  "электромагнитами коромыслами".  А так же издал статью  "О качательном движении, производимом магнитным притяжением и отталкиванием".  В том же году  итальянцем  Даль-Негро был предложен похожий  электродвигатель с возвратно-поступательным движением.  Модель имела мощность двигателя  0,044 Вт и совершала 75 колебаний в минуту. О применении модели в промышленности  не могло быть и речи.

В 1841- 1842 годах выявлено тепловое действие электрического тока, а двумя годами позже француз Жан Фуко сконструировал дуговую лампу  с ручным регулированием длины дуги 1844 год
.

Электродвигатель Якоби

Русский и немецкий физик Борис Семёнович Якоби (1801-1874) в мае 1834 года создал первый электродвигатель с вращательным движением якоря. А в ноябре  отправил рукопись с описанием изобретённого им "магнитного аппарата" в Парижскую Академию наук.

Заслуга учёного, инженера состоит в том  что Якоби  свои изобретения  создавал с учётом  того, что бы они могли  использоваться  в  промышленности, транспорте.

В электрическом двигателе Якоби впервые сконструировал и создал коммутирующее устройство для изменения полярности магнитов для обеспечения вращательного движения якоря.
Так же Якоби отказался от использования постоянных магнитов (они не могли создать требуемую силу притяжения, а так же при работе размагничивались).
В дальнейшем во всех электрических двигателях применяют  электромагниты.

Без созданного Якоби  коммутационного  устройства  с контактами  для  изменения полярности, невозможно получить вращательного движения якоря.
Борис Семёнович Якоби отмечая в своём двигателе главный недостаток (маленькая мощность 15 вт), видел преимущества электрического двигателя перед паровой машиной.

В электрическом  двигателе отсутствуют механизмы (поршни, клапаны, вентили, подвесное оборудование) которое быстро выходит из строя ( трение, температура), в нём вращается только вал на подшипниках, что обеспечивает долгий срок службы без ремонта. Благодаря простоте конструкции себестоимость производства и эксплуатации электродвигателя  по сравнению с паровой машиной на  порядок ниже.

Преимуществом  электрического двигателя являются отсутствие ударов, вибрации, шумности,  простота обслуживания, не требует постоянного наблюдения. И что важно в наши дни, не загрязняет окружающую среду, экологически безопасный.
В сентябре 1838 года были произведены испытания  усовершенствованного  электродвигателя установленного на катере. Катер вмещал 12 пассажиров, и двигался по Неве в течении 7 часов, борясь с ветром и течением реки.

Это был первый случай практического применения электродвигателя. Так же Якоби устанавливал электродвигатель на тележку, которая двигалась по рельсам. Конструкция была не удобной, в тележку помещался один человек, сидеть в ней было не удобно,  много места занимала батарея, других источников электрического тока в те времена ещё не знали.

 В 1838 году Борис Семёнович Якоби открыл гальванопластику (получение копий с предметов путём прохождения  через них постоянного электрического тока). Это  изобретение признали во всём мире. В Петербурге был построен завод, который производил  статуи, барельефы для Исаакиевского собора,Зимнего дворца, Большого театра, копии форм для печатания книг и многое другое.
 В 1840-х годах Якоби работает над созданием электромагнитного телеграфного аппарата.

С 1842 по 1845 год телеграфный аппарат работал между Зимним дворцом  Царским селом и Генштабом, на расстоянии 30 километров. Но Якоби не устраивала работа телеграфа, и он продолжал совершенствовать конструкцию.

В 1845 году был создан конструктивно новый телеграфный  аппарат.
Это был  стрелочный аппарат синхронного типа, прямой клавиатурой и электромагнитным приводом. А в 1850 году был изобретён первый в мире буквопечатающий аппарат синхронного движения.

В 1859 году французский инженер Гастон Планте сделал первый свинцовый  аккумулятор. 

Аккумулятор Планте.

