Эсвэл цахилгаан цохихэлектрон гэх мэт цэнэглэгдсэн бөөмсийн чиглэлтэй хөдөлж буй урсгал гэж нэрлэдэг. Цэнэглэсэн бөөмсийн ийм хөдөлгөөний үр дүнд олж авсан энерги, энэ энергийн үндсэн дээр олж авсан гэрэлтүүлгийг цахилгаан гэж нэрлэдэг. "Цахилгаан" гэсэн нэр томъёог Английн эрдэмтэн Уильям Гилберт 1600 онд "Соронзон, соронзон биетүүд ба агуу соронз, дэлхийн тухай" эсседээ нэвтрүүлсэн.
Гилберт хувтай туршилт хийсэн бөгөөд энэ нь даавууны эсрэг үрэлтийн үр дүнд бусад гэрлийн биетүүдийг татах чадвартай, өөрөөр хэлбэл тодорхой цэнэгийг олж авсан. Хувыг грек хэлнээс электрон гэж орчуулдаг тул эрдэмтний ажигласан үзэгдлийг "цахилгаан" гэж нэрлэдэг.
Цахилгаан
Цахилгааны тухай бага зэрэг онол
Цахилгаан нь цахилгаан гүйдлийн дамжуулагч эсвэл цэнэглэгдсэн биетүүдийн эргэн тойронд цахилгаан талбар үүсгэх чадвартай. Цахилгаан орны тусламжтайгаар цахилгаан цэнэгтэй бусад биед нөлөөлөх боломжтой.fv
Хүн бүрийн мэддэг шиг цахилгаан цэнэгийг эерэг ба сөрөг гэж хуваадаг. Энэ сонголт нь болзолт боловч түүхэнд удаан хугацаагаар хийгдсэн тул төлбөр тус бүрт тодорхой тэмдэг өгдөг.
Ижил төрлийн тэмдгээр цэнэглэгдсэн бие бие биенээ түлхэж, өөр өөр цэнэгтэй нь эсрэгээрээ татдаг.
Цэнэглэгдсэн бөөмсийн хөдөлгөөний үед, өөрөөр хэлбэл цахилгаан байх үед цахилгаан талбараас гадна соронзон орон үүсдэг. Энэ нь танд тохируулах боломжийг олгоно цахилгаан ба соронзон хоорондын хамаарал.
Цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг бие эсвэл маш өндөр эсэргүүцэлтэй биет байдаг нь сонирхолтой юм.Үүнийг 1729 онд Английн эрдэмтэн Стивен Грей нээжээ.
Цахилгаан эрчим хүчийг судлах нь термодинамик гэх мэт шинжлэх ухааныг бүрэн, үндсэндээ хийдэг. Гэсэн хэдий ч цахилгаан соронзон орон ба цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн квант шинж чанарыг огт өөр шинжлэх ухаан - квант термодинамик судалдаг боловч квант үзэгдлүүдийн заримыг энгийн квант онолоор маш энгийнээр тайлбарлаж болно.
Цахилгаан эрчим хүчний үндэс
Цахилгааныг нээсэн түүх
Эрт дээр үеэс өнөөг хүртэл олон эрдэмтэд түүний шинж чанарыг судалж, цахилгаан эрчим хүчний талаар шинэ зүйлийг сурч мэдсэн тул цахилгааныг нээсэн гэж хэлэх ийм эрдэмтэн байхгүй гэж хэлэх ёстой.
- Цахилгаан эрчим хүчийг анх сонирхож эхэлсэн хүн бол эртний Грекийн гүн ухаантан Талес юм. Ноосонд түрхдэг хув нь бусад гэрлийн биетүүдийг татах шинж чанарыг олж авдаг болохыг олж мэдсэн.
- Дараа нь эртний Грекийн өөр нэг эрдэмтэн Аристотель дайснуудыг цахилгаан цэнэгээр цохиж байсан могой загасыг судалжээ.
- МЭ 70 онд Ромын зохиолч Плиний давирхайн цахилгаан шинж чанарыг судалжээ.
- Гэсэн хэдий ч, дараа нь удаан хугацааны туршид цахилгааны талаар ямар ч мэдлэг олж аваагүй.
- Зөвхөн 16-р зуунд Английн хатан хаан Елизавета 1-ийн шүүхийн эмч Уильям Гилберт цахилгаан шинж чанарыг судалж, олон сонирхолтой нээлтүүдийг хийжээ. Үүний дараа шууд утгаараа "цахилгаан солиорол" эхэлсэн.
- Зөвхөн 1600 онд Английн эрдэмтэн Уильям Гилберт "цахилгаан" гэсэн нэр томъёо гарч ирэв.
- 1650 онд цахилгаан статик машиныг зохион бүтээсэн Магдебургийн захирагч Отто фон Герикийн ачаар цахилгааны нөлөөн дор биеийг түлхэх нөлөөг ажиглах боломжтой болсон.
- 1729 онд Английн эрдэмтэн Стивен Грей цахилгаан гүйдлийг хол зайд дамжуулах туршилт хийж байхдаа бүх материал ижил аргаар цахилгаан дамжуулах чадваргүй болохыг санамсаргүйгээр олж мэдсэн.
- 1733 онд Францын эрдэмтэн Чарльз Дюфай хоёр төрлийн цахилгаан байдгийг нээсэн бөгөөд түүнийг шил, давирхай гэж нэрлэжээ. Торгон дээр шил, ноосонд давирхайг үрж илрүүлсэн тул ийм нэрийг авсан.
- Анхны конденсатор, өөрөөр хэлбэл цахилгаан хадгалах төхөөрөмжийг 1745 онд Голландын Питер ван Мушенбрук зохион бүтээжээ. Энэ конденсаторыг Лейден сав гэж нэрлэдэг.
- 1747 онд Америкийн Б.Франклин дэлхийн анхны цахилгааны онолыг бүтээжээ. Франклины хэлснээр цахилгаан бол биет бус шингэн буюу шингэн юм. Франклины шинжлэх ухаанд оруулсан бас нэг хувь нэмэр бол аянгын саваа зохион бүтээж, түүгээрээ аянга цахилгаанаас гаралтай гэдгийг баталсан явдал юм. Мөн эерэг, сөрөг цэнэг гэх мэт ойлголтуудыг танилцуулсан боловч цэнэгийг олж илрүүлээгүй. Энэхүү нээлтийг эрдэмтэн Симер хийсэн бөгөөд тэрээр эерэг ба сөрөг цэнэгийн туйлууд байгааг нотолсон юм.
- Цахилгаан энергийн шинж чанарыг судлах нь 1785 онд Кулон цэгийн цахилгаан цэнэгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчний тухай хуулийг нээсний дараагаар нарийн шинжлэх ухаанд шилжсэн бөгөөд үүнийг Кулоны хууль гэж нэрлэжээ.
- Дараа нь 1791 онд Италийн эрдэмтэн Галвани амьтдын булчинд хөдөлж байх үед цахилгаан гүйдэл үүсдэг тухай өгүүлэл хэвлүүлжээ.
- 1800 онд Италийн өөр нэг эрдэмтэн Волт батерейг зохион бүтээсэн нь цахилгаан эрчим хүчний шинжлэх ухааныг эрчимтэй хөгжүүлж, энэ чиглэлээр дараагийн цуврал чухал нээлтүүдийг хийхэд хүргэсэн.
- Үүний дараа Фарадей, Максвелл, Ампер нарын нээлтүүд 20-хон жилийн дотор хийгдсэн.
- 1874 онд Оросын инженер А.Н.Лодыгин 1872 онд зохион бүтээсэн нүүрстөрөгчийн саваа бүхий улайсдаг чийдэнгийн патент авчээ. Дараа нь дэнлүүнд вольфрамын саваа ашигласан. Тэгээд 1906 онд тэрээр патентаа Томас Эдисон компанид зарсан.
- 1888 онд Герц цахилгаан соронзон долгионыг бүртгэжээ.
- 1879 онд Жозеф Томсон цахилгааны материал зөөгч болох электроныг нээсэн.
- 1911 онд Франц хүн Жорж Клод дэлхийн анхны неон чийдэнг зохион бүтээжээ.
- Хорьдугаар зуун дэлхийд квант электродинамикийн онолыг өгсөн.
- 1967 онд цахилгааны шинж чанарыг судлах өөр нэг алхам хийгдсэн. Энэ жил цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн онолыг бий болгосон.
Гэсэн хэдий ч эдгээр нь зөвхөн эрдэмтдийн хийсэн гол нээлтүүд бөгөөд цахилгаан эрчим хүчийг ашиглахад хувь нэмэр оруулсан юм. Гэвч судалгаа одоо ч үргэлжилж байгаа бөгөөд жил бүр цахилгаан эрчим хүчний салбарт нээлтүүд гарч байна.
Цахилгаантай холбоотой нээлтүүдийн хувьд хамгийн агуу, хамгийн хүчирхэг нь Никола Тесла байсан гэдэгт бүгд итгэлтэй байна. Тэр өөрөө Австрийн эзэнт гүрэнд төрсөн, одоо энэ нь Хорватын нутаг дэвсгэр юм. Түүний тээшинд шинэ бүтээл, шинжлэх ухааны бүтээлүүд: ээлжлэн гүйдэл, талбайн онол, эфир, радио, резонанс болон бусад олон зүйл. Зарим хүмүүс "Тунгуска солир" хэмээх үзэгдэл нь Никола Теслагийн өөрийн гараар хийсэн бүтээл, тухайлбал Сибирьт асар их хүчтэй дэлбэрэлт болсон байж магадгүй гэж хүлээн зөвшөөрдөг.
Дэлхийн эзэн - Никола Тесла
Хэсэг хугацаанд байгальд цахилгаан байдаггүй гэж үздэг байсан. Гэсэн хэдий ч Б.Франклин аянга цахилгаан гаралтай гэдгийг тогтоосны дараа энэ үзэл бодол оршин тогтнохоо больжээ.
Байгаль дахь цахилгаан эрчим хүчний ач холбогдол, түүнчлэн хүний амьдралд асар их юм. Эцсийн эцэст, энэ нь амин хүчлүүдийн нийлэгжилтийг бий болгож, улмаар дэлхий дээр амьдрал үүсэхэд хүргэсэн аянга байв..
Амьд биетийн эд эсэд байдаг цахилгаан гүйдлийн улмаас үүссэн мэдрэлийн импульсийн улмаас хүн, амьтны мэдрэлийн системд хөдөлгөөн, амьсгалах зэрэг үйл явц үүсдэг.
Зарим төрлийн загаснууд дайснуудаас өөрсдийгөө хамгаалах, усан дор хоол хайж, олж авахын тулд цахилгаан эрчим хүч, эс тэгвээс цахилгаан цэнэгийг ашигладаг. Эдгээр загаснууд нь: могой, лампа, цахилгаан туяа, тэр ч байтугай зарим акулууд юм. Эдгээр бүх загас нь конденсаторын зарчмаар ажилладаг тусгай цахилгаан эрхтэнтэй, өөрөөр хэлбэл хангалттай их хэмжээний цахилгаан цэнэгийг хуримтлуулж, дараа нь ийм загасанд хүрсэн хохирогч руу илгээдэг. Мөн ийм эрхтэн нь хэдэн зуун герц давтамжтай ажилладаг бөгөөд хэд хэдэн вольтын хүчдэлтэй байдаг. Загасны цахилгаан эрхтний одоогийн хүч нас ахих тусам өөрчлөгддөг: загас хөгшрөх тусам одоогийн хүч чадал нэмэгддэг. Мөн цахилгаан гүйдлийн ачаар их гүнд амьдардаг загаснууд усанд сэлдэг. Усан дахь объектуудын үйл ажиллагааны улмаас цахилгаан орон гажилт үүсдэг. Мөн эдгээр гажуудал нь загасыг жолоодоход тусалдаг.
Үхлийн туршлагууд. Цахилгаан
Цахилгаан авч байна
Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх зорилгоор цахилгаан станцуудыг тусгайлан бүтээсэн. Цахилгаан станцууд цахилгаан эрчим хүчийг бий болгохын тулд генераторыг ашигладаг бөгөөд дараа нь цахилгаан шугамаар дамжуулан хэрэглээний газруудад шилжүүлдэг. Цахилгаан гүйдэл нь механик эсвэл дотоод энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргасны улмаас үүсдэг. Цахилгаан станцуудыг усан цахилгаан станц эсвэл усан цахилгаан станц, дулааны цөмийн, салхи, далайн түрлэг, нарны болон бусад цахилгаан станцууд гэж хуваадаг.
