Еще древнегреческий ученый Платон засвидетельствовал, что четырех стихий недостаточно для понимания полной картины мира и помимо огня, воды, воздуха и земли есть еще один элемент - пятый элемент - квинтэссенция или "пятая стихия". История электричества, с чего же она началась? На этот вопрос вряд ли кто даст точный, исчерпывающий ответ. Но все же попробуем разобраться.
Явления, связанные с электричеством были замечены в древнем Китае, Индии и древней Греции за несколько столетий до начала нашей эры. Около 600 года до н.э., как гласят сохранившиеся предания, древнегреческому философу Фалесу Милетскому было известно свойство янтаря, натертого об шерсть, притягивать легкие предметы. Словом “ электрон” древние греки называли янтарь. От него же пошло и слово “электричество”. Но греки всего лишь наблюдали явления электричества, но не могли объяснить. В Римской Империи умели покрывать медью железные гвозди, защищая их тем самым от преждевременной ржавчины – римляне использовали такие гвозди для обшивки суден и стало быть обладали знанием процесса электролиза. Однако теоретических обоснований сути явления электролиза от римлян до нас не дошло – это был чисто прикладной метод. Лишь в 1600 году придворный врач английской королевы Елизаветы - Уильям Гилберт с помощью своего электроскопа доказал, что способность притягивать легкие тела имеет не только натертый янтарь, но и другие минералы: алмаз, сапфир, опал, аметист и др. В этом же году он издает труд “О магните и магнитных телах”, где изложил целый свод знаний о магнетизме и электричестве.
В 1650 году немецкий ученый и по совместительству бургомистр Магдебурга Отто фон Герике создает первую “электрическую машину”. Она представляла собой шар, отлитый из серы, при вращении и натирании которой, притягивались и отталкивались легкие тела. В последствии его машину усовершенствовали немецкие и французские ученые. В 1729 году англичанин Стивен Грей обнаружил способность некоторых веществ, проводить электричество. Он, по сути, впервые ввел понятие проводников и непроводников электричества.
В 1733 году французский физик Шарль Франсуа Дюфе обнаружил два вида электричества:”смоляное” и “стеклянное”. Из многочисленных и остроумно поставленных экспериментов Дюфе сделал вывод, что существуют два вида электричества. Одно электричество возникает при натирании копала (ископаемой смолы), янтаря (тоже ископаемой смолы), воска, шелка и многих других веществ. Другое появляется при натирании стекла, горного хрусталя, драгоценных камней, шерсти и др. Поэтому Дюфе назвал первое из них смоляным, а второе стеклянным электричеством. Тело, обладающее любым из двух видов электричества, притягивает к себе легкие тела (именно это свойство еще с античных времен обозначалось словом «электричество»). Различие же состоит, как выяснил Дюфе, в том, что тела, заряженные одним и тем же электричеством (стеклянным или смоляным), отталкивают друг друга, но если одно тело заряжено стеклянным, а другое смоляным электричеством, то они взаимно притягиваются. Так были установлены фундаментальные для науки об электричестве факты: существование двух видов электричества и существование электрических сил притяжения и отталкивания. Естественно возник вопрос о том, как же появляется у наэлектризованных тел то или иное электричество. В то время об этом можно было только строить догадки. В 1745 году голландский физик и математик Лейденского университета Питер ван Мушенбрук обнаружил, что стеклянная банка оклеенная оловянной фольгой, способна накапливать электричество. Мушенбрук назвал ее лейденская банка. Это по сути был первый электрический конденсатор. В 1747 году член Парижской Академии наук физик Жан Антуан Нолле изобрел электроскоп – первый прибор для оценки электрического потенциала. Также он сформулировал теорию действия электричества на живые организмы и выявил свойство электричества “стекать” быстрее с более острых тел.
