Изобретение электричества в 19 веке

История появления электричества в мире, в России

Современная жизнь немыслима без радио и телевидения, телефонов и телеграфа, всевозможных осветительных и нагревательных приборов, машин и устройств, в основе которых лежит возможность использования электрического тока. В конце XIX века по миру, в том числе России, прокатилась волна открытий, связанных с электричеством. Пошла цепная реакция, когда одно открытие открывало дорогу для последующих открытий на многие десятилетия вперёд.

Основы научно-технической революции, так изменившей мир, начался с гальванического элемента – первой батарейки, химического источника тока (вольтова столба). Этим чрезвычайно важным изобретением итальянский учёный А.Вольта встретил новый 1800 год. Вольтов столб позволил вести систематическое изучение электрических токов и находить им практическое применение.

В XIX веке электротехника выделилась из физики в самостоятельную науку. Над закладкой её фундамента трудилась целая плеяда ученых и изобретателей. Датчанин Х. Эрстед, француз А. Ампер, немцы Г. Ом и Г. Герц, англичане М. Фарадей и Д. Максвел, американцы Д. Генри и Т. Эдисон – эти имена мы встречаем в учебниках физики, на приборах, т.к. в честь некоторых из них названы единицы электрических величин.

XIX век щедро одарил человечество изобретениями и открытиями в области технических средств коммуникации.

В 1832 году член-корреспондент Петербургской Академии наук Павел Львович Шиллинг в присутствии императора продемонстрировал работу изобретённого им электромагнитного телеграфа, чем положил начало проводной связи.

Открытие электричества полностью изменило жизнь человека. Это физическое явление постоянно участвует в повседневной жизни. Освещение дома и улицы, работа всевозможных приборов, наше быстрое передвижение — все это было бы невозможно без электроэнергии. Это стало доступно благодаря многочисленным исследованиям и опытам. Рассмотрим главные этапы истории электрической энергии.

Древнее время

Термин «электричество» происходит от древнегреческого слова «электрон», что в переводе означает «янтарь». Первое упоминание об этом явлении связано с античными временами. Древнегреческий математик и философ Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружил, что если произвести трение янтаря о шерсть, то у камня появляется способность притягивать мелкие предметы.

Фактически это был опыт изучения возможности производства электроэнергии. В современном мире такой метод известен, как трибоэлектрический эффект, который дает возможность извлекать искры и притягивать предметы с легким весом. Несмотря на низкую эффективность такого метода, можно говорить о Фалесе, как о первооткрывателе электричества.

В древнее время было сделано еще несколько робких шагов на пути к открытию электричества:

• древнегреческий философ Аристотель в IV веке до н. э. изучал разновидности угрей, способных атаковать противника разрядом тока;
• древнеримский писатель Плиний в 70 году нашей эры исследовал электрические свойства смолы.

Все эти эксперименты вряд ли помогут нам разобраться в том, кто открыл электричество. Эти единичные опыты не получили развития. Следующие события в истории электричества состоялись много веков спустя.

Этапы создания теории

XVII-XVIII века ознаменовались созданием основ мировой науки. Начиная с XVII века происходит ряд открытий, которые в будущем позволят человеку полностью изменить свою жизнь.

Появление термина

Английский физик и придворный врач Уильям Гильберт в 1600 году издал книгу «О магните и магнитных телах», в которой он давал определение «электрический». Оно объясняло свойства многих твердых тел после натирания притягивать небольшие предметы. Рассматривая это событие надо понимать, что речь идет не об изобретении электричества, а лишь о научном определении.

Уильям Гильберт смог изобрести прибор, который назвал версор. Можно сказать, что он напоминал современный электроскоп, функцией которого является определение наличия электрического заряда. При помощи версора было установлено, что, кроме янтаря, способностью притягивать легкие предметы также обладают:

Первая электростатическая машина

В 1663 году немецкий инженер, физик и философ Отто фон Герике изобрел аппарат, являвшийся прообразом электростатического генератора. Он представлял собой шар из серы, насаженный на металлический стержень, который вращался и натирался вручную. С помощью этого изобретения можно было увидеть в действии свойство предметов не только притягиваться, но и отталкиваться.