Усан цахилгаан станцуудад усны урсгалын нөлөөн дор хөдөлж буй генераторын турбинууд нь цахилгаан үүсгэдэг. Дулааны цахилгаан станцууд буюу өөрөөр хэлбэл ДЦС-д мөн цахилгаан гүйдэл үүсдэг боловч усны оронд усны уурыг ашигладаг бөгөөд энэ нь нүүрс зэрэг түлшийг шатаах явцад ус халаах явцад үүсдэг.
Атомын цахилгаан станц эсвэл атомын цахилгаан станцад маш төстэй үйл ажиллагааны зарчмыг ашигладаг. Зөвхөн атомын цахилгаан станцууд өөр төрлийн түлш хэрэглэдэг - уран эсвэл плутони зэрэг цацраг идэвхт бодис. Тэдний цөмийн хуваагдал байдаг бөгөөд үүний улмаас маш их хэмжээний дулаан ялгардаг бөгөөд энэ нь усыг халааж, усны уур болгон хувиргахад ашигладаг бөгөөд дараа нь цахилгаан үүсгэдэг турбин руу ордог. Эдгээр станцууд ажиллахын тулд маш бага түлш шаарддаг. Тэгэхээр арван грамм уранаас нэг машин нүүрстэй тэнцэх хэмжээний цахилгаан үйлдвэрлэдэг.
Цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээ
Өнөө үед цахилгаангүй амьдрал боломжгүй болж байна. Энэ нь 21-р зууны хүмүүсийн амьдралд нэлээд нягт орж ирсэн. Ихэнхдээ цахилгааныг гэрэлтүүлэг, жишээлбэл, цахилгаан эсвэл неон чийдэн ашиглах, утас, телевиз, радио, урьд нь телеграф ашиглан бүх төрлийн мэдээлэл дамжуулахад ашигладаг. Түүнчлэн 20-р зуунд цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээний шинэ чиглэл гарч ирэв: трамвай, метроны галт тэрэг, троллейбус, цахилгаан галт тэрэгний цахилгаан моторын тэжээлийн эх үүсвэр. Цахилгаан нь янз бүрийн гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийг ажиллуулахад зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд энэ нь амьдралыг ихээхэн сайжруулдаг. орчин үеийн хүн.
Өнөөдөр цахилгаан эрчим хүчийг мөн чанартай материал үйлдвэрлэх, боловсруулахад ашигладаг. Цахилгаанаар ажилладаг цахилгаан гитарын тусламжтайгаар та хөгжим үүсгэж болно. Түүнчлэн цаазаар авах ялыг зөвшөөрдөг орнуудад цахилгааныг гэмт хэрэгтнүүдийг хөнөөх хүмүүнлэг арга (цахилгаан сандал) болгон ашигласаар байна.
Түүнчлэн орчин үеийн хүний амьдрал цахилгаан эрчим хүч шаарддаг компьютер, гар утасгүйгээр бараг боломжгүй болж байгааг харгалзан үзвэл цахилгаан эрчим хүчний ач холбогдлыг хэт үнэлэхэд хэцүү байх болно.
Үлгэр домог ба урлаг дахь цахилгаан
Бараг бүх ард түмний домог зүйд аянга асгах чадвартай, өөрөөр хэлбэл цахилгаан эрчим хүчийг хэрхэн ашиглахыг мэддэг бурхад байдаг. Жишээлбэл, Грекчүүдийн дунд Зевс ийм бурхан байсан бол Хиндучуудын дунд Агни аянга болон хувирахыг мэддэг, Славуудын дунд Перун, Скандинавын ард түмний дунд Тор байв.
Хүүхэлдэйн кинонд бас цахилгаан байдаг. Тиймээс Диснейн "Хар хошуу" хүүхэлдэйн кинонд цахилгааныг удирдаж чаддаг Мегавольтын эсрэг баатар байдаг. Японы хүүхэлдэйн кинонд Покемон Пикачу цахилгаантай байдаг.
Дүгнэлт
Цахилгааны шинж чанарыг судлах нь эрт дээр үеэс эхэлсэн бөгөөд өнөөг хүртэл үргэлжилж байна. Цахилгаан эрчим хүчний үндсэн шинж чанарыг мэдэж, түүнийг хэрхэн зөв ашиглах талаар суралцсанаар хүмүүс амьдралаа ихээхэн хөнгөвчилсөн. Үйлдвэр, үйлдвэр гэх мэт цахилгаан эрчим хүчийг бас ашигладаг, өөрөөр хэлбэл бусад ашиг тусыг авч болно. Байгаль болон орчин үеийн хүний амьдралд цахилгаан эрчим хүчний ач холбогдол асар их юм. Аянга гэх мэт цахилгаан үзэгдэлгүйгээр дэлхий дээр амьдрал үүсэхгүй байсан бөгөөд цахилгаан гүйдлийн улмаас үүсдэг мэдрэлийн импульсгүйгээр организмын бүх хэсгүүдийн уялдаа холбоотой ажлыг хангах боломжгүй байх байсан.
Хүмүүс цахилгаан эрчим хүч байдаг гэдгийг мэддэггүй байсан ч түүнд үргэлж талархаж ирсэн. Тэд өөрсдийн гол бурхдад аянга асаах чадварыг хайрласан.
Орчин үеийн хүн бас цахилгааны тухай мартдаггүй, гэхдээ үүнийг мартах боломжтой юу? Тэрээр хүүхэлдэйн кино, киноны баатруудыг цахилгааны чадвартай болгож, цахилгаан үйлдвэрлэдэг цахилгаан станцуудыг барьдаг гэх мэт.
Тиймээс цахилгаан бол байгалиас бидэнд өгсөн хамгийн том бэлэг бөгөөд аз болоход бид үүнийг ашиглаж сурсан.
Цахилгаан хэзээ гарч ирсэн талаар цөөхөн хүн боддог. Мөн түүний түүх нэлээд сонирхолтой юм. Цахилгаан нь амьдралыг илүү тохь тухтай болгодог. Түүний ачаар телевиз, интернет болон бусад олон зүйл боломжтой болсон. Мөн цахилгаангүй орчин үеийн амьдралыг төсөөлөхийн аргагүй болжээ. Энэ нь хүн төрөлхтний хөгжлийг ихээхэн хурдасгасан.
Цахилгаан эрчим хүчний түүх
Хэрэв та цахилгаан хэзээ үүссэнийг ойлгож эхэлбэл Грекийн гүн ухаантан Фалесийг санах хэрэгтэй. Тэр бол МЭӨ 700 онд энэ үзэгдлийн анхаарлыг анх татсан хүн юм. д. Фаллес хувыг ноосонд түрхэхэд чулуу нь хөнгөн зүйлсийг өөртөө татаж эхэлдэг болохыг олж мэдэв.
Цахилгаан эрчим хүчийг хэдэн онд нэвтрүүлсэн бэ? Грекийн гүн ухаантны дараа энэ үзэгдлийг хэн ч удаан хугацаанд судлаагүй. Мөн энэ чиглэлийн мэдлэг 1600 он хүртэл нэмэгдээгүй. Энэ онд Уильям Гилберт соронз болон тэдгээрийн шинж чанарыг судалж "цахилгаан" гэсэн нэр томъёог гаргажээ. Тэр цагаас хойш энэ үзэгдлийг эрдэмтэд эрчимтэй судалж эхэлсэн.
Анхны нээлтүүд
Техникийн шийдэлд ашигласан цахилгаан хэзээ гарч ирсэн бэ? 1663 онд анхны цахилгаан машин бүтээгдсэн нь түлхэлт, таталцлын нөлөөг ажиглах боломжтой болсон. 1729 онд Английн эрдэмтэн Стивен Грэй цахилгаан гүйдлийг алсаас дамжуулах анхны туршилтыг хийжээ. Дөрвөн жилийн дараа Францын эрдэмтэн К.Дюфай цахилгаан нь давирхай, шил гэсэн 2 төрлийн цэнэгтэй болохыг олж мэдэв. 1745 онд анхны цахилгаан конденсатор гарч ирэв - Лейден банк.
1747 онд Бенжамин Франклин энэ үзэгдлийг тайлбарлах анхны онолыг бүтээжээ. Цахилгаан эрчим хүч 1785 онд гарч ирсэн бөгөөд Галвани, Волт нар удаан хугацааны турш судалсан. Булчингийн хөдөлгөөний үед энэ үзэгдлийн үйл ажиллагааны талаар өгүүлэл бичиж, гальваник объект зохион бүтээжээ. Мөн Оросын эрдэмтэн В.Петров нээгч болжээ
Гэрэлтүүлэг
Орон сууц, байшинд цахилгаан хэзээ үүссэн бэ? Олон хүмүүсийн хувьд энэ үзэгдэл нь үндсэндээ гэрэлтүүлэгтэй холбоотой байдаг. Тиймээс анхны гэрлийн чийдэнг хэзээ зохион бүтээсэн гэдгийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Энэ нь 1809 онд болсон.Англи хүн Делару зохион бүтээгч болжээ. Хэсэг хугацааны дараа инертийн хийгээр дүүргэсэн спираль хэлбэртэй чийдэн гарч ирэв. Тэд 1909 онд үйлдвэрлэгдэж эхэлсэн.
Орос улсад цахилгаан эрчим хүч бий болсон
"Цахилгаан" гэсэн нэр томъёо гарч ирснээс хойш хэсэг хугацааны дараа энэ үзэгдлийг олон оронд судалж эхэлсэн. Өөрчлөлтийн эхлэлийг гэрэлтүүлгийн дүр төрх гэж үзэж болно. Орос улсад хэдэн онд цахилгаан үүссэн бэ? Энэ огнооны дагуу - 1879 он. Тэр үед чийдэнгийн тусламжтайгаар цахилгаанжуулалтыг анх Санкт-Петербургт хийжээ.
Харин жилийн өмнө Киевт төмөр замын цехүүдийн нэгэнд цахилгаан гэрэл суурилуулжээ. Тиймээс Орос улсад цахилгаан эрчим хүч гарч ирсэн огноо нь зарим талаар маргаантай асуудал юм. Гэхдээ энэ үйл явдал анхааралгүй орхигдсон тул Литейний гүүрний гэрэлтүүлгийг албан ёсны огноо гэж үзэж болно.
Гэхдээ Орост цахилгаан гарч ирэх үед өөр нэг хувилбар бий. Хуулийн үүднээс авч үзвэл энэ өдөр нь 1880 оны нэгдүгээр сарын гуч юм. Энэ өдөр Оросын техникийн нийгэмлэгт анхны цахилгаан тэнхим гарч ирэв. Түүний үүрэг бол өдөр тутмын амьдралд цахилгаан эрчим хүчийг нэвтрүүлэхэд хяналт тавих үүрэгтэй байв. 1881 онд Царское Село Европын анхны бүрэн гэрэлтүүлэгтэй хот болжээ.
Өөр нэг чухал өдөр бол 1883 оны тавдугаар сарын 15. Энэ өдөр Кремль анх удаа гэрэлтэж байжээ. Энэхүү арга хэмжээ нь Александр III Оросын хаан ширээнд суусан үетэй давхцаж байв. Кремлийг гэрэлтүүлэхийн тулд жижиг цахилгаан станцыг цахилгаанчид суурилуулжээ. Энэ үйл явдлын дараа гэрэлтүүлэг эхлээд Санкт-Петербург хотын төв гудамжинд, дараа нь Өвлийн ордонд гарч ирэв.
1886 оны зун эзэн хааны зарлигаар "Цахилгаан гэрэлтүүлгийн нийгэмлэг" байгуулагдав. Энэ нь Санкт-Петербург, Москва хотыг бүхэлд нь цахилгаанжуулах ажилд оролцож байв. Мөн 1888 онд хамгийн том хотуудад анхны цахилгаан станцууд баригдаж эхлэв. 1892 оны зун Орост анхны цахилгаан трамвай гарч ирэв. Тэгээд 1895 онд гарч ирсэн.Энэ нь Санкт-Петербургт, голын эрэг дээр баригдсан. Том Ота.
Мөн Москвад анхны цахилгаан станц 1897 онд гарч ирэв. Энэ нь Раушская далан дээр баригдсан. Цахилгаан станц нь гурван фазын ээлжит гүйдлийг үйлдвэрлэсэн. Энэ нь цахилгаан эрчим хүчийг их хэмжээний алдагдалгүйгээр хол зайд дамжуулах боломжтой болсон. Бусад хотууд дэлхийн нэгдүгээр дайны өмнө буюу 20-р зууны эхэн үеэс баригдаж эхэлсэн.
Орчин үеийн хүн цахилгаангүй амьдралыг төсөөлөхөд хэцүү байдаг. Энэ нь бидний амьдралд бат бөх орсон бөгөөд бид хэзээ гарч ирсэн талаар бага боддог. Гэвч цахилгаан эрчим хүчний ачаар шинжлэх ухаан, технологийн бүх салбар илүү эрчимтэй хөгжиж эхэлсэн. Дэлхий дээр анх цахилгаан гарч ирэхэд хэн зохион бүтээсэн бэ?
