Сьогодення виробництва електричної енергії в Україні

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

 

Д.П. Коломієць, О.Г. Мазуренко

 

Електротехніка з основами електромеханіки

Тексти лекцій

для студентів неелектротехнічних спеціальностей

денної та заочної форм навчання

 

 

СХВАЛЕНО

на засіданні кафедри

електротехніки

Протокол № 3

від 15.09.2016 р.

 

Київ НУХТ 2016

Д.П. Коломієць, О.Г. Мазуренко. Тексти лекцій з дисципліни „Едектротехніка з основами електроніки” для студентів не електротехнічних спеціальностейденної та заочної форм навчання. – К.: НУХТ, 2016.– с.

 

Рецензент В.Ф.Резцов, д-р техн. наук, проф.

 

Укладачі: Д.П. Коломієць,

О.Г.Мазуренко, д-р техн. наук, проф.

 

 

Відповідальний за випуск О.Г.Мазуренко, д-р техн. наук. проф.

 

@

@

 

 

Вступ

( Лекція 1 )

Становлення електротехніки. Невидимі рушійні сили електричних і магнітних полів здавна цікавили людство. Разом з тим можна виділити три (далеко не однакових за часом) основних етапи пізнання та розвитку електротехніки:

перший – «багатовіковий» (з ХІ століття до н.е. – до кінця XVIII ст.) - час набуття початкових знань про, як тоді вважали, незалежні явища: постійні магніти й електрику;

другий - «бурхливий час великих винаходів» (XIX ст.) - відкриття магнітного поля електричного струму, встановлення єдності електричних і магнітних явищ, створення класичної електродинаміки, початок розвитку практичної електротехніки;

третій – «час звершень» (від кінця XIX ст. до наших днів) знаменується розвитком електронної теорії і вчення про будову атома, становленням електричної енергії основою виробництва.

Перші, хто використав магніт, були китайці. Приблизно за 1100 років до нашої ери вони вже використовували компас у вигляді рухомої людської фігури на колісниці; що витягнутою рукою показувала на південь (в середині руки був магніт). Дещо пізніше компас почали використовувати в Індії.

Здавна були відомі також явища електризації тіл. Ще давньогрецький вчений Фалес (Талес) Мілетський (Tales, 625-547 рр. д.н.е.), який перший почав проводити електротехнічні досліди, виявив, що магніт притягує кусочки заліза, і встановив, що після натирання шерстю (шкірою), бурштин притягує легкі предмети. Ця сила притягування була названа електричною (від грецького ήλεχτρου - “електрон”, тобто бурштин).

Увагу допитливих привертали й інші електричні явища, але довгий час по-справжньому їх мало хто вивчав, оскільки: по-перше, не було виробничих потреб для застосування цих явищ на практиці і, по-друге, на заваді розвитку електротехнічної науки стояла церква, для якої принцип «будувати домисли легше, ніж відшукувати істину» - є безсмертна догма!

Тільки з появою у 1600 р. праці В.Гільберта¹ “Про магніт, магнітні тіла і про великий магніт – Землю”, де вперше послідовно були розглянуті магнітні й відомі електричні явища, електротехніка починає розвиватись як наука.

Поштовхом розвитку дослідної електротехніки можна вважати також створення Отто фон Геріке (1602-1686) електростатичної (електрофорної) машини, що на сьогодні є майже у кожному кабінеті фізики.

У 1729 p. англійський фізик С. Грей встановив, що всі речовини можна поділити на провідники та непровідники електрики, тобто відкрив електропровідність. Ш.Дюфе² у 1734 p. показав, що існує два види електрики — «скляна» і «смоляна» і що однорідні види електрики мають однойменні заряди та відштовхуються одне від одного, а різнорідні навпаки - мають різнойменні заряди і взаємно притягаються. У своїх дослідах Грей і Дюфе використали найпростіші електроскопи з двох льняних ниток, які підвішувались до наелектризованого тіла.

__________________

1. Гільберт (Gilbert) Уільям,англ. фізик і лікар(1544-1603) - встановив, що при натиранні, крім янтарю, здатності притягати легкі предмети набувають багато інших тіл. Явище збудження таких властивостей було названо електризацією тіл.