Еще одна догадка была высказана в 1750 году американским физиком (а также известным государственным и общественным деятелем, одним из руководителей борьбы американских колоний за независимость) Бенджамином Франклином (1706-1790). По Франклину в каждом теле содержится особое электрическое вещество (флюид, как тогда говорили), что-то вроде электрической жидкости. Частицы этой электрической жидкости отталкиваются друг от друга, но сильно притягиваются частицами тела, так что всякое тело действует на электрическую жидкость подобно губке, втягивающей в себя воду (частицы электрической жидкости много меньше частиц самого тела, иначе они не могли бы проникать внутрь тела). Но присутствие электрической жидкости в теле не делает его наэлектризованным, если она содержится в теле в некотором, так сказать, нормальном количестве. При натирании же одного тела другим часть электрической жидкости перетекает из одного тела в другое, вот тогда-то оба тела и становятся наэлектризованными. То тело, в которое электрическая жидкость перетекла и в котором поэтому создается ее избыток по сравнению с нормальным количеством, становится обладателем стеклянного электричества. Второе тело, в котором электрической жидкости меньше нормального количества, заряжается смоляным электричеством. Однако Франклин дал этим двум видам электричества другие названия. Стеклянное электричество (им обладают тела с избытком электрической жидкости) Франклин назвал положительным, а смоляное (которым обладают тела с недостатком электрического флюида) — отрицательным. За период времени с 1747-1753 гг. Бенджамин Франклин провел ряд исследований и сопутствующих им открытий. Ввел используемое до сих пор понятие двух заряженных состояний: «+» и «-». Объяснил действие лейденской банки, установив определяющую роль диэлектрика между проводящими обкладками. Установил электрическую природу молнии. Предложил идею молниеотвода, установив, что металлические острия соединенные с землей снимают электрические заряды с заряженных тел. Выдвинул идею электрического двигателя. Впервые применил для зажигания пороха электрическую искру. Такое довольно странное толкование дал Франклин известным в его время электрическим явлениям. Странное потому, что оно не могло объяснить самый важный из известных тогда фактов — притяжение легких предметов к наэлектризованным телам.
В 1785-1789 гг. французский физик Шарль Огюстен Кулон публикует ряд работ о взаимодействии электрических зарядов и магнитных полюсов. Проводит доказательство расположения электрических зарядов на поверхности проводника. Вводит понятия магнитного момента и поляризации зарядов. В 1791 году итальянским врачом и анатомом Луиджи Гальвани было обнаружено возникновения электричества при соприкосновении двух разнородных металлов с живым организмом. Обнаруженный им эффект лежит в основе современных электрокардиографов.
В 1795 году другой итальянский ученый Алессандро Вольта, исследуя обнаруженный предшественником эффект, доказал, что электрический ток возникает между парой разнородных металлов разделенных специальной проводящей жидкостью. В 1800 году Алессандро Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную — и соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. Вольта предположил и доказал, что по проволоке протекает электрический ток. Так был изобретён «элемент Вольта» — первый гальванический элемент. Для удобства Вольта придал ему форму вертикального цилиндра (столба), состоящего из соединённых между собой колец цинка, меди и сукна, пропитанных кислотой. Вольтов столб высотою в полметра развивал напряжение, чувствительное для человека.
Извещение об открытии было отправлено Вольта 20 марта 1800 года в письме президенту Лондонского Королевского общества Бэнксу. Письмо было доложено 26 июня того же года и произвело сенсацию не только в научном мире. Наполеон пригласил Вольта в Париж, лично присутствовал на демонстрации опыта, осыпал наградами и почестями. Благодаря этим первым батареям постоянного тока были немедленно сделаны два выдающихся открытия: 1) Электролиз. В том же 1800 году Никольсон и Карлайл разложили воду на водород и кислород, а Дэви в 1807 году открыл металлический калий. 2) Электрическая дуга. В 1803 году русский физик Василий Петров создал самый мощный в мире вольтов столб, составленный из 4 200 медных и цинковых кругов и развивающий напряжение до 2500 вольт. С помощью этого прибора ему удалось открыть такое важное явление, как электрическая дуга, применяемая в электросварке; а в российской армии стал применяться электрический запал пороха и взрывчатки. В 1801 году русский ученый Василий Владимирович Петров установил возможность практического использования электрического тока для нагрева проводников, наблюдал явление электрической дуги в вакууме и различных газах. Выдвинул идею использования тока для освещения и плавки металлов.
Первая модель электрического телеграфа была создана в 1809 году немецким врачом Земмерингом. Первый электромагнитный телеграфный аппарат был изобретен русским ученым П. Л. Шиллингом в 1832 году. Первая в мире телеграмма из десятка слов, переданная по электромагнитному телеграфу 21 октября 1832 г. на Царицином Лугу в Петербурге, отметила зарождение одной из важнейших отраслей связи.
В 1820 году датский физик Г.Х. Эрстед обнаружил, что вблизи проводника с током отклоняется магнитная стрелка. Так было открыто замечательное свойство электрического тока — создавать магнитное поле. Ампер подробно исследовал это явление. Новый взгляд на природу магнитных явлений возник у него в результате целой серии экспериментов и изобретения ряда новых приборов. Уже в конце первой недели напряженного труда он сделал открытие не меньшей важности, чем Эрстед — открыл взаимодействие токов. Ученый обнаружил, что магнитное поле Земли влияет на движущиеся проводники с током, открыл взаимодействие между электрическими токами, сформулировал закон этого явления (закон Ампера), развил теорию магнетизма, предложил использовать электромагнитные процессы для передачи сигналов. В 1822 Ампером был открыт магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Также им было предложено усиливать магнитное поле с помощью железного сердечника, помещаемого внутрь соленоида. В 1827 году немецкий ученый Георг Симон Ом открыл свой закон (закон Ома) – один из фундаментальных законов электричества, устанавливающий зависимость между силой тока и напряжением.