Үүссэн түүх
Манай эринээс ч өмнө Грекийн гүн ухаантан Фалесноосонд хув түрхсэний дараа чулуунд жижиг зүйл татагддаг болохыг анзаарсан. Дараа нь хэн ч ийм үзэгдлийн судалгаанд удаан хугацаагаар оролцоогүй. Зөвхөн 17-р зуунд Английн эрдэмтэн Уильям Гилберг соронз ба тэдгээрийн шинж чанарыг судалж үзээд "цахилгаан" гэсэн шинэ нэр томъёог нэвтрүүлсэн. Эрдэмтэд үүнийг илүү их сонирхож, энэ чиглэлээр судалгаа хийж эхэлсэн.
Гилберг хамгийн анхны электроскопын прототипийг зохион бүтээж чадсан бөгөөд үүнийг версор гэж нэрлэдэг байв. Энэхүү төхөөрөмжийн тусламжтайгаар тэрээр хув болон бусад чулуунаас гадна жижиг биетүүд өөртөө татагддаг болохыг тогтоожээ. . Чулуунууд нь дараахь зүйлийг агуулдаг.
Бүтээсэн төхөөрөмжийн ачаар эрдэмтэн хэд хэдэн туршилт хийж, дүгнэлт хийх боломжтой болсон. Тэр дөл нь үрэлтийн дараа биеийн цахилгаан шинж чанарт ноцтой нөлөөлөх чадвартай гэдгийг ойлгосон. Эрдэмтэн ингэж мэдэгдэв аянга цахилгаан- цахилгаан шинж чанартай үзэгдэл.
Агуу нээлтүүд
Богино зайд цахилгаан дамжуулах анхны туршилтыг 1729 онд хийжээ. Эрдэмтэд бүх бие махбодь цахилгаан дамжуулж чадахгүй гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Хэд хэдэн туршилтын дараа хэдэн жилийн дараа Францын иргэн Чарльз Дюфай хоёр төрлийн цахилгаан цэнэг байдаг гэж мэдэгджээ. шил ба давирхай. Эдгээр нь үрэлтэд ашигладаг материалаас хамаарна.
Дараа нь янз бүрийн орны эрдэмтэд конденсатор, гальваник элемент, анхны цахилгаан дуран, эмнэлгийн электрокардиографийг бүтээжээ. Анхны улайсдаг гэрлийн чийдэн 1809 онд гарч ирсэн бөгөөд үүнийг англи хүн Делару бүтээжээ. 100 жилийн дараа Earnwing Langmuir инертийн хийгээр дүүргэсэн вольфрамын судалтай чийдэнг бүтээжээ.
19-р зуунд маш чухал нээлтүүд олон байсан, үүний ачаар дэлхий дээр цахилгаан гарч ирэв
Тэд цахилгааны шинж чанарыг судалсан бөгөөд тэдгээрийн олонх нь тэдний нэрээр нэрлэгддэг. 19-р зууны төгсгөлд физикчид цахилгаан долгион байдаг тухай нээлт хийсэн. Тэд улайсдаг чийдэнг бүтээж, цахилгаан эрчим хүчийг хол зайд дамжуулж чаддаг. Энэ мөчөөс эхлэн цахилгаан эрчим хүч аажмаар боловч дэлхий даяар тархаж эхэлдэг.
Орост цахилгаан хэзээ үүссэн бэ?
Хэрэв бид нутаг дэвсгэрт цахилгаанжуулалтын талаар ярих юм бол Оросын эзэнт гүрэн, дараа нь энэ асуултанд тодорхой огноо байхгүй. 1879 онд Санкт-Петербургт тэд Литейний гүүрийг бүхэлд нь гэрэлтүүлгийг хүн бүр мэддэг. Энэ нь чийдэнгээр гэрэлтдэг байв. Гэсэн хэдий ч Киевт нэг жилийн өмнө төмөр замын цехүүдийн нэгэнд цахилгаан гэрэл суурилуулсан. Энэ үйл явдал анхаарал татаагүй тул 1879 оныг Оросын эзэнт гүрэнд цахилгаан гэрэлтүүлгийн албан ёсны огноо гэж үздэг.
Орос улсад анхны цахилгааны тэнхим 1880 оны 1-р сарын 30-нд Оросын техникийн нийгэмлэгт гарч ирэв. Тус хэлтэс нь улсын өдөр тутмын амьдралд цахилгаан эрчим хүчийг нэвтрүүлэхэд хяналт тавих үүрэгтэй байв. Аль хэдийн 1881 онд Царское Село бүрэн гэрэлтсэн байв. нутаг дэвсгэрорчин үеийн болон Европын анхны хот болсон.
1883 оны тавдугаар сарын 15Энэ нь тус улсын хувьд чухал өдөр гэж тооцогддог. Энэ нь Кремлийн гэрэлтүүлэгтэй холбоотой юм. Энэ үед эзэн хаан III Александр хаан ширээнд суусан бөгөөд гэрэлтүүлгийг ийм чухал үйл явдалтай давхцуулжээ. Энэхүү түүхэн үйл явдлын дараа бараг тэр даруйдаа эхлээд төв гудамжинд, дараа нь Санкт-Петербургийн өвлийн ордон руу гэрэлтүүлгийг хийжээ.
1886 онд эзэн хааны зарлигаар "Цахилгаан гэрэлтүүлгийн нийгэмлэг" байгуулагдсан. Түүний үүрэг хариуцлага нь хоёр гол хот болох Москва, Санкт-Петербургийг гэрэлтүүлэх явдал байв. Хоёр жилийн дараа цахилгаан станцууд бүхэлдээ баригдаж эхлэв гол хотууд. Орос улсад анхны цахилгаан трамвай 1892 онд гарч ирэв. Санкт-Петербург хотод 4 жилийн дараа анхны усан цахилгаан станц ашиглалтад оров. Энэ нь Большая Окта гол дээр баригдсан.
1897 онд Москвад анхны цахилгаан станц гарч ирсэн нь чухал үйл явдал байв. Энэ нь үүсгэх чадвартай Раушская далан дээр баригдсан хувьсах гурван фазын гүйдэл. Тэрээр цахилгаан эрчим хүчийг хол зайд дамжуулах, эрчим хүчээ алдахгүйгээр ашиглах боломжтой болгосон. Оросын бусад хотуудад цахилгаан станц барих ажил Дэлхийн нэгдүгээр дайн эхлэхээс өмнө л хөгжиж эхэлсэн.
Орос улсад цахилгаан эрчим хүч үүссэн түүхийн талаархи сонирхолтой баримтууд
Хэрэв та Оросын мужийг цахилгаанжуулах зарим баримтыг сайтар судалж үзвэл олон сонирхолтой мэдээллийг олж авах боломжтой.
Нүүрстөрөгчийн бариултай анхны улайсдаг гэрлийн чийдэнг 1874 онд А.Н.Лодыгин зохион бүтээжээ. Энэ төхөөрөмжийг Европын хамгийн том орнууд патентжуулсан. Хэсэг хугацааны дараа үүнийг Т.Эдисон сайжруулж, гэрлийн чийдэнг дэлхий даяар хэрэглэж эхэлсэн.
Оросын цахилгааны инженер П.Н. Яблочков 1876 онд тэрээр цахилгаан лаа бүтээж дуусгасан. Энэ нь Lodygin-ийн гэрлийн чийдэнгээс илүү энгийн, хямд, илүү тохиромжтой болсон.
Оросын Техникийн Нийгэмлэгийн нэг хэсэг болгон тусгай цахилгаан техникийн хэлтэс байгуулагдсан. Үүнд P.N. Yablochkov, A.N. Lodygin, V.N. Chikolev болон бусад идэвхтэй физикч, цахилгааны инженерүүд. Тус тэнхимийн гол ажил бол ОХУ-д цахилгааны инженерийн хөгжлийг дэмжих явдал байв.
. (үзэгдэл нээсэн түүх)
1600-аас өмнөЕвропчуудын цахилгаан эрчим хүчний талаархи мэдлэг нь уурын тийрэлтэт хөдөлгүүрийн онолын хөгжлийн түүхийг давтсан эртний Грекчүүдийн түвшинд хэвээр үлдсэн (А. Хероны "Элеопил").
Европ дахь цахилгаан эрчим хүчний шинжлэх ухааныг үндэслэгч нь Кембридж, Оксфордын их сургуулийг төгссөн, Английн физикч, хатан хаан Элизабетын шүүхийн эмч байсан. - Уильям Гилберт(1544-1603). В.Гилберт өөрийн "версор"-ын (анхны цахилгаан дурангийн) тусламжтайгаар зөвхөн үрж буй хув төдийгүй алмаз, индранил, карборунд, опал, аметист, рок болор, шил, занар гэх мэтийг татах чадвартай болохыг харуулсан. хөнгөн биетүүд (сүрэл) гэж нэрлэсэн "цахилгаан"ашигт малтмал.
Нэмж дурдахад, Хильберт дөл нь үрэлтийн үр дүнд олж авсан биеийн цахилгаан шинж чанарыг "устгахыг" анзаарч, соронзон үзэгдлийг анх удаа судалж, дараахь зүйлийг тогтоов.
Соронзон үргэлж хойд ба өмнөд гэсэн хоёр туйлтай байдаг;
- ижил нэртэй туйлууд нь түлхэж, эсрэг туйл нь татдаг;
- соронз хөрөөдөхөд та зөвхөн нэг туйлтай соронз авах боломжгүй;
- соронзны нөлөөн дор төмрийн объектууд соронзон шинж чанарыг олж авдаг (соронзон индукц);
- байгалийн соронзлолтыг төмрийн холбох хэрэгслээр сайжруулж болно.
Соронзон зүү ашиглан соронзлогдсон бөмбөлгийн соронзон шинж чанарыг судалж, Гилберт тэдгээр нь дэлхийн соронзон шинж чанаруудтай тохирч байгаа бөгөөд Дэлхий бол соронзон зүүний байнгын хазайлтыг тайлбарладаг хамгийн том соронз юм гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн.
1650 он: Отто фон Герике(1602-1686) тарилга нь бүр өвдөж болох хүхрээр цутгасан үрсэн бөмбөгөөс их хэмжээний оч ялгаруулдаг анхны цахилгаан машин бүтээжээ. Гэсэн хэдий ч шинж чанаруудын нууц "цахилгаан шингэн", энэ үзэгдлийг тухайн үед дуудаж байсан тул тухайн үед ямар ч тайлбар аваагүй.
1733 он: Францын физикч, Парисын Шинжлэх Ухааны Академийн гишүүн , Чарльз Франсуа Дюфай (Dufay, Du Fay, 1698-1739) хоёр төрлийн цахилгаан байгааг олж илрүүлсэн бөгөөд түүнийг "шил" болон "давирхай" гэж нэрлэсэн. Эхнийх нь шил, чулуулгийн болор, үнэт чулуу, ноос, үс гэх мэт дээр тохиолддог; хоёр дахь нь - хув, торго, цаас гэх мэт.
Олон тооны туршилт хийсний дараа C.Dufay анх удаа хүний биеийг цахилгаанжуулж, түүнээс оч "хүлээн авсан". Түүний шинжлэх ухааны сонирхол нь талст дахь соронзон, фосфоресценц, давхар хугарлыг багтаасан бөгөөд энэ нь хожим оптик лазерыг бий болгох үндэс болсон юм. Цахилгааны хэмжилтийг илрүүлэхийн тулд би Гилберт версорыг ашигласан бөгөөд үүнийг илүү мэдрэмтгий болгосон. Тэрээр аянга, аянгын цахилгаан шинж чанарын тухай санааг анх илэрхийлсэн хүн юм.
1745:Лейдений их сургуулийг төгссөн (Голланд) физикч Питер ван Мушенбрук(Мусшенбрук Питер ван, 1692-1761) цахилгаан эрчим хүчний анхны бие даасан эх үүсвэр болох Лейден савыг зохион бүтээж, түүгээр хэд хэдэн туршилт хийж, амьд организмд үзүүлэх физиологийн нөлөөгөөр цахилгаан цэнэгийн хамаарлыг тогтоожээ.
 |
Лейден сав нь гадна болон дотор талд нь тугалган цаасаар ханыг наасан шилэн сав байсан бөгөөд анхны цахилгаан конденсатор байв. Хэрэв О.фон Герикийн цахилгаан статик генератороос цэнэглэгдсэн төхөөрөмжийн ялтсуудыг нимгэн утсаар холбосон бол тэр нь хурдан халж, заримдаа хайлдаг байсан нь эрэгт хол зөөвөрлөх боломжтой эрчим хүчний эх үүсвэр байгааг илтгэнэ. түүнийг цэнэглэх газар.