2. Дюфе (Dufay, Du Fay) Шарль Франсуа (1698-1739), франц. фізик

3. Франклін (Franklin) Бенджамін (1706-1790), амер. вчений, розробив унітарну теорію електрики, у 1750 р. запровадив у практику громовідвід

4. Ломоносов Михайло Васильович (1711-1765), перший рос. вчений всесвітнього рівня - розвинув учення про виникнення атмосферної електрики в результаті взаємодії верхніх шарів атмосфери з висхідними потоками нагрітого повітря, автор хімічно-кінетичної теорії електрики

5. Ріхман Георг Вільгельм (1711-1753), рос. фізик, стоїть у витоків вивчення електрики в Росії, увів кількісне вимірювання електрики, побудував електрометр, за допомогою якого вимірювався потенціал електризації хмар. Загинув від удару блискавки

6. Епінус (Aepinus) Франц Ульріх Теодор (1724-1802), рос. вчений, вивчав і пояснив(1759) явище електростатичної індукції та поляризації

 

Важливим етапом подальшого розвитку електротехніки стало вивчення електричних явищ в атмосфері. Піонери-дослідники атмосферної електрики М.Ломоносов⁴, Г.Ріхман⁵, Б.Франклін, Ф.Епінус⁶ та ін. зробили вагомий внесок в розвиток електротехнічної науки. Б.Франклін³ на дослідах показав (1749), що в усіх випадках електризації виникають заряди обох знаків і в однакових кількостях. Для пояснення електризації він висунув гіпотезу про існування в тілах електричних флюїдів і можливість їх перетікання при натиранні від одного тіла до іншого.

Клейст і П.Мушенбрук⁷ у 1745-46 рр. розробили накопичувач електрики – «лейденську банку» (конденсатор). Ставши фактично першим джерелом струму і забавкою королів, «лейденська банка» дала поштовх для удосконалення електростатичних машин, які слугували для її зарядки, а також для створення вимірювальної техніки. Людину, по дії на тіло якої до цього оцінювали електричні сили, почали заміняти спочатку електроскопами, а потім електроскопами зі шкалою - електромірами. Так прилад, що являв собою крутильні ваги, винайдений у 1785 p. Ш.Кулоном⁸, дав можливість йому встановити основні закони електричної та магнітної взаємодії. Безпосередньо ж закон взаємодії двох заряджених точкових тіл поклав початок строго кількісній оцінці електростатичних явищ. Роботи Кулона дозволи впровадити основні поняття електростатичних і магнітостатичних сил: заряд – кількість електрики, густина заряду, поле сил, потенціал, напруженість і ін.

Упереджена оцінка А.Вольтом⁹ дослідів Л.Гальвані¹⁰, зокрема функції жаб’ячої лапки в електротехнічних дослідах, завершились винаходом хімічного джерела безперервного електричного струму (березень 1800, „вольтів стовп – 20 пар цинкових та мідних дисків з прокладками, що змочувались водою”). Свій гальванічний елемент він називав електрорушійним органом, оскільки в точці дотику металів виникає електрорушійна сила (нова сила!), яка переміщує електрику в пластинках таким чином, що з’являється різниця напруг, залежна від природи металів. Тобто, на погляд Вольта, струм вникає виключно від дотику різнорідних металів, вода ж виконує тільки роль провідника. І хоча ствердження Вольта, що знайдено справжній «perpetuum mobile», не справдились, але цей винахід по праву став початком ери розвитку прикладної електротехніки.

Вже у липні 1800 р., досліджуючи «вольтів стовп» з 17 пар срібних і цинкових дисків, лікар А Карлейль (1768-1840) і фізик У. Нікольсон (1753-1815) випадково виявили розклад води електрикою, що стало поштовхом вивчення електрохімічних перетворень речовин. У цьому ж році Г.Деві¹¹ створює теорію хімічного поріднення, згідно якої у кожному атомі є два протилежних заряди, які викликають здатність атомів до з’єднання. Аналогічну теорію, незалежно від Деві, створив у 1812 р. швед Й.Берцеліус¹². У 1805 р. К.Гротгусом¹³ і Деві була розроблена хімічна теорія дії вольтового стовпа, у відповідності до якої частки в електроліті (солоній воді) розкладаються біля електродів на позитивно заряджений гідроген (водень) і негативно заряджений оксиген (кисень).

____________________

7. Мушенбрук (Musschenbroek) Пітер Ван (1692-1761), нідерл. фізик, розробив багато чисельні фізичні експериментальні методи та прилади. Автор першого систематичного курсу фізики (1739)

8. Кулон (Coulomb) Шарль Огюстен (1736-1806), франц. фізик і військовий інженер, роботи з електростатики, магнетизму, механіки. Зробив великий внесок у теорію тертя, кочення і ковзання. Розробив крутильні ваги. Відкрив основний закон електростатики (1785), є засновником електростатики і магнітостатики.