В марте 1672 года известный немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц в письме к Герике упоминал, что при работе с его машиной он зафиксировал электрическую искру. Это стало первым свидетельством загадочного на тот момент явления. Герике создал прибор, послуживший прототипом всех будущих электрических открытий.

В 1729 году ученый из Великобритании Стивен Грей произвел опыты, которые позволили открыть возможность передачи электрического заряда на небольшие (до 800 футов) расстояния. А также он установил, что электричество не передается по земле. В дальнейшем это дало возможность классифицировать все вещества на изоляторы и проводники.

Два вида зарядов

Французский ученый и физик Шарль Франсуа Дюфе в 1733 году открыл два разнородных электрических заряда:

• «стеклянный», который теперь именуется положительным;
• «смоляной», называющийся отрицательным.

Затем он произвел исследования электрических взаимодействий, которыми было доказано, что разноименно наэлектризованные тела будут притягиваться один к одному, а одноименно — отталкиваться. В этих экспериментах французский изобретатель пользовался электрометром, который позволял измерять величину заряда.

Лейденская банка

В 1745 году физик из Голландии Питер ван Мушенбрук изобрел Лейденскую банку, которая стала первым электрическим конденсатором. Его создателем также является немецкий юрист и физик Эвальд Юрген фон Клейст. Оба ученых действовали параллельно и независимо друг от друга. Это открытие дает ученым полное право войти в список тех, кто создал электричество.

11 октября 1745 года Клейст произвел опыт с «медицинской банкой» и обнаружил способность хранения большого количества электрических зарядов. Затем он проинформировал об открытии немецких ученых, после чего в Лейденском университете был проведен анализ этого изобретения. Затем Питер ван Мушенбрук опубликовал свой труд, благодаря которому стала известна Лейденская банка.

Бенджамин Франклин

В 1747 году американский политический деятель, изобретатель и писатель Бенджамин Франклин опубликовал свое сочинение «Опыты и наблюдения с электричеством». В ней он представил первую теорию электричества, в которой обозначил его как нематериальную жидкость или флюид.

В современном мире фамилия Франклин часто ассоциируется со стодолларовой купюрой, но не следует забывать о том, что он являлся одним из величайших изобретателей своего времени. В списке его многочисленных достижений присутствуют:

1. Известное сегодня обозначение электрических состояний (-) и (+).
2. Франклин доказал электрическую природу молнии.
3. Он смог придумать и представить в 1752 году проект громоотвода.
4. Ему принадлежит идея электрического двигателя. Воплощением этой идеи стала демонстрация колеса, вращающегося под действием электростатических сил.

Публикация своей теории и многочисленные изобретения дают Франклину полное право считаться одним из тех, кто придумал электричество.

От теории к точной науке

Проведенные исследования и опыты позволили изучению электричества перейти в категорию точной науки. Первым в череде научных достижений стало открытие закона Кулона.

Закон взаимодействия зарядов

Французский инженер и физик Шарль Огюстен де Кулон в 1785 году открыл закон, который отображал силу взаимодействия между статичными точечными зарядами. Кулон до этого изобрел крутильные весы. Появление закона состоялось благодаря опытам Кулона с этими весами. С их помощью он измерял силу взаимодействия заряженных металлических шариков.

Закон Кулона являлся первым фундаментальным законом, объясняющим электромагнитные явления, с которых началась наука об электромагнетизме. В честь Кулона в 1881 году была названа единица электрического заряда.

Изобретение батареи

В 1791 году итальянский врач, физиолог и физик Луиджи Гальвани написал «Трактат о силах электричества при мышечном движении». В нем он фиксировал наличие электрических импульсов в мышечных тканях животных. А также он обнаружил разность потенциалов при взаимодействии двух видов металла и электролита.

Открытие Луиджи Гальвани получило свое развитие в работе итальянского химика, физика и физиолога Алессандро Вольты. В 1800 году он изобретает «Вольтов столб» — источник непрерывного тока. Он представлял собой стопку серебряных и цинковых пластин, которые были разделены между собой смоченными в соленом растворе бумажными кусочками. «Вольтов столб» стал прототипом гальванических элементов, в которых химическая энергия преобразовывалась в электрическую.