Аккумулятор Планте состоял из двух свинцовых пластин прикреплённых  к деревянным цилиндрам.

Между пластинами прокладывалась ткань и всё это помещалось в подкисленную воду.

Свинцовые пластины подключались к электрической батарее, через некоторое время Планте отсоединял аккумулятор от батареи, и с аккумулятора  можно было снимать ток.

Первый аккумулятор сделанный Гастоном Планте был больших размеров, и не мог долго держать заряд.
В последствии Планте внёс ряд изменений, для увеличения срока работы аккумулятора.

Двигатель Пачинотти-Грамма.

В 1860 году итальянский физик Антонио Пачинотти смонтировал электродвигатель, в котором якорь имел форму  зубчатого   кольца который вращался в магнитном поле электромагнитов.

На. кольце между зубцами якоря наматывались катушки, концы которых подводились к пластинам коллектора, расположенного на нижней части вала,  подвод тока к пластинам коллектора осуществлялся роликами.   

Электродвигатель   Пачинотти  имел последовательное возбуждение, постоянный вращательный момент, и небольшие габариты по сравнению с другими моделями равными по мощности.
Пачинотти предположил возможность использовать созданный им  электродвигатель в качестве генератора (динамомашины). 

В 1870 году изобретатель Зеноб Теофил Грамм, независимо от Пачинотти использует аналогичную конструкцию электродвигателя для промышленного получения электрического тока (генератора).

Французский электрик  Фонтен в 1873 году на выставке в Вене продемонстрировал на машинах Грамма передачу электроэнергии на расстоянии.
Одна машина Грамма работала в режиме генератора, вторая в режиме двигателя, она же приводила в движение водяной насос. Генератор и  двигатель были соединены кабелем длинной один километр.
Фонтен опытным путём доказал возможность передачи энергии на расстоянии. Вместе с тем при подключении кабеля наблюдалась потеря мощности на двигателе, что определяло потерю энергии в кабеле.

Военный инженер ФА Пиротский задался целью передачи электроэнергии на расстоянии, от мест где производство может быть дёшево (гидравлическая энергия, наличие топлива и тд) до потребителя. Проведя ряд опытов Пиротский сделал выводы что потеря энергии зависит от сечения провода (1875 год).

В 1878 году машины Грамма используются для освещения Парижа.

Первый телефон был изобретён в 1875 году в Бостоне,  врачом - физиологом  Александром Беллом и Томасом Уостаном. Изобретение основано на  том,  что изменение тона  голоса изменяет силу тока в проводе, используя мембраны с электромагнитами они получили основную конструкцию телефона.

Свеча Яблочкова.

Первые осветительные приборы (дуговая лампа) появились когда было открыто электричество, в начале 19 века. 

Дуговые лампы изобретённые   В.В. Петровым,   Жаном Фуко были не очень удобны в использовании, тем не менее применялись для освещения.

И только в 1876 году Павел Яблочков сделал дуговую лампу, названную электрической свечой Яблочкова.

Дуговая лампа (свеча)  Яблочкова  представляла собой два стержня  из плотного угля, разделённых между собой гипсовой вставкой,  которая служила как для скрепления угольных стержней  так и для изоляции между собой,  дуга образовывалась между верхними концами угольных стержней.

Освещение Парижа.

По мере  обгорания угольных стержней  вставка (пластина) плавилась, что увеличивало время работы свечи.

С 1877 года дуговую лампу (свечу Яблочкова) стали применять для уличного освещения.  Но свечи имели много недостатков, при постоянном токе положительный стержень сгорал быстрее, поэтому его приходилось делать толще.

Для дуговой лампы (свечи)  Яблочкова,   Грамм создал первый генератор переменного тока,  но всё равно время горения  свечи было не продолжительно.

В 1878 году американский изобретатель Томас Эдисон вернулся к проблеме освещения.    Эдисон разработал лампу с угольной нитью накаливания, которая помещалась в стеклянную колбу, из который был откачан воздух. 
Попутно,  для своих ламп,  Эдисон изобрёл цоколь и поворотный выключатель.