1747:Парисын Шинжлэх Ухааны Академийн гишүүн, Францын туршилтын физикч Жан Антуан Ноллет(1700-1770) зохион бүтээсэн цахилгаан потенциалыг үнэлэх анхны хэрэгсэл бол электроскоп юм, хурц биетүүдээс цахилгаан эрчим хүчийг хурдан "усгах" баримтыг бүртгэж, амьд организм, ургамалд цахилгаан эрчим хүчний нөлөөллийн онолыг анх удаа бий болгосон.
1747–1753:Америкийн төрийн зүтгэлтэн, эрдэмтэн, сурган хүмүүжүүлэгч Бенжамин (Бенжамин) Франклин(Франклин, 1706-1790) цахилгаан эрчим хүчний физикийн талаархи цуврал нийтлэлүүдийг нийтэлсэн бөгөөд үүнд:
- одоо нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн цахилгаан цэнэгтэй төлөвийн тэмдэглэгээг нэвтрүүлсэн «+»
болон «–»
;
- Лейден савны ажиллах зарчмыг тайлбарлаж, гол үүрэг нь дамжуулагч хавтанг тусгаарлах диэлектрик гүйцэтгэдэг болохыг тогтоожээ;
- Агаар мандлын болон үрэлтийн улмаас үүссэн цахилгаан эрчим хүчийг тодорхойлж, аянгын цахилгаан шинж чанарыг нотлох баримтыг өгсөн;
- газартай холбогдсон металл цэгүүд нь цэнэгтэй биеэс цахилгаан цэнэгийг тэдэнтэй харьцахгүйгээр зайлуулдаг болохыг тогтоож, аянгын бариулыг санал болгосон;
- цахилгаан моторын санааг дэвшүүлж, цахилгаан статик хүчний нөлөөн дор эргэлддэг "цахилгаан дугуй" -ыг харуулсан;
- анх дарь дэлбэлэхийн тулд цахилгаан оч ашигласан.
1759:Орос улсад физикч Франц Ульрих Теодор Аепинус(Аэпинус, 1724-1802) анх удаа цахилгаан ба соронзон үзэгдлүүдийн хоорондын холбоо байгаа тухай таамаглал дэвшүүлэв.
1761:Швейцарийн механик, физикч, одон орон судлаач Леонард Эйлер(L. Euler, 1707-1783) нь арьсан хавтанг цацрагаар наасан тусгаарлагч материалын эргэлдэх дискнээс бүрдэх шинэ цахилгаан статик машиныг дүрсэлсэн. Цахилгаан цэнэгийг арилгахын тулд бөмбөрцөг төгсгөлтэй зэс бариулд бэхлэгдсэн торгон контактуудыг диск рүү авчрах шаардлагатай байв. Бөмбөлөгүүдийг бие биентэйгээ ойртуулж, агаар мандлын цахилгаан задралын үйл явцыг (хиймэл аянга) ажиглах боломжтой болсон.
 |
1785-1789:Францын физикч Чарльз Августин Кулон(S. Coulomb, 1736-1806) долоон бүтээл хэвлүүлсэн. Үүнд тэрээр цахилгаан цэнэг ба соронзон туйлуудын харилцан үйлчлэлийн хуулийг (Куломын хууль) тайлбарлаж, соронзон момент ба цэнэгийн туйлшралын тухай ойлголтыг танилцуулж, цахилгаан цэнэг үргэлж дамжуулагчийн гадаргуу дээр байрлаж байгааг нотолсон.
1791:Италид нэгэн зохиол хэвлэгджээ Луижи Галвани(Л. Галвани, 1737-1798), "De Viribus Electricitatis In Motu Musculari Commentarius" ("Булчингийн хөдөлгөөн дэх цахилгааны хүчний тухай зохиол") зэрэг нь батлагдсан. цахилгааныг амьд организм үйлдвэрлэдэгөөр өөр дамжуулагчийн холбоо барихад хамгийн үр дүнтэйгээр илэрдэг. Одоогийн байдлаар энэ нөлөө нь электрокардиографийн үйл ажиллагааны зарчмыг баримталдаг.
1795:Италийн профессор Александр Вольта(Алессандро Гуизеппе Антонио Анастасио Вольта, 1745-1827) уг үзэгдлийг судалж байна. төрөл бүрийн металлын контактын потенциалын зөрүүмөн өөрийн загварын цахилгаан хэмжигчийг ашиглах нь энэ үзэгдлийн тоон тооцоог өгдөг. А.Вольта 1786 оны наймдугаар сарын 1-нд хийсэн туршилтынхаа үр дүнг анх найздаа бичсэн захидалдаа дурджээ. Одоогийн байдлаар контактын потенциалын зөрүүний нөлөөг термопар ба металл байгууламжийн анодын (цахилгаан химийн) хамгаалалтын системд ашигладаг.
1799:.А.Вольта эх сурвалжийг зохион бүтээжээ цахилгаанаар бүрэх(цахилгаан гүйдэл - вольт багана. Эхний вольтын багана нь давстай усанд дэвтээсэн даавуугаар тусгаарлагдсан 20 хос зэс, цайрын дугуйлангаас бүрдэх ба 40-50 В хүчдэл, 1 А хүртэл гүйдэл үүсгэх боломжтой байв.
1800 ондХааны нийгэмлэгийн философийн гүйлгээ, боть. 90"-д "Янз бүрийн төрлийн дамжуулагч бодисуудын хүрэлцэхүйц өдөөгдсөн цахилгааны тухай" ("Янз бүрийн бодисуудын энгийн контактын үр дүнд үүссэн цахилгаан") гарчигтай "цахилгаан хөдөлгөгч төхөөрөмж" гэж нэрлэгддэг төхөөрөмжийг тайлбарлав. Вольта одоогийн эх үүсвэрийн үйл ажиллагааны зарчмын үндэс нь контактын потенциалын зөрүү гэж үздэг байсан бөгөөд зөвхөн олон жилийн дараа EMF-ийн шалтгааныг олж мэдсэн. гальван эсийн дотор металлын дамжуулагч шингэн - электролит бүхий химийн харилцан үйлчлэл юм. 1801 оны намар Орос улсад 150 ширхэг мөнгө, цайрын дискнээс бүрдсэн анхны гальваник батерейг бүтээжээ. Жилийн дараа буюу 1802 оны намар 4200 зэс, цайрын дискээр батерей хийж, 1500 В хүчдэл өгчээ.
1820:Данийн физикч Ханс Кристиан Эрстед(Эрстед, 1777-1851) гүйдэл дамжуулагчийн үйлчлэлээр соронзон зүүг хазайлгах туршилтын явцад цахилгаан ба соронзон үзэгдлүүдийн хоорондын холбоог тогтоожээ. 1820 онд хэвлэгдсэн энэхүү үзэгдлийн тухай илтгэл нь цахилгаан соронзон судлалын чиглэлээр судалгаа явуулахад түлхэц өгсөн бөгөөд энэ нь эцсийн дүндээ орчин үеийн цахилгаан инженерчлэлийн үндэс суурийг бүрдүүлэхэд хүргэсэн юм.
 |
Х.Оерстедийн анхны дагалдагч нь Францын физикч юм Андре Мари Ампер(1775-1836), тэр жилдээ соронзон зүү дээрх цахилгаан гүйдлийн үйл ажиллагааны чиглэлийг тодорхойлох дүрмийг боловсруулж, түүнийг "усан сэлэлтийн дүрэм" (Ампер буюу баруун гарын дүрэм) гэж нэрлэсэн бөгөөд үүний дараагаар цахилгаан ба соронзон орны харилцан үйлчлэлийг тодорхойлсон (1820) , үүний хүрээнд цахилгаан дохиог алсаас дамжуулахад цахилгаан соронзон үзэгдлийг ашиглах санааг анх боловсруулсан.
1822 онд А.Ампер анхны цахилгаан соронзон орны өсгөгчийг бүтээжээ- зэс утсаар хийсэн олон эргэлттэй ороомог, дотор нь зөөлөн төмөр судал (соленоид) байрлуулсан нь түүний зохион бүтээсэн зүйлийн технологийн үндэс болсон. 1829орчин үеийн харилцаа холбооны эрин үеийг нээсэн цахилгаан соронзон телеграф.
821: Английн физикч Майкл Фарадей(М. Фарадей, 1791-1867) Х.Оерстэдийн гүйдэл дамжуулагчийн ойролцоох соронзон зүүний хазайлт (1820) ажилтай танилцаж, цахилгаан соронзон үзэгдлийн хамаарлыг судалсны дараа гүйдэл дамжуулагчийг соронз, гүйдэл дамжуулагч нь соронзыг тойрон эргэдэг.
Дараагийн 10 жилийн хугацаанд М.Фарадей "соронзон хүчийг цахилгаан болгон хувиргах" оролдлого хийсэн бөгөөд үүний үр дүнд 1831 онд цахилгаан соронзон индукцийн нээлт, энэ нь цахилгаан соронзон орны онолын үндэс суурийг бүрдүүлж, шинэ салбар болох цахилгаан инженерчлэлийг бий болгоход хүргэсэн. 1832 онд М.Фарадей цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тархалт нь агаар мандалд хязгаарлагдмал хурдтайгаар явагддаг долгионы процесс юм гэсэн санааг дэвшүүлсэн бүтээлийг хэвлүүлсэн нь шинэ мэдлэгийн салбар болох радио үүсэх үндэс болсон юм. инженерчлэл.
хооронд тоон харилцаа тогтоох оролдлого янз бүрийн төрөлцахилгаан, М.Фарадей электролизийн талаар судалгаа хийж эхэлсэн ба 1833-1834 он. хуулиудаа боловсруулсан. 1845 онд М.Фарадей янз бүрийн материалын соронзон шинж чанарыг судалж байхдаа парамагнетизм ба диамагнетизмын үзэгдлийг нээж, соронзон орон дахь гэрлийн туйлшралын хавтгай эргэлддэг (Фарадей эффект) баримтыг тогтоожээ. Энэ нь соронзон ба оптик үзэгдлүүдийн хоорондын уялдаа холбоог харуулсан анхны ажиглалт байсан бөгөөд хожим нь Ж.Максвелийн гэрлийн цахилгаан соронзон онолын хүрээнд тайлбарласан юм.
Үүний зэрэгцээ Германы физикч цахилгааны шинж чанарыг судалжээ Георг Саймон Ом(Г.С. Ом, 1787-1854). Хэд хэдэн туршилт хийсний дараа Г.Ом 1826 онд тэрээр цахилгаан хэлхээний үндсэн хуулийг боловсруулсан(Омын хууль) ба 1827 онд онолын үндэслэлээ өгч, "цахилгаан хөдөлгөгч хүч", хэлхээний хүчдэлийн уналт, "дамжуулагч чанар" гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлсэн.
Ом-ын хуульд шууд цахилгаан гүйдлийн хүч гэж заасан байдаг I дамжуулагч дахь боломжит зөрүүтэй (хүчдэл) шууд пропорциональ байна. У энэ дамжуулагчийн хоёр тогтмол цэг (хэсэг) хооронд i.e. RI = U . Пропорциональ хүчин зүйл Р , 1881 онд ом эсэргүүцэл буюу зүгээр л эсэргүүцэл гэсэн нэрийг хүлээн авсан нь дамжуулагчийн температур, түүний геометрийн болон цахилгаан шинж чанараас хамаардаг.
Г.Омын судалгаа нь цахилгааны инженерийн хөгжлийн хоёр дахь үе шат буюу цахилгаан хэлхээний шинж чанарыг тооцоолох онолын үндэслэлийг бүрдүүлэх ажлыг дуусгасан нь орчин үеийн цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн үндэс болсон юм.
Цахилгаан гэж юу вэ?
Цахилгаан гэдэг нь цахилгаан цэнэгтэй холбоотой физик үзэгдлийн цогц юм. Хэдийгээр анхандаа цахилгааныг соронзлолоос тусдаа үзэгдэл гэж үздэг байсан ч Максвеллийн тэгшитгэлийг хөгжүүлснээр эдгээр хоёр үзэгдлийг цахилгаан соронзон гэх нэг үзэгдлийн нэг хэсэг гэж хүлээн зөвшөөрсөн. Төрөл бүрийн нийтлэг үзэгдлүүд нь цахилгаантай холбоотой байдаг, тухайлбал, аянга, статик цахилгаан, цахилгаан халаалт, цахилгаан цэнэггүйдэл болон бусад олон. Нэмж дурдахад цахилгаан нь орчин үеийн олон технологийн гол цөм юм.
Эерэг эсвэл сөрөг аль аль нь байж болох цахилгаан цэнэг байгаа нь цахилгаан талбар үүсгэдэг. Нөгөөтэйгүүр, цахилгаан гүйдэл гэж нэрлэгддэг цахилгаан цэнэгийн хөдөлгөөн нь соронзон орон үүсгэдэг.