В 1861 году в его честь было введено название «вольт» — единица измерения напряжения.

Гальвани и Вольта являются одними из основоположников учения об электрических явлениях. Изобретение батареи спровоцировало бурное развитие и последующий рост научных открытий. Конец XVIII века и начало XIX века можно характеризовать как время, когда изобрели электричество.

Появление понятия тока

В 1821 году французский математик, физик и естествоиспытатель Андре-Мари Ампер в собственном трактате установил связь магнитных и электрических явлений, которая отсутствует в статичности электричества. Тем самым он впервые ввел понятие «электрический ток».

Ампер сконструировал катушку с множественными витками из медных проводов, которую можно классифицировать как усилитель электромагнитного поля. Это изобретение послужило созданию в 30-х годах 19 века электромагнитного телеграфа.

Благодаря исследованиям Ампера стало возможным рождение электротехники. В 1881 в его честь единица силы тока была названа «ампером», а приборы, измеряющие силу — «амперметрами».

Закон электрической цепи

Физик из Германии Георг Симон Ом в 1826 году представил закон, который доказывал связь между сопротивлением, напряжением и силой тока в цепи. Благодаря Ому возникли новые термины:

• падение напряжения в сети;
• проводимость;
• электродвижущая сила.

Его именем в 1960 году названа единица электросопротивления, а Ом, несомненно, входит в список тех, кто изобрел электричество.

Электромагнитная индукция

Английский химик и физик Майкл Фарадей совершил в 1831 году открытие электромагнитной индукции, которая лежит в основе массового производства электроэнергии. На основе этого явления он создает первый электродвигатель. В 1834 году Фарадей открывает законы электролиза, которые привели его к выводу, что носителем электрических сил можно считать атомы. Исследования электролиза сыграли существенную роль в возникновении электронной теории.

Фарадей является создателем учения об электромагнитном поле. Он сумел предсказать наличие электромагнитных волн.

Общедоступное применение

Все эти открытия не стали бы легендарными без практического использования. Первым из возможных способов применения явился электрический свет, который стал доступен после изобретения в 70-х годах 19 века лампы накаливания. Ее создателем стал российский электротехник Александр Николаевич Лодыгин.

Первая лампа являлась замкнутым стеклянным сосудом, в котором находился угольный стержень. В 1872 году была подана заявка на изобретение, а в 1874 году Лодыгину выдали патент на изобретение лампы накаливания. Если пытаться ответить на вопрос, в каком году появилось электричество, то этот год можно считать одним из правильных ответов, поскольку появление лампочки стало очевидным признаком доступности.

Появление электроэнергии в России

Будет интересно выяснить, в каком году появилось электричество в России. Освещение впервые появилось в 1879 году в Санкт-Петербурге. Тогда фонари установили на Литейном мосту. Затем в 1883 году начала работу первая электростанция у Полицейского (Народного) моста.

В Москве освещение впервые появилось 1881 году. Первая городская электростанция заработала в Москве в 1888 году.

Днем основания энергетических систем России считается 4 июля 1886 года, когда Александр III подписал устав «Общества электрического освещения 1886 года». Оно было основано Карлом Фридрихом Сименсом, который являлся братом организатора всемирно известного концерна Siemens.

Невозможно точно сказать, когда появилось электричество в мире. Слишком много разбросанных во времени событий, которые являются одинаково важными. Поэтому вариантов ответа может быть много, и все они будут правильными.

С древних времен и до XIX века

Еще в седьмом веке до нашей эры, греческий философ Фалес Милетский заметил необычное свойство янтаря – при трении о шерсть камень начинал притягивать к себе нетяжелые предметы.

В более неопределённый период времени (между 250 годом до н. э. и 250 годом н. э) произошло изобретение багдадской батареи, которое некоторые ученые считают первым гальваническим элементом.

багдадская батарея (фото .wikipedia.org)

В 17 веке Отто фон Герике соорудил первую электростатическую машину – шар из серы, который натирается руками.