9. Вольта (Volta) Алессандро (1745-1827) – італ. фізик, один із засновників учення про електричний струм, створив перше хімічне джерело струму (гальванічний елемент), відкрив контактну різницю потенціалів, побудував конденсатор, електромотор та інші прилади дослідження електричних кіл.

10. Гальвані (Galvani) Луїджі (1737-1798), італ.анатом і фізіолог, один із засновників вчення про електрику, основоположник експериментальної електрофізіології, ввів поняття тваринна електрику (1791 р. «Трактат про електричні сили при м’язовому русі»)

11. Деві (davy) Гемфрі (1778-1829), англ.хімік і фізик, один із засновників електохімії. Одержав (1807-08) електролізом калій, натрій, кальцій, стронцій, барій, магній. Описав (1808-09) електричну дугу

12. Берцеліус (Berzelius) Йєнс Якоб (1779-1848), швец. Вчений. Створив (1812-19) електрохімічну теорію хімічної подібності, на основі якої побудував класифікацію елементів.

13. Гротгусом (Grothus) Крістіан Йоганн Дитріх фон (1785-1822) прибалт.фізик. Сформулював першу теорію електролізу (1805) і закон фотохімічної реакції (1818. закон Г.).

14. Беккерель (Becquerel) Антуан Сезар (1788-1878) франц. фізик. Автор праць по фосфоро- та флуоресценції, термоелектриці й ін.

15. Гров (W.R.Grove) У.Р., англ. вчений. розробив гальванічний цинково-платиновий гальванічний елемент (1839), ЕРС якого становила 1,98 В (Грове елемент).

 

Звернемо увагу, що всі ці роботи відкрили принципово новий вид джерела - можливість прямого перетворення хімічної енергії в електричну. Ще в 1801 р. Г. Деві створює перший вуглецево-кисневий «паливний елемент», А. Беккерель¹⁴ розробляє (1833) вуглецево-повітряний паливний елемент з розплавленим електролітом і платиновим катодом і, накінець, У.Гров¹⁵ (1839) будує перший воднево-кислородний елемент – «грове елемент». І хоча теорія свідчила, що ККД цих перетворювачів повинен бути в 2 рази вище, ніж у теплових двигунів, низький загальний науко-технічний рівень того часу не дозволив сягнути цього значення.

До розробки паливних елементів повернулись тільки в 1958-1960 рр.

Використав вольтів стовп і російський академік В.В. Петров¹⁶. Створивши у 1802 р. одну з найпотужніших гальванічних батарей з 4200 елементів, він першим виявив ряд теплових і хімічних ефектів струму, в т.ч. електричну дугу, яка в подальшому набула широкого використання в промисловості (освітлення, зварювання, плавка металів). Опубліковані ним у 1803 р. «Відомості про гальвано-вольтові досліди» у Європі тоді ніхто не прочитав і тому першу потужну батарею (всього з 2000 елементів) Г.Деві виготовить тільки у 1810 р.

Досягнення електротехніки того часу й ідеї загального зв’язку явищ і сил, які активно пропагували філософи Кант, Гегель і особливо Шеллінг, надихнули професора Копенгагського університету Х.К. Ерстеда¹⁷ на свідомий пошук зв’язку електрики з магнетизмом., І хоча з часів Гільберта вважалось, що як такого його (зв’язку) не має, спроба обґрунтування випадково підміченого студентом відхилення магнітної стрілки, що стояла поруч з провідником, по якому проходив струм, привела Ерстеда до великого відкриття. 21 липня 1820р. він розіслав в усі наукові заклади і редакції світу свій твір: «Досліди над дією електричного конфлікту на магнітну стрілку», в якому писав: «Гальванічна електрика, що йде з півночі на південь над вільно підвішеною голкою, відхиляє її північний кінець на схід (рис.1, а), а проходячи у тому ж напрямі під голкою, відхиляє його на захід (рис.1, б)».

Досліди Ерстеда виявили: новий вид взаємодії, нове джерело механічного руху – рушійну силу електрики і новий засіб вимірювання електричного струму. З відкриттям Ерстеда з’явилась можливість пояснення давно накопиченого фактичного матеріалу, що стало основою подальших фундаментальних відкриттів.