В 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, что приводит к формированию новой отрасли промышленности – электротехники.
В 1839 г. был открыт английским ученым У. Гроувом принцип действия топливных элементов, который обнаружил, что процесс электролиза обратим, то есть водород и кислород можно объединить в молекулы воды без горения, но с выделением тепла и электричества. Свой прибор, где удалось провести эту реакцию, ученый назвал "газовой батареей", и это был первый топливный элемент.
Русский ученый Б. С. Якоби в 1834 г. создал первый в мире практически пригодный электродвигательс вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины». Б. С. Якоби писал, что его двигатель несложен и «дает непосредственно круговое движение, которое гораздо легче преобразовать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное».
Вращательное движение якоря в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов. Неподвижная группа U-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через коммутатор, с помощью которого направление тока в каждом электромагните изменялось раз за один оборот диска. Полярность электромагнитов при этом соответственно изменялась, а каждый из подвижных электромагнитов попеременного притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом: вал двигателя начинал вращаться. Мощность такого двигателя составляла всего 15 Вт. Впоследствии Якоби довел мощность электродвигателя до 550 Вт. Этот двигатель был установлен сначала на лодке, а позже на железнодорожной платформе. В 1839 г. Якоби построил лодку с электромагнитным двигателем, который от 69 элементов Грове развивал 1 лошадиную силу и двигал лодку с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое применение электромагнетизма к передвижению в больших размерах.
Математическую связь между силой тока, сопротивлением проводника сформулировал Джеймс Джоуль в 1840 г. (Закон Джоуля). В 1847 году немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф сформулировал законы для токов и напряжений в электрических цепях.
Первая схема периодической таблицы была опубликована Дмитрием Ивановичем Менделеевым в марте 1869 года в журнале Русского химического общества.
В 1879 году Томас Эдисон патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Подбирая материал для нити, Эдисон провёл около 1500 испытаний различных материалов, а затем ещё около 6000 опытов по карбонизации различных растений. Одновременно Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни, его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение. Некоторое время изобретение носило обобщённое имя «Эдисона-Суона».
С марта 1876 по октябрь 1877 — П. Н. Яблочков подарил человечеству ряд других выдающихся изобретений и открытий. П. Н. Яблочков сконструировал первый генератор переменного тока, который, в отличие от постоянного тока, обеспечивал равномерное выгорание угольных стержней в отсутствие регулятора, первым применил переменный ток для промышленных целей, создал трансформатор переменного тока (30 ноября 1876 года, дата получения патента, считается датой рождения первого трансформатора), электромагнит с плоской обмоткой и впервые использовал статические конденсаторы в цепи переменного тока. Открытия и изобретения позволили Яблочкову первому в мире создать систему «дробления» электрического света, то есть питания большого числа свечей от одного генератора тока, основанную на применении переменного тока, трансформаторов и конденсаторов. В 1878 году улицы Парижа осветили дуговые лампы Павла Николаевича Яблочкова – он развернул параллельно электроды Эдисона и теперь их не нужно было постоянно пододвигать друг к другу по мере перегорания. Появляются первые электростанции.
Доливо-Добровольский изобрел трехфазную сеть переменного тока – он первым догадался создать вращение поля по средствам трех фаз. Вращение поля нужно было для принципа работы, изобретенного им трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка» в 1889 и трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором и пусковым реостатом. Трехфазная сеть обладала повышенным КПД, по сравнению с одно- и двухфазными сетями.
В 1882 году Н. Н. Бенардос изобрёл электрическую сварку с применением угольных электродов, которую запатентовал в Германии, Франции, России, Италии, Англии, США и других странах, назвав свой метод «электрогефестом». В 1888 году Славянов впервые в мире применил на практике дуговую сварку металлическим (плавящимся) электродом под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сварил коленчатый вал паровой машины.
Электродуговая сварка произвела революцию в промышленности и сделала возможным создавать сварные конструкции небоскребов. Именно благодаря электросварке человечество сегодня возводит небоскребы, современные верфи строят металлические корабли и могут сваривать монолитные корпусы сколь угодно больших подводных лодок.
Не так давно кажущееся чем-то волшебным и таинственным, электричество становиться привычным и незаменимым помощником человечества. Уровень комфортной жизни людей колоссально возрос с началом эксплуатации электрической (машинной) силы, с избавлением от громоздких паровых машин и переходом к электростанциям. Искусственное электроосвещение принципиально изменило вечерний облик городов.
*подписывайтесь - дорогие читатели, тогда Вы будете получать мои статьи с отметкой новое - и не пропустите ничего из блогов об электрической природе НЛО, виман и принципов их действия