В следующем веке уже намечался будущий прорыв – открыт «закон Кулона», Вольта изобрёл источник гальванического тока, ученые впервые разложили воду электрическим током. Также были проведены исследования атмосферного электричества, разработаны первые теории электричества.

Однако, до девятнадцатого века сложно говорить об электротехнике, как о науке – скорее, это были наблюдения и первые предвестники, которые позже переросли в великие открытия и полностью перевернули жизнь человечества.

XIX век

В XIX веке произошел настоящий прорыв в изучении и освоении электричества. Условно, с точки зрения становления электротехники, в девятнадцатом столетии обозначаются несколько периодов.

Зарождение научных основ электротехники

Начиная с 1800 года и до 30-тых годов XIX столетия закладываются научные основы электротехники. Первый электрохимический генератор – «Вольтов столб», стал толчком в развитии электротехники, за которым последовала череда важных открытий. На этом этапе были открыты законы Ома, Ампера, Био – Савара; найдены и описаны основные свойства электрического тока. Швейгер изобрел первый индикатор электрического тока.

Становление электротехники

Далее, вплоть до семидесятых годов XIX века, появляются первые электрические устройства.

Одно из важнейших открытий данного этапа – явление электромагнитной индукции, которое выявил Фарадей. Затем последовали изобретения первых электрических машин постоянного и переменного токов, Якоби построил первый электродвигатель с непосредственным вращением якоря.

электродвигатель Якоби
(фото engineering-solutions.ru/motorcontrol/history)

В этот период сформировались законы Ленца и Кирхгофа, впервые были созданы источники электрического освещения и электрические приборы, происходит зарождение электроизмерительной техники.

Тем не менее в это время электрическая энергия не получает обширного применения, так как на тот момент еще не был изобретен экономичный электрический генератор.

Электротехника – самостоятельная отрасль

После 70-х годов XIX столетия начинается эра электротехники как самостоятельной отрасли техники. Новый этап открывает изобретение электромашинного генератора с самовозбуждением.

На это время приходится невероятный прогресс промышленности, сопровождавшийся непрерывным ростом потребности в электрической энергии.
Появляются первые электрические станции постоянного тока, П. Н. Яблочков изобретает «электрическую свечу» (о нем и других выдающихся русских ученых читайте в нашем обзоре), разрабатываются способы передачи электричества на большие расстояния за счёт существенного повышения напряжения ЛЭП.

электрическая свеча (фото .wikipedia.org)

Дальнейшее развитие электрического освещения способствовало улучшению электрических машин и трансформаторов; ближе к концу века стартовало массовое производство однофазных трансформаторов с замкнутой магнитной системой.

В конце XIX века происходят значительные события – начинается строительство центральных электростанций переменного тока, открывается первая в мире ГЭС, разработаны трёхфазная электрическая сеть, трехфазные электрические двигатели и трансформаторы. Огромный вклад в развитие электротехники в эти годы внесли Михаил Доливо-Добровольский, Никола Тесла, Чарльз Браун и другие.

Начинается эпоха электричества: повышаются мощности и напряжения, возникают новые образы и виды электрических машин. Электрическая энергия проникает в различные отрасли производства и получает огромное распространение в различных сферах жизни.

XX век и наши дни

В начале века в России положено начало Московскому энергетическому институту – он вырос из появившейся в 1905 году специальности по электротехнике, которую ввели в Московском высшем техническом училище.

С появлением специального образования, а, следовательно, и приумножением профессиональных кадров, электротехника продолжает получать широчайшее распространение. Таким образом, развивается преобразовательная техника, а в дальнейшем и необыкновенный рост промышленной электроники.

На основе электротехники разрабатываются первые электронные вычислительные машины, без которых сложно представить сегодняшний мир.

Одно из последних достижений электротехники – беспроводная передача электричества: изобретатели смогли зажечь обыкновенную лампочку с расстояния более двух метров.

Электротехника стала незыблемой частью жизни нашего общества, надежное функционирование которой обеспечивают современные цифровые устройства релейной защиты и автоматики (РЗА).