Лампочка Ладыгина.

Огромные заслуги в создании ламп накаливания,  принадлежат русскому изобретателю Александру Николаевичу Лодыгину.

Лодыгин первым предложил использовать нити накала из вольфрама и закручивать их в спираль.
Так же Лодыгин первым стал откачивать воздух из лампы и заполнять инертным газом. Что многократно увеличило время работы лампы накаливания.

Дмитрий Александрович Лачинов в журнале " Электричество" 1880 год, апупликовал статью "Электромеханическая работа" в которой указал возможность передачи электрической энергии на большие расстояния.

Лачинов предполагал  для сохранения  электроэнергии необходимо увеличить подачу напряжения относительно расстоянию (пропорционально корню квадратному из сопротивления цепи).
Выводы Лачинова способствовали созданию системы трёхфазного тока, высоковольтных  линий электропередач, высоковольтного оборудования и применение трансформаторов.

Первый трамвай.

 В 1880 году в Берлине появился первый в мире электрический трамвай, созданный  фирмой Сименс.

К созданию электрического трамвая подталкивало то, что во многих городах мира были проложены рельсы, использовалась конная тяга (конка).

Попытки использования паровой машины на городском транспорте отпали сразу из за обилия дыма, в пользу электродвигателя.

В России первый трамвай появился в Киеве  в1892 году.,  Москве в 1899 и в Петербурге в 1907 году.

Петербург.

 В 1883 году в Петербурге построены две электростанции постоянного тока для освещения Невского проспекта и близ лежащих  улиц.

 Английский учёный Джеймс Максвелл выдвинул теорию магнитного поля, предположил существование магнитных волн и электромагнитной природе света.

Немецкий физик Рудольф Герц в 1888 году, на основании многочисленных опытов в своей работе " О лучах электрической силы" экспериментально подтвердил теорию Максвелла об электромагнитных волнах.

Вибратор Герца.

Для излучения и приёма электромагнитных волн, Герц создал свой знаменитый прибор (вибратор Герца).
Вибратор состоит из двух сфер прикреплённых на стержнях, на концах  стержней небольшие шарики.
Между шариками расстояние несколько миллиметров (искровой промежуток).

Так же Герц использовал индукционную катушку Румкорфа (повышающий трансформатор).

Концы вторичной обмотки, подключаются к сферам (высокое напряжение),  сферы заряжаются зарядами разных  знаков, в определённый момент в промежутке возникает искра, и в это время возникают высокочастотные затухающие колебания.
Происходит излучение электромагнитных волн.

В качестве приемника (резонатора) Герц использовал кольцо или прямоугольник с разрывом (промежутком), что бы можно было регулировать промежуток.
При возникновении искры в вибраторе (длинна 3-7 мм) в резонаторе возникает искра доли миллиметров.

В 1887 году Герц положил начало исследования фотоэффекта.

Прибор Столетова.

Русский учёный Александр Григорьевич Столетов в 1888 году детально изучил  это явление.
В сосуд в котором предварительно откачен воздух, помещалась освещаемая металлическая пластина.

Столетов определил что от пластины отделяются отрицательно заряженные частицы (электроны).

В последствии было установлено что скорость отделения частиц от пластины зависит от частоты колебаний электромагнитной волны.
Отделение электронов увеличивается с увеличением частоты.
Так же было отмечено что при освещении пластины фиолетовым светом, частицы отделяются в два раза быстрее, чем при освещении той же пластины красным светом. При этом скорость частиц не зависит от степени освещённости. Это явление позже объяснил Альберт Эйнштейн.

Различают два вида фотоэффекта: внутренний и внешний.
При внутреннем фотоэффекте электроны атомов, при поглощении электромагнитного излучения, перераспределяются по состояниям в твёрдом теле.
Внешний эффект заключается в отделении электронов от вещества, при воздействии электромагнитного излучения.
Изучение явления фотоэффекта, повлекло к множеству открытий и изобретений.