Тэг биш цахилгаан оронтой цэг дээр цэнэгийг байрлуулахад түүнд хүч үйлчилнэ. Энэ хүчний хэмжээг Кулоны хуулиар тодорхойлно. Тиймээс хэрэв энэ цэнэгийг хөдөлгөх юм бол цахилгаан орон нь цахилгаан цэнэгийг хөдөлгөх (тоормослох) ажлыг гүйцэтгэх болно. Тиймээс бид эерэг цэнэгийн нэгжийг дур зоргоороо сонгосон лавлах цэгээс энэ цэг рүү ямар ч хурдатгалгүйгээр шилжүүлэхэд гадны төлөөлөгчийн гүйцэтгэсэн ажилтай тэнцэхүйц орон зайн тодорхой цэг дэх цахилгаан потенциалын тухай ярьж болно. вольтоор хэмждэг.
Цахилгааны инженерчлэлд цахилгааныг дараахь зорилгоор ашигладаг.
- тоног төхөөрөмжийг тэжээхэд цахилгаан гүйдэл ашигладаг газрыг цахилгаанаар хангах;
- вакуум хоолой, транзистор, диод, нэгдсэн хэлхээ гэх мэт идэвхтэй цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон тэдгээртэй холбоотой идэвхгүй элементүүдийг багтаасан цахилгаан хэлхээтэй холбоотой электроникийн салбарт.
Цахилгааны үзэгдлийг эрт дээр үеэс судалж ирсэн боловч онолын ойлголтод ахиц дэвшил 17-р зууны үеэс эхэлсэн. XVIII зуун. Тэгсэн ч гэсэн практик хэрэглээЦахилгаан эрчим хүч нь ховор зүйл байсан бөгөөд инженерүүд зөвхөн 19-р зууны төгсгөлд үүнийг үйлдвэр, орон сууцны зориулалтаар ашиглах боломжтой болсон. Энэ үед цахилгаан технологийн хурдацтай тэлэлт нь үйлдвэрлэл, нийгмийг өөрчилсөн. Цахилгаан эрчим хүчний олон талт байдал нь түүнийг тээвэр, халаалт, гэрэлтүүлэг, харилцаа холбоо, тооцоолол зэрэг бараг хязгааргүй олон салбарт ашиглаж чаддагт оршино. Орчин үеийн аж үйлдвэрийн нийгмийн гол тулгуур нь цахилгаан эрчим хүч юм.
Цахилгаан эрчим хүчний түүх
Цахилгаан эрчим хүчний талаар ямар ч мэдлэгтэй байхаас өмнө хүмүүс цахилгаан загасыг цахилгаанд цохиулах талаар мэддэг байсан. МЭӨ 2750 онд хамаарах эртний Египетийн бичвэрүүд. МЭӨ тэд эдгээр загасыг "Нилийн аянга" гэж нэрлэж, бусад бүх загасыг "хамгаалагч" гэж тодорхойлсон. Цахилгаан загасны нотолгоо хэдэн мянган жилийн дараа эртний Грек, Ром, Арабын байгаль судлаачид, эмч нараас дахин гарч ирэв. Ахлагч Плиний, Скрибоний Ларгус зэрэг эртний хэд хэдэн зохиолчид муур загас, цахилгаан туяанаас үүссэн цахилгаан цочролын нөлөөгөөр мэдээ алддаг болохыг гэрчилдэг бөгөөд ийм цочролыг дамжуулагч объектоор дамжуулж болно гэдгийг мэддэг байв. Тулай, толгой өвдөх зэрэг өвчнөөр шаналж буй өвчтөнүүдэд хүчтэй цахилгаан цочрол эдгээнэ гэж найдаж ийм загасанд хүрэхийг заажээ. Өөр ямар ч эх үүсвэрээс цахилгаан гүйдэл, цахилгааныг олж илрүүлэхэд хамгийн эртний бөгөөд хамгийн ойрын тооцоог арабууд хийсэн бөгөөд 15-р зууныг хүртэл цахилгаан туяанд аянга (раад) гэсэн үгийг хэлээр хэрэглэж ирсэн байж магадгүй юм.
Газар дундын тэнгисийн эртний соёлууд хэрэв хув савх зэрэг зарим зүйлийг муурны ноосоор үрж байвал өд гэх мэт хөнгөн зүйлсийг өөртөө татах болно гэдгийг мэддэг байсан. Милетийн Фалес МЭӨ 600 оны орчим статик цахилгааны талаар хэд хэдэн ажиглалт хийсэн бөгөөд үрэлтийн шаардлагагүй магнетит гэх мэт ашигт малтмалаас ялгаатай нь хувыг биетийг татах чадвартай болгохын тулд үрэлт хэрэгтэй гэсэн дүгнэлтийг гаргажээ. Фалес хувын таталцлыг соронзон нөлөөллөөс үүдэлтэй гэж буруу үзэж байсан ч хожим шинжлэх ухаан соронзон болон цахилгаан хоёрын холбоог нотолсон. 1936 онд гальваник элементтэй төстэй Багдадын батерейг олсны үндсэн дээр маргаантай онолын дагуу олдвор нь цахилгаан шинж чанартай эсэх нь тодорхойгүй байгаа ч Парфичууд цахилгаанаар бүрэх аргыг мэддэг байсан байж магадгүй юм.
Английн эрдэмтэн Уильям Гилберт 1600 он хүртэл цахилгаан ба соронзлолын талаар нарийн судалгаа хийж, хувыг үрэхэд үүссэн статик цахилгаанаас "магнетит"-ийн нөлөөг ялгах хүртэл олон мянган жилийн турш цахилгаан эрчим хүч оюуны сонирхлыг төрүүлсээр байв. Тэрээр үрж авсны дараа жижиг зүйлийг татах объектын шинж чанарыг илэрхийлэхийн тулд "electricus" ("хув" эсвэл "хав шиг", ἤλεκτρον, Elektron, Грекээс "хув") гэсэн шинэ латин үгийг бий болгосон. Энэхүү хэл шинжлэлийн холбоо нь "цахилгаан" ба "цахилгаан" гэсэн англи үгсийг үүсгэсэн бөгөөд энэ нь 1646 онд Томас Брауны "Псевдодокси эпидемиа" номонд анх хэвлэгдсэн байдаг.
Цаашдын ажлыг Отто фон Герике, Роберт Бойл, Стивен Грей, Чарльз Франсуа Дюфай нар гүйцэтгэсэн. 18-р зуунд Бенжамин Франклин цахилгаан эрчим хүчний талаар өргөн хүрээтэй судалгаа хийж, өөрийн хөрөнгөө зарж, ажлаа санхүүжүүлжээ. 1752 оны 6-р сард тэрээр утаснуудын ёроолд төмөр түлхүүр хавсаргасан нь мэдэгдэж байна. цаасан шувуумөн шуургатай тэнгэрт цаасан шувуу хөөргөв. Түлхүүрээс гарны ар тал руу үсрэх оч үсрэх дараалал нь аянга үнэхээр цахилгаан шинж чанартай болохыг харуулсан. Мөн тэрээр Лейдений ваарны эерэг ба сөрөг цэнэгээс бүрдэх цахилгаан цэнэгийг цахилгаанаар тооцож хадгалах төхөөрөмж хэмээн парадоксик мэт санагдсаныг тайлбарлав.
1791 онд Луижи Галвани био цахилгаан соронзонг нээснээ зарлаж, цахилгаан бол мэдрэлийн эсүүд булчинд дохио дамжуулах хэрэгсэл гэдгийг харуулсан. 1800-аад оны Алессандро Вольта батерей буюу гальван шон нь цайр, зэсийн ээлжлэн давхаргуудаар хийгдсэн байв. Эрдэмтдийн хувьд энэ нь урьд өмнө хэрэглэж байсан цахилгаан статик машинуудаас илүү найдвартай цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр байсан юм. Цахилгаан соронзон үзэгдлийг цахилгаан соронзон үзэгдлийн нэгдэл гэж ойлгосон нь 1819-1820 онд Эрстед, Андре-Мари Ампер нартай холбоотой юм. Майкл Фарадей 1821 онд цахилгаан мотор зохион бүтээж, 1827 онд Георг Ом цахилгаан хэлхээнд математик шинжилгээ хийжээ. Жеймс Максвелл, ялангуяа 1861, 1862 онд бичсэн "Хүчний физик шугамын тухай" бүтээлдээ цахилгаан ба соронзлол (мөн гэрэл) нь тодорхой холбоотой байв.
19-р зууны эхэн үед дэлхий даяар цахилгаан эрчим хүчний шинжлэх ухаан хурдацтай хөгжиж байсан бол 19-р зууны төгсгөлд цахилгаан техникийн салбарт хамгийн том дэвшил гарсан. Александр Грэхэм Белл, Отто Титус Блати, Томас Эдисон, Галилео Феррарис, Оливер Хевисайд, Анжос Иштван Жедлик, Уильям Томсон, 1-р Барон Келвин, Чарльз Алжернон Парсонс, Вернер фон Сименс, Жозеф Вилсон Свон, Николад Фельдсен, Региналд зэрэг хүмүүсийн тусламжтайгаар. Тесла, Жорж Вестингхаус нар цахилгаан эрчим хүч нь шинжлэх ухааны сониуч зүйлээс зайлшгүй шаардлагатай хэрэгсэл болон хувирчээ. орчин үеийн амьдрал, аж үйлдвэрийн хоёр дахь хувьсгалын хөдөлгөгч хүч болсон.
1887 онд Генрих Герц хэт ягаан туяагаар асдаг электродууд асаагүйгээс илүү амархан цахилгаан оч үүсгэдэг болохыг олж мэдэв. 1905 онд Альберт Эйнштейн электронуудыг өдөөдөг салангид квантлагдсан пакетуудад гэрлийн энергийг шилжүүлсний үр дүнд үүссэн фотоэлектрик эффектийн туршилтын нотолгоог тайлбарласан нийтлэл хэвлүүлсэн. Энэхүү нээлт нь квантын хувьсгалд хүргэсэн. Эйнштейн 1921 онд "фотоэлектрик эффектийн хуулийг нээснийхээ төлөө" физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ. Фотоволтайк эффектийг нарны хавтанд байдаг фотоволтайк эсүүдэд мөн ашигладаг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн арилжааны зорилгоор цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Анхны хагас дамжуулагч төхөөрөмж нь 1900-аад онд радио хүлээн авагчид анх ашиглагдаж байсан "муурны сахал" илрүүлэгч байв. Холбоо барих шилжилтийн нөлөөгөөр радио дохиог илрүүлэхийн тулд сахалтай төстэй утсыг хатуу талсттай (жишээ нь, германий болор) гэрэлтэй харьцдаг. Хагас дамжуулагч зангилаанд гүйдэл нь гүйдлийг солих, өсгөхөд зориулагдсан хагас дамжуулагч элементүүд болон холболтуудад ашиглагддаг. Цахилгаан гүйдлийг хоёр хэлбэрээр илэрхийлж болно: сөрөг цэнэгтэй электрон хэлбэрээр, түүнчлэн эерэг цэнэгтэй электрон хоосон орон зай (хагас дамжуулагч атом дахь дүүргэгдээгүй электронууд), нүх гэж нэрлэгддэг. Эдгээр цэнэг, нүхийг квант физикийн үүднээс ойлгодог. Барилгын материал нь ихэвчлэн талст хагас дамжуулагч юм.
Хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн хөгжил нь 1947 онд транзисторыг зохион бүтээснээр эхэлсэн. Нийтлэг хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүд нь транзистор, микропроцессорын чип, чип юм санамсаргүй хандалт санах ой. USB флаш дискэнд флаш санах ой гэж нэрлэгддэг тусгай төрлийн санах ойг ашигладаг бөгөөд сүүлийн үед механик эргэдэг хатуу дискийг хатуу төлөвт хөтчүүдээр сольсон. 1950-1960-аад онд вакуум хоолойноос хагас дамжуулагч диод, транзистор, нэгдсэн хэлхээ (IC), гэрэл ялгаруулах диод (LED) руу шилжих үед хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүд түгээмэл болсон.