Так, прослухавши 4 вересня того ж року доповідь про відкриття Ерстеда, зроблену Д.Араго¹⁸ на засіданні Парижської академії наук, А.Ампер¹⁹ вже 18 вересня виступає з доповіддю про електромагнетизм і його тлумачення. 25 вересня він вже доповідає про відкриття взаємодії струмів, а Араго – про намагнічування струмом. За порадою Ампера А.Араго використав для намагнічування соленоїд (скляну трубу, обмотану проволокою, по якій проходив струм), в середині якого розміщувалась залізна голка.

_____________________

16. Петров Василь Володимирович (1761-1834), рос.фізик, один із перших електротехніків, досліджував хімічну дію струму, електропровідність, люмінесценцію, електричні явища у газах

17. Ерстед (Ærsted) Ханс Крістіан (1777-1851), дат.фізик, автор праць з електрики, акустики, молекулярної фізики

18. Араго (Arago) Доменік Франсуа (1786-1853), франц.вчений, досліджував поляризацію світла, відкрив намагнічуючу дію електричного струму і так званий магнетизм обертання, встановив зв'язок полярних сяйв з магнітними бурями

19. Ампер (Ampére) Андре Марі (1775-1836) – франц. фізик. Відкрив явище взаємодії між струмами і провідника зі струмом у магнітному полі (початок електродинаміки), висунув гіпотезу про природу магнетизму, створив першу теорію про зв'язок електричних і магнітних явищ та запропонував ідею використання електромагнітних явищ для передачі сигналів на відстань (1820), ввів поняття «електричний струм»,

20. Стерджен (Sturgeon) Вільям (1783-1850), англ.електротехнік. Винайшов (1825) перший електромагніт

21. Генрі (Henry) Джозеф (1797-1878), амер.фізик. Побудував потужні електромагніти і електродвигуни, відкрив (1832, незалежно від Фарадея) самоіндукцію, встановив коливальний характер розряду конденсатора

Так був відкритий принцип електромагніту, перший з яких був побудований у 1825 р. англійцем В. Стердженом²⁰, а в 1832 р. американський фізик Дж.Генрі²¹ вже використовував магніт вантажопідйомністю 2 т.

Всебічно дослідивши взаємодію струму і магніту, а також струмів між собою, Ампер доказав, що навколо електричного струму неодмінно існує магнітне поле і цим встановив єдність електричних і магнітних явищ. Він же доказав, що на прямолінійний провідник ℓ з струмом І в магнітному полі діє механічна сила F, яка намагається змістити його у плоскості перпендикулярній вектору магнітної індукції В (закон Ампера ). Через 30 років Максвелл скаже: «Теорія і досвід начебто у повній силі і закінченості вилились зразу із голови «Ньютона електрики»!».

Подальше вивчення взаємодії двох прямих постійних паралельних струмів дало змогу встановити одну з основних одиниць системи SІ - одиницю струму ампер (А).

Ампер дорівнює силі незмінного струму, який під час проходження (рис.2) по двох безмежно довгих паралельних прямолінійних провідниках надмалого кругового перерізу, розташованих на відстані а =1 м один від одного у вакуумі, викликав би на кожній ділянці провідника довжиною ℓ =1 м силу взаємодії F = 2×10^-7 Н (ньютон).

У той же час досліди, проведені Араго, дали можливість йому виявити обертання магніту поблизу мідної пластини, що оберталася (диск Араго). В майбутньому це слугувало створенню електродвигунів змінного струму з обертовим магнітним полем.

У тому ж таки 1820 році Ж.Біо²² і Ф.Савар²³ встановили, що величина вектора магнітної індукції В пропорційна силі струму І, тобто кількісний зв'язок між магнітним полем і електричним струмом. Їх твердження математично оформив П.Лаплас (закон Біо-Савара-Лапласа).

Не погоджуючись з Ампером, Томас Зеебек²⁴ в пошуках іншого пояснення дослідів Ерстеда відкрив (1821), що магнітна стрілка відхиляється не тільки при з’єднанні кінців проволок з різнорідних металів, а й від дії тепла руки та спиртівки. Але, не вірячи у взаємодію струму і магніту, він заявив, що відкрив термомагнетизм. Відстоюючи розроблену хибну «теорію земного термомагнетизму», виконавши за два роки безліч дослідів і класифікувавши при цьому ряд металів по величині виникаючого «магнетизму», Зеебек не здогадався використати два крайніх метали цього ряду, щоб створити пристрій для отримання електричного струму. Такий пристрій мав би ККД до 3 %, тобто такий же, як і парові машини того часу. Все ж, відкрите явище термоелектрики стало основою безпосереднього перетворення теплової енергії у електричну і створення термоелементів.