На фотоэффекте основана работа телевизоров, фотоаппаратов, видеокамер, солнечные батареи,фотоэлементы, устройства преобразующие свет в электрические сигналы и наоборот электрический сигналы в свет.
Несмотря на то что явление  фотоэффекта изучают более ста лет, многое не объяснено, это явление таит много загадок.

Никола  Тесла, вошёл в историю как гениальный инженер изобретатель внёсший огромный вклад в развитие мировой науки.
Тесла имел по разным источникам от 100 до 300 патентов на изобретения в области электро и радиотехники.

Создал конструкции многофазных  электродвигателей, генератор,  трансформатор,  высокочастотный трансформатор.

Тесла изобрёл системы распределения и передачи многофазных токов,  которые  были применены на одной из первых  ГЭС  в мире,  на Ниагаре.

В 1888 году Тесла получил патенты на эти изобретения.

С 1889 года Тесла исследует токи высокой частоты и высокого напряжения.

В 1891 году изобрёл высокочастотный трансформатор (трансформатор Теслы).

Трёхфазный двигатель Доливо - Добровольского.

В том же 1889 году, Михаил Осипович Доливо - Добровольский, получил патент на изобретение электродвигателя трёхфазного тока (полученного Теслой).

Конструкция асинхронного трёхфазного электродвигателя, в принципе не изменилась до наших дней.



В 1895 году , немецкий физик Вильгельм Конрад Рёнтгент (1845 - 1923) проводил исследования в области взаимодействия между световыми и электрическими явлениями. В результате опытов,  Рёнтгейт открыл излучение, названое рёнтгеновским.
Через некоторое время, рёнтгеновские трубки, нашли применение  в медицине,  промышленности и даже в археологии.

Приёмник А С Попова.

Выдающийся учёный Александр Степанович Попов,  7 мая 1895  года,продемонстрировал свой прибор для передачи и регистрации электромагнитных  колебаний в атмосфере.

Изучив опыты Герца,  Попов модифицировал приёмник Лоджа, это был уже радиоприёмник  имеющий все основные части для приёма электромагнитных волн,от искрового передатчика.

Для усиления приёма,  Попов использовал заземлённую антенну.

Скоро изобретение начали использовать на флоте и в армии, 1900 году радиосвязь использовалась для спасения в Финском заливе броненосца "Генерал-Адмирал Апраксин".
Линия  беспроводной связи составляла около 40 километров.

В 1899 году удалось установить что при определённых обстоятельствах приёмник способен преобразовывать высокочастотный сигнал в низкочастотный, сигнал стало возможным принимать на слух, Попов заменил реле на телефонные трубки.
Французской фирмой Дюкрете  было налажено производство телефонных приёмников Попова  для приёма  электромагнитных волн по системе Морзе.

Передатчик  Попова (фирмы Дюкрете).

Из за недостатка средств, идеи Попова по модернизации приборов внедрялись медленно, за короткий срок итальянец Маркони достиг более значительных результатов.

В России 7  Мая отмечается день Радио и работников связи.
        

В 1903 году заводом "Людвиг Нобель"(сейчас Русский дизель) и Сормовским судостроительным заводом был построен первый дизельэлектроход "Вандал".

На судне установили три дизельных  двигателя по 120 л.с.
В то время реверсивных двигателей не было, применили электрическую передачу.

Дизель-электроход "Вандал"

Дизельный двигатель работал на генератор, генератор вырабатывал электроэнергию, которую потреблял электродвигатель работая  на гребной винт.

Дизель-электроход мог работать на задний ход,  имел хорошую манёвренность,  электродвигателем можно плавно регулировать ход судна.
Недостаток - большая потеря мощности при передаче на винт, терялось около 15% мощности на двигателе.