Цахилгаан эрчим хүчний үндсэн ойлголтууд
Цахилгаан цэнэг
Цэнэг байгаа нь цахилгаан статик хүчийг үүсгэдэг: цэнэгүүд бие биендээ хүч үзүүлдэг, энэ нөлөө нь эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан боловч тэр үед ойлгогдоогүй байсан. Усан дээр өлгөгдсөн хөнгөн бөмбөгийг шилэн саваагаар шүргэж цэнэглэж болох ба өмнө нь даавуунд үрж цэнэглэдэг байсан. Нэг шилэн саваагаар цэнэглэгдсэн ижил төстэй бөмбөг нь эхнийхийг нь няцаах болно: цэнэг нь хоёр бөмбөгийг бие биенээсээ салгахад хүргэдэг. Үрсэн хув саваагаар цэнэглэгдсэн хоёр бөмбөг бас бие биенээ няцаах болно. Гэхдээ нэг бөмбөгийг шилэн саваагаар, нөгөөг нь хув саваагаар цэнэглэвэл хоёр бөмбөг бие биенээ татаж эхэлдэг. Эдгээр үзэгдлийг 18-р зууны төгсгөлд Чарльз Августин де Кулон судалж, цэнэг нь эсрэг тэсрэг хоёр хэлбэрээр илэрдэг гэж дүгнэжээ. Энэхүү нээлт нь сайн мэддэг аксиомыг бий болгосон: ижил цэнэглэгдсэн биетүүд түлхэж, эсрэг цэнэгтэй биетүүд татдаг.
Хүч нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдэд өөрсдөө үйлчилдэг тул цэнэг нь дамжуулагч гадаргуу дээр аль болох жигд тархах хандлагатай байдаг. Цахилгаан соронзон хүчний хүчийг татах эсвэл түлхэх хүч нь Кулоны хуулиар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь цахилгаан статик хүч нь цэнэгийн үржвэртэй пропорциональ бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь маш хүчтэй бөгөөд энэ нь зөвхөн хүчтэй харилцан үйлчлэлийн хүч чадлаараа доогуур боловч сүүлийнхээс ялгаатай нь ямар ч зайд ажилладаг. Илүү сул таталцлын хүчтэй харьцуулахад цахилгаан соронзон хүч нь таталцлын хүчнээс 1042 дахин их хоёр электроныг түлхэж байна.
Судалгаанаас харахад цэнэгийн эх үүсвэр нь цахилгаан цэнэгийн шинж чанартай зарим төрлийн субатомын бөөмс юм. Цахилгаан цэнэг нь байгалийн дөрвөн үндсэн хүчний нэг болох цахилгаан соронзон хүчийг үүсгэж, харилцан үйлчилдэг. Цахилгаан цэнэгийн хамгийн алдартай тээвэрлэгчид бол электрон ба протон юм. Туршилт нь цэнэг нь хадгалагдсан хэмжигдэхүүн гэдгийг харуулсан, өөрөөр хэлбэл тусгаарлагдсан системийн нийт цэнэг энэ системд гарсан аливаа өөрчлөлтөөс үл хамааран тогтмол хэвээр байх болно. Системд цэнэгийг биетүүдийн хооронд шууд холбоо барих эсвэл утас гэх мэт дамжуулагч материалаар дамжуулж болно. "Статик цахилгаан" гэсэн албан бус нэр томъёо нь бие биенээсээ цэнэг шилжүүлэхийн тулд өөр өөр материалуудыг хооронд нь үрж үрсэний улмаас биед хуримтлагдсан цэнэг (эсвэл цэнэгийн "тэнцвэргүй") байхыг хэлдэг.
Электрон ба протоны цэнэг тэмдэгтийн хувьд эсрэгээрээ байдаг тул нийт цэнэг эерэг эсвэл сөрөг байж болно. Бенжамин Франклины бүтээлээр тогтоосон уламжлалын дагуу электронуудын зөөвөрлөж буй цэнэгийг сөрөг, протоны цэнэгийг эерэг гэж үздэг. Төлбөрийн хэмжээ (цахилгаан эрчим хүчний хэмжээ) нь ихэвчлэн Q тэмдгээр тэмдэглэгдсэн бөгөөд кулоноор илэрхийлэгддэг; электрон бүр ижил цэнэгтэй, ойролцоогоор -1.6022 × 10-19 кулон. Протон нь цэнэгийн хувьд тэнцүү, тэмдэг нь эсрэгээрээ байдаг тул +1.6022 × 10-19 Кулон байна. Матери зөвхөн цэнэгтэй төдийгүй антиматер ч гэсэн эсрэг бөөм бүр ижил цэнэгтэй боловч харгалзах бөөмийн цэнэгийн эсрэг тэмдэгтэй байдаг.
Цэнэглэлийг хэд хэдэн аргаар хэмжиж болно: эрт үеийн алтан навчит электроскоп хэдийгээр сургалтын үзүүлэнгүүдэд ашиглагдаж байсан ч одоо электрон электрометрээр солигдсон.
Цахилгаан
Цахилгаан цэнэгийн хөдөлгөөнийг цахилгаан гүйдэл гэж нэрлэдэг бөгөөд түүний эрчмийг ихэвчлэн ампераар хэмждэг. Гүйдэл нь ямар ч хөдөлгөөнт цэнэглэгдсэн хэсгүүдээр үүсгэгдэж болно; Ихэнхдээ эдгээр нь электронууд боловч зарчмын хувьд хөдөлгөөнд орсон аливаа цэнэг нь гүйдэл юм.
Түүхэн конвенцийн дагуу эерэг гүйдэл нь хэлхээний илүү эерэг хэсгээс сөрөг хэсэг рүү урсах эерэг цэнэгийн хөдөлгөөний чиглэлээр тодорхойлогддог. Ийм байдлаар тодорхойлсон гүйдлийг нөхцөлт гүйдэл гэж нэрлэдэг. Гүйдлийн хамгийн алдартай хэлбэрүүдийн нэг бол сөрөг цэнэгтэй электронуудын хэлхээгээр дамжих хөдөлгөөн бөгөөд ингэснээр гүйдлийн эерэг чиглэл нь электронуудын хөдөлгөөний эсрэг чиглэлд чиглэгддэг. Гэсэн хэдий ч нөхцөл байдлаас шалтгаалан цахилгаан гүйдэл нь аль ч чиглэлд, тэр ч байтугай хоёр чиглэлд нэгэн зэрэг хөдөлж буй цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн урсгалаас бүрдэж болно. Энэ байдлыг хялбарчлахын тулд гүйдлийн эерэг чиглэл нь эерэг цэнэгийн хөдөлгөөний чиглэл гэсэн конвенцийг өргөнөөр ашигладаг.
Материалаар цахилгаан гүйдэл дамжих процессыг цахилгаан дамжуулалт гэж нэрлэдэг бөгөөд ямар цэнэгтэй бөөмс түүнийг дамжуулж байгаа болон тэдгээрийн хөдөлж буй материалаас хамааран түүний мөн чанар өөр өөр байдаг. Цахилгаан гүйдлийн жишээнд металл гэх мэт дамжуулагчаар дамжуулан электронуудын урсгалаар явагддаг металл дамжуулалт, цахилгаан оч шиг шингэн эсвэл плазмаар дамжин ионуудын (цэнэглэгдсэн атомууд) урсгалаар явагддаг электролиз орно. Бөөмсүүд өөрсдөө маш удаан, заримдаа секундэд миллиметрээс багахан хэмжээний шилжилтийн хурдтай хөдөлж чаддаг бол тэдгээрийг хөдөлгөж буй цахилгаан орон нь гэрлийн хурдтай ойролцоо хөдөлж, цахилгаан дохиог утсаар хурдан дамжуулах боломжийг олгодог.
Энэ гүйдэл нь олон тооны ажиглагдахуйц үр нөлөөг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь түүхэнд түүний оршин тогтнох шинж тэмдэг байсан юм. Галваник баганын гүйдлийн нөлөөн дор ус задрах боломжийг 1800 онд Николсон, Карлайл нар нээсэн. Энэ процессыг одоо электролиз гэж нэрлэдэг. Тэдний ажлыг 1833 онд Майкл Фарадей ихээхэн өргөжүүлсэн. Эсэргүүцлээр дамжин урсах гүйдэл нь орон нутгийн халаалтыг үүсгэдэг. Энэ нөлөөг 1840 онд Жеймс Жоул математикийн аргаар тодорхойлсон. Гүйдлийн талаархи хамгийн чухал нээлтүүдийн нэг бол 1820 онд Эрстэд лекц бэлдэж байхдаа утсаар урсах гүйдэл нь соронзон луужингийн зүүг эргүүлэхэд хүргэдэг болохыг олж мэдсэнээр санамсаргүй байдлаар хийсэн юм. Тиймээс тэрээр цахилгаан ба соронзон хоёрын үндсэн харилцан үйлчлэл болох цахилгаан соронзоныг нээсэн. Цахилгаан нумаас үүсэх цахилгаан соронзон ялгарлын түвшин нь зэргэлдээх тоног төхөөрөмжийн ажиллагааг гэмтээж болох цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоо үүсгэх хангалттай өндөр юм.Тэрээр цахилгаан ба соронзон хоёрын үндсэн харилцан үйлчлэл болох цахилгаан соронзон хүчийг нээсэн. Цахилгаан нумаас үүссэн цахилгаан соронзон ялгарлын түвшин нь ойролцоох төхөөрөмжид саад учруулж болзошгүй цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоог бий болгоход хангалттай өндөр байдаг.
Техникийн болон дотоодын хэрэглээний хувьд гүйдлийг ихэвчлэн шууд (ДС) эсвэл ээлжлэн (AC) гэж тодорхойлдог. Эдгээр нэр томъёо нь одоогийн цаг хугацааны явцад хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг илэрхийлдэг. Жишээлбэл, батерейгаар үүсгэгддэг шууд гүйдэл нь ихэнх электрон төхөөрөмжүүдэд шаардлагатай байдаг нь хэлхээний эерэг потенциалаас сөрөг тал руу чиглэсэн нэг чиглэлтэй урсгал юм. Хэрэв илүү олон удаа тохиолддог энэ урсгалыг электронууд зөөвөрлөх юм бол тэдгээр нь эсрэг чиглэлд шилжих болно. Хувьсах гүйдэл гэдэг нь чиглэлээ байнга өөрчилдөг аливаа гүйдэл бөгөөд бараг үргэлж синусоид хэлбэртэй байдаг. Хувьсах гүйдэл нь дамжуулагчийн дотор нааш цааш лугшиж, цэнэгийг удаан хугацаанд хязгааргүй зайд хөдөлгөдөггүй. Хувьсах гүйдлийн дундаж хугацааны утга нь тэг боловч энергийг эхлээд нэг чиглэлд, дараа нь эсрэг чиглэлд хүргэдэг. Хувьсах гүйдэл нь тогтмол гүйдлийн хөдөлгөөнгүй горимд илэрдэггүй цахилгаан шинж чанараас хамаардаг, жишээлбэл, индукц ба багтаамжаас хамаардаг. Гэсэн хэдий ч эдгээр шинж чанарууд нь хэлхээг түр зуурын хүчин чадалд өртөх үед, тухайлбал цахилгаан асаах үед ажиллаж болно.
Цахилгаан орон
Цахилгаан талбайн тухай ойлголтыг Майкл Фарадей нэвтрүүлсэн. Цахилгаан орон нь биеийг хүрээлж буй орон зайд цэнэглэгдсэн биетээр үүсгэгдэж, тухайн орон зайд байрлах бусад цэнэгүүдэд үйлчлэх хүч үүсдэг. Цахилгаан орон нь хоёр массын хоорондох таталцлын оронтой төстэй хоёр цэнэгийн хооронд үйлчилдэг ба мөн хязгааргүй хүртэл үргэлжилдэг бөгөөд биетүүдийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна. Гэсэн хэдий ч мэдэгдэхүйц ялгаа бий. Таталцал үргэлж татагддаг бөгөөд энэ нь хоёр массыг нэгтгэхэд хүргэдэг бол цахилгаан орон нь таталцал эсвэл түлхэлтийг үүсгэдэг. Гариг гэх мэт том биетүүд бүхэлдээ тэг цэнэгтэй байдаг тул тэдгээрийн цахилгаан орон зайд ихэвчлэн тэг байдаг. Тиймээс таталцал нь өөрөө хамаагүй сул боловч орчлон ертөнцийн хол зайд давамгайлах хүч юм.
Цахилгаан орон нь дүрмээр бол сансар огторгуйн өөр өөр цэгүүдэд өөр өөр байдаг бөгөөд ямар ч цэг дэх хүч нь хөдөлгөөнгүй, үл тоомсорлох цэнэгийг тухайн цэг дээр байрлуулсан тохиолдолд мэдрэх хүч (нэгж цэнэг) гэж тодорхойлогддог. "Туршилтын цэнэг" гэж нэрлэгддэг хийсвэр цэнэг нь үндсэн талбарт нөлөөлж буй өөрийн цахилгаан талбарыг үл тоомсорлож болохуйц үнэ цэнэ багатай байх ёстой бөгөөд соронзон орны нөлөөллөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд хөдөлгөөнгүй (хөдөлгөөнгүй) байх ёстой. Цахилгаан орон нь хүчний хувьд тодорхойлогддог бөгөөд хүч нь вектор байдаг тул цахилгаан орон нь мөн вектор бөгөөд хэмжээ, чиглэлийн аль алиныг нь агуулдаг. Тодруулбал, цахилгаан орон нь вектор орон юм.