Німецький фізикГ.Ом²⁵, досліджуючи кола електричного струму, відкрив (1826) і підтвердив на досліді закон, згідно якого сила струму в колі прямо пропорційна підведеній напрузі та обернено пропорційна повному опору кола. Цей закон став один з головних фізичних законів.

____________________

22. Біо (Biot) Жан Батист (1774-1862), франц.фізик, засновник праць з поляризації світла (закон Біо,1815), магнітного поля електричного струму (закон Біо-Савара, 1820), акустики

23. Савар (Savart) Фелікс (1791-1841), франц.фізик

24. Зеебек (Seebeck) Томас Іоганн (1770-1831), нім.фізик. відкрив явище термоелектрики, яке стало основою безпосереднього перетворення теплової енергії у електричну та створення термоелементів

25. Ом (Ohm) Георг Симон(1787-1854), відкрив (1826) і підтвердив на досліді закон, який виражає зв'язок між силою струму в колі, напругою та опором

26. Пельт’є (Peltier) Жан Шарль Атанас (1785-1845), франц.фізик. Праці по термоелектриці, електромагнетизму й ін. Відкрив (1834) ефект Пельт’є

 

 

Ще один впертий чоловік – годинникар Жан Пельт’є²⁶, шукаючи спростування закону перетворення електричної «сили»-енергії у теплову, провів досліди з тими ж матеріалами, що й Зеебек. Приєднавши вільні кінці спаяних пластин спочатку бісмуту (вісмут) та купруму (мідь), а потім бісмуту та стибію (сурма) до джерела струму, він виявив (1834), що в залежності від напряму струму спай нагрівається або охолоджується відповідно на 5-10 або на 40 градусів. Пельт’є вирішив, що справа тут в різній електропровідності матеріалів. Точну ж відповідь на це питання дав E.X. Ленц²⁷, провівши (1838) ефектний дослід з заморожуванням і розморожуванням краплини води в точці спаю в залежності від напряму струму. Даний ефект, зворотний ефекту Зеебека, почали використовувати тільки 1958-60 рр. (термоелектричні генератори, холодильники, опалювачі тощо).

Все ж, як основа практичного застосування електрики, електротехніка починається з відкриття М.Фарадеєм²⁸ явища електромагнітної індукції. Керуючись ідеєю про існування взаємозв'язків у явищах природи, Фарадей ще в 1823 p., слідом за відкриттям магнітного поля струму, зафіксував у записній книжці завдання: «Перетворити магнетизм в електрику». Спочатку досліди були невдалими. Вважали, що коли в середині котушки розмістити магнітне поле, наприклад постійний магніт, то при замиканні котушки в ній існуватиме електричний струм. Але за таких умов струму в котушці не було. Перші спостереження індукції – силової дії «через вплив» - Фарадей побачив у досліді з двома котушками з мідної проволоки. Розмістивши без контакту між ними (рис.3) одну з котушок в середину іншої та пропускаючи струм по одній з них, він замітив, що стрілка гальванометра, приєднаного до іншої котушки, на короткий час відхилялась. Аналогічний ефект проявлявся при розміщенні котушок поблизу одна одної або піднесенні постійного магніту. Це дало можливість Фарадею зробити (1831) висновок, що «… при пропусканні його (струму) через один провідник дійсно індукується подібний струм в іншому провіднику, але…цей струм триває всього одну мить». Розвиваючи ідею близькодії, Фарадей ввів уяву про магнітні силові лінії, виявивши їх у досліді з металічними ошурками, і зв’язав з ними закон електромагнітної індукції - кількість електрики, приведеної в рух, прямо пропорційна числу ліній, що пересікаються. Він дав перший опис магнітного поля і першу вказівку на розповсюдження магнітних збурень у часі. На різних дослідах Фарадей показав, що при всяких змінах магнітного поля в області, обмеженій контуром провідника, в останньому виникає електрорушійна сила (ЕРС). Це явище Фарадей назвав електромагнітною індукцією, а наведений струм — індукційним. При цьому в явищі електромагнітної індукції істотне значення має не зміна сили навідного струму, а зміна його магнітного поля. Оскільки індукційний струм виникав також у випадках відносного переміщення постійного магніту й котушки, хоча й при цьому напрям його був неоднаковий, то М. Фарадей писав: «Закономірність, якій підпорядкований напрям збудженого струму за допомогою електромагнітної індукції, дуже проста, хоч і важко її описати». Це вдалось зробити у 1834 р E.X. Ленцу, який, керуючись ідеєю збереження матерії та руху, висунутою Ломоносовим, пояснив цю закономірність так: напрям індукційного струму завжди такий, що його власне магнітне поле протидіє тій зміні магнітного потоку, в результаті якої він сам виникає (закон Ленца). Таким чином було відкрито шлях до створення нового - механо-електричного генератора, подальшого розвитку та застосування електротехніки та радіотехніки.