Хөдөлгөөнгүй цэнэгийн улмаас үүссэн цахилгаан талбайн тухай сургаалыг электростатик гэж нэрлэдэг. Орон зайн аль ч цэг дэх чиглэл нь талбайн чиглэлтэй давхцаж буй төсөөллийн шугамуудыг ашиглан талбарыг дүрсэлж болно. Энэ ойлголтыг Фарадей нэвтрүүлсэн бөгөөд "хүчний шугам" гэсэн нэр томъёо одоо хүртэл хааяа тааралдсаар байна. Талбайн шугамууд нь талбайн нөлөөн дор цэгийн эерэг цэнэг шилжих зам юм. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь хийсвэр, биет объект биш бөгөөд талбар нь шугамын хоорондох бүх завсрын орон зайд нэвчдэг. Хөдөлгөөнгүй цэнэгээс үүссэн талбайн шугамууд нь хэд хэдэн үндсэн шинж чанартай байдаг: нэгдүгээрт, эерэг цэнэгүүдээр эхэлж, сөрөг цэнэгүүдээр төгсдөг; хоёрдугаарт, тэдгээр нь зөв өнцгөөр (хэвийн) ямар ч тохиромжтой дамжуулагч руу орох ёстой, гуравдугаарт, тэд хэзээ ч огтлолцож, өөр дээрээ хаадаггүй.
Хөндий дамжуулагч бие нь бүх цэнэгээ гаднах гадаргуу дээрээ агуулдаг. Тиймээс биеийн доторх бүх газарт талбай нь тэгтэй тэнцүү байна. Фарадей тор нь энэ зарчмаар ажилладаг - дотоод орон зайг гадны цахилгаан нөлөөллөөс тусгаарладаг металл бүрхүүл.
Өндөр хүчдэлийн төхөөрөмжийн элементүүдийн дизайн хийхэд электростатикийн зарчим чухал байдаг. Аливаа материалд тэсвэрлэх чадвартай цахилгаан орны хүчд хязгаарлагдмал хязгаар байдаг. Энэ утгаас дээш бол цахилгааны эвдрэл үүсдэг бөгөөд энэ нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хооронд цахилгаан нум үүсгэдэг. Жишээлбэл, агаарт цахилгааны талбайн хүч нэг см-ээс 30 кВ-аас ихгүй жижиг зайд цахилгаан эвдрэл үүсдэг. Цоорхой нэмэгдэхийн хэрээр эвдрэлийн эцсийн хүч нь см тутамд ойролцоогоор 1 кВ хүртэл буурдаг. Ийм байгалийн хамгийн алдартай үзэгдэл бол аянга юм. Энэ нь үүлэнд цэнэгүүдийг агаарын баганагаар ялгаж, агаар дахь цахилгаан орон нь задралын утгаас хэтэрч эхлэхэд үүсдэг. Их хэмжээний аянгын үүлний хүчдэл нь 100 МВ хүрч, 250 кВт/цаг цэнэгийн энергийн цэнэгтэй байдаг.
Талбайн хүч чадлын хэмжээ нь ойр орчмын дамжуулагч объектуудаас хүчтэй нөлөөлдөг бөгөөд талбай нь үзүүртэй объектуудыг тойрон гулзайлгах үед хүч чадал нь ялангуяа өндөр байдаг. Энэ зарчмыг аянга цахилгааны бариулд ашигладаг бөгөөд хурц үзүүрүүд нь хамгаалж буй барилга руугаа бус аянга руу урсдаг.
Цахилгаан потенциал
Цахилгаан потенциалын тухай ойлголт нь цахилгаан оронтой нягт холбоотой. Цахилгаан талбарт байрлуулсан жижиг цэнэг нь хүчийг мэдэрдэг бөгөөд цэнэгийг энэ хүчний эсрэг хөдөлгөхийн тулд ажиллах шаардлагатай. Аль ч цэгийн цахилгаан потенциал гэдэг нь нэгж туршилтын цэнэгийг хязгааргүйгээс тэр цэг рүү маш удаан шилжүүлэхэд шаардагдах энерги гэж тодорхойлогддог. Потенциалыг ихэвчлэн вольтоор хэмждэг ба нэг вольтын потенциал гэдэг нь нэг кулон цэнэгийг хязгааргүйгээс хөдөлгөхөд нэг жоуль ажиллах шаардлагатай потенциал юм. Потенциалын энэхүү албан ёсны тодорхойлолт нь практик ач холбогдол багатай бөгөөд цахилгаан потенциалын зөрүү буюу өгөгдсөн хоёр цэгийн хооронд нэгж цэнэгийг шилжүүлэхэд шаардагдах энергийн тухай ойлголт илүү ашигтай байдаг. Цахилгаан орон нь нэг онцлог шинж чанартай бөгөөд энэ нь консерватив бөгөөд энэ нь туршилтын цэнэгийн туулсан зам нь хамаагүй гэсэн үг юм: өгөгдсөн хоёр цэгийн хоорондох бүх боломжит замыг туулах нь үргэлж ижил энерги авах бөгөөд ингэснээр нэг утга байдаг. хоёр байрлалын хоорондох потенциалын зөрүү. Вольт нь цахилгаан потенциалын зөрүүг хэмжих, тодорхойлох нэгж болж маш бат бөх болсон тул хүчдэл гэсэн нэр томъёог өдөр бүр өргөнөөр ашигладаг.
Практик зорилгоор потенциалыг илэрхийлж, харьцуулж болох нийтлэг лавлах цэгийг тодорхойлох нь зүйтэй. Хэдийгээр энэ нь хязгааргүй байж болох ч дэлхийг бүх газар ижил потенциалтай гэж үздэг тэг потенциал болгон ашиглах нь илүү практик юм. Энэ лавлах цэгийг мэдээж "газар" (газар) гэж нэрлэдэг. Дэлхий бол эерэг ба сөрөг цэнэгийн тэнцүү тооны хязгааргүй эх үүсвэр тул цахилгаан саармаг, цэнэггүй байдаг.
Цахилгаан потенциал нь скаляр хэмжигдэхүүн бөгөөд өөрөөр хэлбэл зөвхөн утгатай, чиглэлгүй байдаг. Үүнийг өндрийн аналог гэж үзэж болно: суллагдсан биет таталцлын талбайгаас үүссэн өндрийн зөрүүгээс болж унадагтай адил цахилгаан талбайн улмаас үүссэн хүчдэлийн улмаас цэнэг "унана". Газрын зураг нь ижил өндөртэй цэгүүдийг холбосон контурын шугамаар газар нутгийг дүрсэлсэнтэй адил цахилгаан статик цэнэгтэй объектын эргэн тойронд тэнцүү потенциалтай цэгүүдийг холбосон шугамын багцыг (эквипотенциал гэж нэрлэдэг) зурж болно. Эквипотенциалууд нь бүх хүчний шугамыг зөв өнцгөөр огтолдог. Тэд мөн дамжуулагчийн гадаргуутай параллель байх ёстой, эс тэгвээс дамжуулагчийн эквипотенциал гадаргуугийн дагуу цэнэг тээвэрлэгчийг хөдөлгөх хүч үүснэ.
Цахилгаан орон нь нэгж цэнэгт үйлчлэх хүч гэж албан ёсоор тодорхойлогддог боловч потенциалын тухай ойлголт нь илүү ашигтай бөгөөд тэнцүү тодорхойлолтыг өгдөг: цахилгаан орон нь орон нутгийн цахилгаан потенциалын градиент юм. Дүрмээр бол энэ нь метр тутамд вольтоор илэрхийлэгддэг бөгөөд талбайн векторын чиглэл нь хамгийн их боломжит өөрчлөлтийн шугам, өөрөөр хэлбэл өөр эквипотенциалын хамгийн ойр байрлах чиглэл юм.
цахилгаан соронзон
1821 онд Оерстед цахилгаан гүйдэл дамжуулах утасны бүх талыг тойруулан соронзон орон байдгийг нээсэн нь цахилгаан ба соронзон хоёрын хооронд шууд хамаарал байдгийг харуулсан. Түүгээр ч барахгүй, харилцан үйлчлэл нь таталцлын болон цахилгаан статик хүчнээс ялгаатай мэт санагдаж байсан бөгөөд тэр үед мэдэгдэж байсан байгалийн хоёр хүч юм. Хүч нь луужингийн зүү дээр одоогийн утас руу чиглэсэн эсвэл түүнээс хол биш, харин зөв өнцгөөр үйлчилдэг. Бага зэрэг ойлгомжгүй үгээр "цахилгаан зөрчилдөөн нь эргэдэг зан чанартай" гэж Oersted өөрийн ажиглалтыг илэрхийлэв. Энэ хүч нь гүйдлийн чиглэлээс хамаарна, учир нь гүйдэл чиглэлээ өөрчилсөн бол соронзон хүч ч мөн адил өөрчилдөг.
Oersted өөрийн нээлтийг бүрэн ойлгоогүй боловч түүний ажигласан нөлөө харилцан адил байсан: гүйдэл нь соронзонд, соронзон орон нь гүйдэлд хүчтэй нөлөөлдөг. Энэ үзэгдлийг Ампер цааш судалж, хоёр зэрэгцээ гүйдэл дамжуулагч утас бие биендээ хүч үзүүлдгийг олж мэдэв: нэг чиглэлд гүйдэл дамжуулдаг хоёр утас бие биенээ татдаг бол эсрэг чиглэлд гүйдэл агуулсан утаснууд бие биенээ түлхэж байдаг. . Энэхүү харилцан үйлчлэл нь гүйдэл бүрийг бий болгодог соронзон оронгоор дамждаг бөгөөд энэ үзэгдлийн үндсэн дээр гүйдлийн нэгжийг олон улсын нэгжийн систем дэх Ампер гэж тодорхойлдог.
Соронзон орон ба гүйдлийн хоорондох энэхүү хамаарал нь 1821 онд Майкл Фарадейгийн цахилгаан моторыг зохион бүтээхэд хүргэсэн учраас маш чухал юм. Түүний нэг туйлт мотор нь мөнгөн устай саванд байрлуулсан байнгын соронзоос бүрддэг байв. Соронзон дээрх нугастай суспенз дээр дүүжлэгдсэн утсаар гүйдэл дамжуулж, мөнгөн усанд дүрэгдсэн. Соронз нь утсанд шүргэгч хүчийг үзүүлсэн бөгөөд энэ нь утсанд гүйдэл хэвээр байх хугацаанд утсыг соронзыг тойрон эргэлдэхэд хүргэсэн.
1831 онд Фарадейгийн хийсэн туршилтаас үзэхэд соронзон оронтой перпендикуляр хөдөлж буй утас төгсгөлд потенциалын зөрүү үүсгэдэг болохыг харуулсан. Цахилгаан соронзон индукц гэгддэг энэхүү үйл явцын цаашдын дүн шинжилгээ нь битүү хэлхээнд индукцийн потенциалын зөрүү нь хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдтай пропорциональ байна гэсэн зарчмыг томъёолох боломжийг түүнд олгосон бөгөөд одоо Фарадейгийн индукцийн хууль гэж нэрлэгддэг. Энэхүү нээлтийн хөгжил нь Фарадейд 1831 онд эргэдэг зэс дискний механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг анхны цахилгаан үүсгүүрийг зохион бүтээх боломжийг олгосон. Фарадей диск нь үр ашиг багатай байсан бөгөөд практик генератор болгон ашиглагдаагүй боловч соронзлолыг ашиглан цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжийг харуулсан бөгөөд түүний хөгжлийг дагаж байсан хүмүүс энэ боломжийг ашигласан.
Чадвар химийн урвалцахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх, мөн эсрэгээр, цахилгаан эрчим хүчний химийн урвал үүсгэх чадвар нь өргөн хүрээний хэрэглээтэй.
Цахилгаан хими нь цахилгааныг судлах чухал хэсэг байсаар ирсэн. Галын баганын анхны бүтээлээс эхлэн гальваник эсүүд нь олон төрлийн батерей, гальваник ба электролитийн эсүүд болон хувирсан. Хөнгөн цагааныг электролизийн аргаар их хэмжээгээр үйлдвэрлэдэг бөгөөд олон зөөврийн электрон төхөөрөмжүүд цэнэглэдэг тэжээлийн эх үүсвэрийг ашигладаг.
Цахилгаан хэлхээ
Цахилгаан хэлхээ нь хаалттай зам (хэлхээ) дагуу дамждаг цахилгаан цэнэг нь ихэвчлэн хэд хэдэн ашигтай ажлуудыг гүйцэтгэдэг цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн холболт юм.