_______________

27. Фарадей (Faraday) Майкл (1791-1867), англ.фізик, започаткував вчення про електромагнітне поле, виявив хімічну дію електричного струму, взаємозв’язок між електрикою і магнетизмом, магнетизмом і світлом, встановив закони електролізу (1833-34), відкрив пара-та діамагнетизм, обертання площини поляризації світла в магнітному полі, доказав тотожність різних видів електрики, започаткував поняття електричне і магнітне поля, запропонував ідею існування електромагнітних хвиль

28. Шіллінг Павло Львович (1786-1837), рос. винахідник, винайшов (1812) електричну міну, створив (1832) перший придатний для застосування електромагнітний телеграф.

У 1832 р. П.Л.Шіллінг²⁹ створив перший електромагнітний телеграф придатний для застосування. У 1838 р. Б.Якобі³⁰ відкрив явище гальванопластики – покриття металів металами, одержання металевих відтисків. Дж.Джоуль³¹ експериментально обґрунтував закон зберігання енергії. Він же визначив механічний еквівалент теплоти, встановив (1841-42), незалежно від Е.Ленца, закон виділення теплоти при проходженні струму.

Г.Кірхгоф³² продовжив розпочаті Омом дослідження електричних кіл і встановив (1847) перший та другий закони для них.

Протягом цих років розвивалась також наукова думка. Першу математичну теорію електромагнетизму на основі загальноприйнятої тоді концепції далекодії розробив у 1845-1847 рр. Ф. Нейман. Розвили її Г.Фіхнер і В.Вебер³³. Все ж, оскільки ця теорія суперечила багатьом фактам, то на зміну їй у 1862 р. прийшла геніальна теорія Дж.Максвелла³⁴. Розвиваючи ідеї Фарадея, він створив теорію електромагнітного поля (рівняння Максвелла); ввів поняття про струм зміщення, передбачив існування електромагнітних хвиль і визначив швидкість їх руху, яка виявилась рівною швидкості світла, висунув ідею електромагнітної природи світла. Віднині електродинаміка стала теоретичною основою розвитку електротехніки.

_______________

29. Якобі Борс Семенович (Мориц Герман) (1801-1874), рос.фізик (1835). Створив не зовсім досконалий перший двигун постійного струму з обертовим робочим валом (1834)

30. Джоуль (Joule) Джеймс Прескот (1818-1889), англ.фізик, експериментально обґрунтував закон зберігання енергії, визначив механічний еквівалент теплоти, встановив закон Джоуля-Ленца (не залежно від Ленца) виділення теплоти при проходженні струму (1841-42), сумісно з Томсоном відкрив ефект зміни температури при дроселюванні газів (1852-62)

31. Ленц Емілій Хрістіанович (1804-65), рос.фізик і електротехнік, встановив правило Ленца (1833), яке дозволило йому сформулювати принцип оборотності електричних машин, експериментально обґрунтував закон Джоуля-Ленца (1842), надав (разом з Б.С. Якобі) методи розрахунку електромагнітів

32. Кірхгоф (Kirchhof ) Густав Роберт (1824-1887), нім.фізик; сформулював перший та другий закони електричного кола (1847)

33. Вебер (Weber) Вільгельм Едуард (1804-91), нім.вчений, фізик. Праці по електриці та магнетизму, розробив разом з К.Ф. Гаусом абсолютну систему електричних і магнітних одиниць. Його ім’ям названа одиниця магнітного потоку.

34. Максвелл (Maxwell) Джейсм Клерк (1831-1879), англ..фізик, творець класичної електродинаміки («Трактат про електрику і магнетизм», 1873), створив теорію електромагнітного поля (рівняння Максвелла); ввів поняття про струм зміщення, передбачив існування електромагнітних хвиль, висунув ідею електромагнітної природи світла.

35. Пачінотті (Pacinotti) Антоніо (1841-1912), італ.фізик і електротехнік. Створив двигун постійного струму з незалежним збудженням, в якому вперше застосував кільцевий якір (1860)]

36. Грамм (Gramme) Зеноб Теофиль (1826-1901), електротехнік, засновник виробництва електричних машин] створив (1869 р.) генератор постійного струму з самозбудженням.

37. Хефнер-Альтенек Фрідріх фон (1845-1904), нім. електротехнік, замінивши у 1873 р. кільцевий ротор на шихтований барабанного типу, створив якір для електричних машин постійного струму, запропонував (1884) одиницю сили світла і її еталон (свічка Хефнера).

38. Лодигін (Лодыгин) Олександр Миколайович (1847-1923), рос. електротехнік, один із засновників електротермії, винайшов (1872) електричну лампочку накалювання з вугільними електродами (патент 1874)].

39. Яблочков Павло Миколайович (1847-94), рос. електротехнік, працював над створенням електричних машин і хімічних джерел струму, винайшов (патент 1876) дугову лампу без регулятора – електричну свічку («свічка Я.»)

40. Славянов Микола Гаврилович (1854-97), рос. електротехнік, один із засновників електрозварювання, розробив зварювання металічним електродом з попереднім підігрівом виробів (1888), вперше застосував для електрозварювання електричний генератор

41. Белл (Bell) Александер Грейам (1847-1922)] у 1876 р отримав патент на перший практично придатний телефон.

42. Герц (Chertz) Генріх Рудольф (1857-94), нім.фізик,. експериментально доказав (1886-89) існування електромагнітних хвиль, створив вібратор Герца, надав (1890) рівнянням Максвелла симетричну форму. Експериментально підтвердив тотожність основних властивостей електромагнітних і світлових хвиль

43. Попов Олександр Степанович (1859-1905/06), рос.фізик і електротехнік, винахідник безпровідного електричного зв’язку, винайшов (1895) радіо, створив (1895) прилад для реєстрації грозових розрядів – «грозовідмітчик»

44. Столєтов Олександр Григорович (1839-96), рос.фізик, засновник (1874) фізичної лабораторії Московського університету. Одержав (1872) криву намагнічування сталі, систематично (1888-90) досліджував зовнішній фотоефект, відкрив перший закон фотоефекту

 

 

У 1860 р. А.Пачінотті³⁵ створив двигун постійного струму з незалежним збудженням, в якому вперше застосував кільцевий якір (1860). Перший генератор постійного струму з самозбудженням був розроблений З.Т. Граммом³⁶ у 1869 р. замінивши у 1873 р. кільцевий ротор на шихтований барабанного типу, Хефнер-Альтенек³⁷ створив якір для електричних машин постійного струму. У 1872 О.Лодигін³⁸ винайшов електричну лампочку розжарення з вугільними електродами (патент 1874). Відкриту ще В.Петровим електричну дугу П.М. Яблочков³⁹ використав для освітлення (1876), М.М. Бернадос — для зварювання металів вугільним електродом (1882), а М.Г. Славянов⁴⁰ — для плавлення металів (1886). Переїхавши (1871) у США, шотландець А.Белл⁴¹ у 1876 р отримав патент на перший практично придатний телефон. Г.Герц⁴² експериментально доказав (1886-89) існування електромагнітних хвиль, що дало можливість О.Попову⁴³ винайти у 1895 радіо.

О.Столєтов⁴⁴ дослідив функцію намагнічування м'якого заліза і одержав (1872) криву намагнічування сталі, знання якої для побудови електричних машин було надзвичайно необхідне.

Ф. Пироцький провів (1874) перші досліди, а Д. Лачінов⁴⁵ теоретично обґрунтував (1880) передачу по проводах електричної енергії на далеку відстань. М.Доліво-Добровольський⁴⁶ побудував (1888-89) генератор, двигун, трансформатор і електродинамічні вимірювальні прилади для трифазного змінного струму, який склав основу силового забезпечення сучасного виробництва.

Початок XX ст. став періодом розвитку класичної електронної теорії, засновниками якої були П.Друде і Г.Лоренц. На відміну від суто феноменологічної теорії Максвелла, нова теорія прагнула пояснити фізичні явища з урахуванням внутрішньої будови речовини. У 1903 p. після відкриття електрона Дж.Дж. Томсон мав підставу представити атом як електричну систему, що складається з позитивно зарядженої маси, в товщі якої «вкраплені» точкові електрони; останні могли здійснювати коливальні рухи навколо своїх положень рівноваги. Посилаючись на коливання електронів в атомі, теорія спроможна була пояснити дисперсію світла, розщеплення ліній атомарних спектрів у магнітному полі; з припущення про наявність вільних електронів у металах — пояснити їх добру провідність і навіть вивести відомі дослідні закони Ома, Джоуля—Ленца, Відемана—Франца та ін.

Поряд з цим відповідно діалектичному закону заперечення в розвитку пізнання, стали відкриватися факти, які не вкладалися в межі класичної електронної теорії. Найбільш вагомими з них були результати дослідів Е.Резерфорда (1913р.), які розкривали планетарну квантово-механічну структуру атома. Названі теорії в органічній єдності склали теоретичну основу сучасного вчення про електромагнетизм. До активу квантової механіки в галузі електромагнетизму можна віднести також розкриття природи феромагнітного стану, квантово-механічного характеру провідності металів, зонної провідності напівпровідників, явища надпровідності та ін.

Очевидно, що наукові здобутки в галузі електромагнетизму неодмінно позначалися на удосконаленні техніки виробництва та поліпшенні добробуту людства. На сьогодні електротехніка – це наука про використання електричних і магнітних явищ на практиці.

У наш час електрична енергія широко використовується в усьому світі як у виробничих умовах, так і побуті. Майбутнє цивілізації неможливе без подальшого розвитку виробництва, розширення меж використання і впровадження електрики.

Сьогодення виробництва електричної енергії в Україні

Винятковість електричної енергії полягає в її перевагах над іншими видами енергії, якими є:

1) технологічність та оборотність - електричну енергію відносно просто виробити шляхом перетворення механічної, теплової, хімічної, променевої й інших енергій. У той же час її легко перетворити в інший вид енергії, зокрема в механічну, теплову та променеву;

2) транспортабельність і подільність - утворивши мережу, електричну енергію можна передавати на будь-яку відстань і розподіляти між споживачами (приймачами) різної потужності (від часток вата до тисяч кіловат);

_________________________________

45. Лачінов Дмитро Олександрович (1842-1902), рос.фізик та електротехнік, разом з Пироцьким розробив і здійснив (1880) першу передачу по проводах електричної енергії на далеку відстань, автор електролітичного способу одержання кисню та водню (1888)

46. Доліво-Добровольський Михайло Йосипович (1861/62-1919), рос.електротехнік, творець техніки трифазного змінного струму, побудував (1888-89) генератор, двигун, трансформатор і електродинамічні вимірювальні прилади для трифазного змінного струму, здійснив (1891) першу його електоропередачу

 

3) відносна простота, високий ККД обладнання для генерування та споживання електроенергії;

4) екологічність - електрична енергія є одним з найбільш екологічно чистих видів енергій;

5) можливість автоматизації - процеси виробництва, передачі, розподілу та споживання електричної енергії відносно легко автоматизувати. Рівень автоматизації – до 98 %.

До основних недоліків відносять:

- неможливість накопичення електричної енергії про запас. Розроблені людством «сховища» електричної енергії - акумуляторні батареї, гальванічні елементи, конденсатори придатні забезпечити роботу тільки порівняно малопотужного обладнання. До того ж, терміни зберігання електричної енергії у цих «сховищах» є обмеженими.Тому електричну енергію виробляють тільки в той час і стільки, скільки її потрібно для живлення споживачів з врахуванням втрат у пристроях і лініях передачі;

- негативний вплив на людину електричних струмів понад 12 мА, підвищених рівнів статичної електрики, високочастотних електромагнітних випромінювань, низькочастотних (до 30 Гц) пульсацій світла й інших явищ, пов’язаних з електрикою;

- обов’язкове суворе дотримання вимог безпечної експлуатації електроустановок.

Разом з тим, ставши основою механізації та автоматизації технологічних процесів, в т.ч. харчових виробництв, її використання не тільки дозволяє замінити фізичну працю та проводити електричну, магнітну або електрохімічну обробку продуктів, а й допомагає створювати безпечні та сприятливі умови життєдіяльності людей.

Основними пристроями для виробництва електричної енергії є генератори, в яких механічну енергію перетворюють в електричну. Джерелом незначної кількості електроенергії є автономні нетрадиційні джерела: вітрові, променеві, геотермальні та ін.

Централізоване виробництво електричної енергії налагоджено на підприємствах, які в залежності від джерела механічної енергії в основному поділяють на гідро (ГЕС), тепло (ТЕС) та атомні (АЕС) електричні станції. На виробництво електроенергії, наприклад у 2000 році, в світі було витрачено 13 млрд. тонн умовного палива (т у. п.). Прогнозується, що до 2020 року ці витрати зростуть до 19 млрд. т у. п., з яких 28,3 % припаде на тверде паливо; 38,5 % - на нафту; 22,3 % - на газ; 6,9 % - на ядерне паливо; 2,7 % - на гідроенергію.