Цахилгаан хэлхээний бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь резистор, конденсатор, унтраалга, трансформатор, электрон эд анги зэрэг элементийн үүрэг гүйцэтгэдэг олон хэлбэртэй байж болно. Цахим хэлхээнд хагас дамжуулагч гэх мэт идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүд байдаг бөгөөд тэдгээр нь ихэвчлэн шугаман бус хэлбэрээр ажилладаг бөгөөд тэдгээрт нарийн төвөгтэй дүн шинжилгээ хийх шаардлагатай байдаг. Хамгийн энгийн цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг идэвхгүй ба шугаман гэж нэрлэдэг: хэдийгээр тэдгээр нь эрчим хүчийг түр хугацаанд хуримтлуулж чаддаг ч ямар ч эрчим хүчний эх үүсвэргүй, шугаман байдлаар ажилладаг.
Эсэргүүцэл нь идэвхгүй хэлхээний элементүүдээс хамгийн энгийн нь байж болох юм: нэрнээс нь харахад түүгээр урсаж буй гүйдлийг эсэргүүцэж, цахилгаан энергийг дулаан болгон тараадаг. Эсэргүүцэл нь дамжуулагчаар дамжих цэнэгийн хөдөлгөөний үр дагавар юм: жишээлбэл, металлын хувьд эсэргүүцэл нь голчлон электрон ба ионуудын мөргөлдөөнөөс үүдэлтэй байдаг. Ом-ын хууль нь хэлхээний онолын үндсэн хууль бөгөөд эсэргүүцэлээр дамжин өнгөрөх гүйдэл нь түүн дээрх потенциалын зөрүүтэй шууд пропорциональ байна. Ихэнх материалын эсэргүүцэл нь өргөн хүрээний температур, гүйдэлд харьцангуй тогтмол байдаг; Эдгээр нөхцлийг хангасан материалыг "ом" гэж нэрлэдэг. Ом нь Георг Ом-ын нэрээр нэрлэгдсэн эсэргүүцлийн нэгж бөгөөд Грекийн Ω үсгээр тэмдэглэгдсэн байдаг. 1 Ом нь нэг ампер гүйдэл дамжин өнгөрөхөд нэг вольтын потенциалын зөрүү үүсгэдэг эсэргүүцэл юм.
Конденсатор нь Лейден савны шинэчлэл бөгөөд цэнэгийг хуримтлуулж, улмаар үүссэн талбарт цахилгаан эрчим хүчийг хуримтлуулах төхөөрөмж юм. Энэ нь нимгэн тусгаарлагч диэлектрик давхаргаар тусгаарлагдсан хоёр дамжуулагч хавтангаас бүрдэнэ; практикт энэ нь нэгж эзэлхүүн дэх гадаргуугийн талбайг, улмаар багтаамжийг нэмэгдүүлэхийн тулд хоорондоо ороомогдсон хос нимгэн туузан металл тугалган цаас юм. Багтаамжийн нэгж нь фарад бөгөөд Майкл Фарадейгийн нэрээр нэрлэгдсэн бөгөөд F тэмдэгээр тэмдэглэгдсэн байдаг: нэг фарад нь нэг кулоны цэнэгийг хадгалах үед нэг вольтын боломжит зөрүүг үүсгэдэг багтаамж юм. Конденсаторт цэнэг хуримтлагддаг тул гүйдэл эхлээд тэжээлийн эх үүсвэрт холбогдсон конденсатороор дамждаг; Энэ гүйдэл нь конденсатор цэнэглэгдэх тусам буурч, эцэст нь тэг болно. Тиймээс конденсатор нь шууд гүйдэл дамжуулдаггүй, харин блоклодог.
Индукц гэдэг нь гүйдэл дамжуулах үед үүссэн соронзон орон дахь энергийг хадгалдаг дамжуулагч, ихэвчлэн ороомог утас юм. Гүйдэл өөрчлөгдөхөд соронзон орон мөн өөрчлөгдөж, дамжуулагчийн төгсгөлүүдийн хооронд хүчдэл үүсдэг. Өдөөгдсөн хүчдэл нь гүйдлийн өөрчлөлтийн хурдтай пропорциональ байна. Пропорциональ байдлын коэффициентийг индукц гэж нэрлэдэг. Индукцийн нэгж нь Фарадейгийн орчин үеийн Жозеф Хенригийн нэрээр нэрлэгдсэн Хенри юм. Нэг Хенри индукц нь секундэд нэг ампераар дамжин өнгөрөх гүйдлийн өөрчлөлтийн хурдаар нэг вольтын потенциалын зөрүү үүсгэдэг индукц юм. Индукторын үйлдэл нь конденсаторынхаас эсрэгээрээ байдаг: энэ нь шууд гүйдлийг чөлөөтэй дамжуулж, хурдан өөрчлөгдөж буй гүйдлийг хаадаг.
Цахилгаан хүч
Цахилгаан эрчим хүч нь цахилгаан хэлхээгээр цахилгаан эрчим хүчийг шилжүүлэх хурд юм. SI хүчин чадлын нэгж нь секундэд нэг жоультэй тэнцэх ватт юм.
Цахилгаан эрчим хүч нь механик эрчим хүчний нэгэн адил ажил гүйцэтгэх хурдыг ваттаар хэмжиж, P үсгээр тэмдэглэдэг. Цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээ гэдэг нэр томъёо нь "Ватт дахь цахилгаан эрчим хүч" гэсэн утгатай. I цахилгаан гүйдлийн үйлдвэрлэсэн ватт дахь цахилгаан хүч нь цахилгаан потенциалын зөрүү (хүчдэл) V дундуур t секунд тутамд Q кулон цэнэгийг нэвтрүүлэхтэй тэнцүү байна.
P = QV/t = IV
- Q - Кулон дахь цахилгаан цэнэг
- t - секундээр цаг хугацаа
- I - ампер дахь цахилгаан гүйдэл
- V - вольт дахь цахилгаан потенциал буюу хүчдэл
Цахилгаан эрчим хүчийг ихэвчлэн цахилгаан үүсгүүрээр үйлдвэрлэдэг боловч цахилгаан батерей гэх мэт химийн эх үүсвэрүүд эсвэл олон төрлийн эрчим хүчний эх үүсвэрийг ашиглан бусад аргаар үйлдвэрлэж болно. Цахилгаан эрчим хүчийг ихэвчлэн аж ахуйн нэгж, орон сууцыг цахилгаан хэрэгслээр хангадаг. Цахилгаан эрчим хүчний төлбөрийг ихэвчлэн киловатт-цаг (3.6 МЖ) тутамд тооцдог бөгөөд энэ нь үйлдвэрлэсэн киловатт эрчим хүчийг хэдэн цагаар үржүүлсэн хүчин чадал юм. Цахилгаан эрчим хүчний салбарт цахилгаан эрчим хүчний хэмжилтийг цахилгаан тоолуур ашиглан хийдэг бөгөөд энэ нь хэрэглэгчдэд өгсөн нийт цахилгаан эрчим хүчний хэмжээг санах болно. Чулуужсан түлшнээс ялгаатай нь цахилгаан нь энтропи багатай эрчим хүчний хэлбэр бөгөөд хөдөлгөөний энерги болон бусад олон төрлийн эрчим хүч болгон хувиргаж, өндөр үр ашигтайгаар ашиглах боломжтой.
Электроник
Электроник нь вакуум хоолой, транзистор, диод, нэгдсэн хэлхээ зэрэг идэвхтэй цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүд, тэдгээртэй холбоотой идэвхгүй болон шилжих элементүүдийг багтаасан цахилгаан хэлхээг хэлнэ. Идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн шугаман бус байдал, электронуудын урсгалыг хянах чадвар нь сул дохиог олшруулж, мэдээлэл боловсруулах, харилцаа холбоо, дохио боловсруулахад электроникийг өргөнөөр ашиглах боломжийг олгодог. Электрон төхөөрөмжүүдийн шилжүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэх чадвар нь мэдээллийг дижитал боловсруулах боломжийг олгодог. зэрэг элементүүдийг солих хэвлэмэл хэлхээний самбар, баглаа боодлын технологи болон бусад төрөл бүрийн холбооны дэд бүтцийн хэлбэрүүд нь хэлхээний функцийг нөхөж, өөр өөр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ердийн ажлын систем болгон хувиргадаг.
Өнөөдөр ихэнх электрон төхөөрөмжүүд цахим хяналтыг хэрэгжүүлэхийн тулд хагас дамжуулагч бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигладаг. Хагас дамжуулагч төхөөрөмж болон холбогдох технологийг судлах нь хатуу биетийн физикийн нэг салбар гэж тооцогддог бол практик асуудлыг шийдвэрлэх электрон хэлхээг зохион бүтээх, бүтээх нь электроникийн салбарт хамаарна.
Цахилгаан соронзон долгион
Фарадей, Ампер нарын ажил нь цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг соронзон орон нь цахилгаан орон үүсгэдэг бөгөөд цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг цахилгаан орон нь соронзон орны эх үүсвэр болохыг харуулсан. Тиймээс нэг талбар цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөхөд өөр талбар үргэлж өдөөгддөг. Ийм үзэгдэл нь долгионы шинж чанартай байдаг бөгөөд угаасаа цахилгаан соронзон долгион гэж нэрлэгддэг. Цахилгаан соронзон долгионыг 1864 онд Жеймс Максвелл онолын хувьд шинжилсэн. Максвелл цахилгаан орон, соронзон орон, цахилгаан цэнэг, цахилгаан гүйдлийн хоорондын хамаарлыг хоёрдмол утгагүй дүрсэлж чадах тэгшитгэлийн багцыг боловсруулсан. Тэрээр мөн ийм долгион нь гэрлийн хурдаар заавал тархдаг тул гэрэл өөрөө цахилгаан соронзон цацрагийн нэг хэлбэр гэдгийг баталж чадсан юм. Гэрэл, талбар, цэнэгийг хослуулсан Максвеллийн хуулиудыг боловсруулах нь онолын физикийн түүхэн дэх хамгийн чухал үе шатуудын нэг юм.
Ийнхүү олон судлаачдын ажил электроникийн тусламжтайгаар дохиог өндөр давтамжийн хэлбэлзлийн гүйдэл болгон хувиргах боломжтой болсон бөгөөд зохих хэлбэрийн дамжуулагчаар дамжуулан цахилгаан нь эдгээр дохиог радио долгионоор маш хол зайд дамжуулах, хүлээн авах боломжийг олгодог.
Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх, ашиглах
Цахилгаан гүйдэл үүсгэх, дамжуулах
МЭӨ 6-р зуунд д. Грекийн гүн ухаантан Милетийн Фалес хув саваагаар туршилт хийсэн бөгөөд эдгээр туршилтууд нь цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн салбарт хийсэн анхны судалгаанууд байв. Одоо triboelectric эффект гэгддэг энэ арга нь зөвхөн хөнгөн объектуудыг өргөж, оч үүсгэж чаддаг байсан ч энэ нь туйлын үр ашиггүй байв. 18-р зуунд хүчдэлийн туйлыг зохион бүтээснээр цахилгаан эрчим хүчний боломжит эх үүсвэр бий болсон. Волтайк багана ба түүний орчин үеийн удам болох цахилгаан батерей нь энергийг химийн хэлбэрээр хуримтлуулж, хэрэгцээний дагуу цахилгаан эрчим хүч болгон гаргадаг. Батерей нь олон төрлийн хэрэглээнд тохиромжтой олон талт, маш түгээмэл тэжээлийн эх үүсвэр боловч түүнд хуримтлагдсан эрчим хүч хязгаарлагдмал бөгөөд нэгэнт дууссаны дараа зайгаа хаях эсвэл дахин цэнэглэх шаардлагатай. Их хэмжээний хэрэгцээнд зориулж цахилгаан эрчим хүчийг цахилгаан дамжуулах шугамаар тасралтгүй үүсгэж, дамжуулах ёстой.
Цахилгаан эрчим хүчийг ихэвчлэн чулуужсан түлш шатаах уур эсвэл цөмийн урвалын дулаанаар удирддаг цахилгаан механик үүсгүүрээр үүсгэдэг; эсвэл салхи эсвэл урсгал уснаас гаргаж авсан кинетик энерги зэрэг бусад эх үүсвэрээс. Сэр Чарльз Парсонсын 1884 онд бүтээсэн орчин үеийн уурын турбин өнөөдөр дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний 80 орчим хувийг янз бүрийн дулааны эх үүсвэрээр үйлдвэрлэж байна. Ийм осцилляторууд нь Фарадейгийн 1831 оны нэг туйлт дискний осциллятортой ямар ч төстэй биш боловч тэдгээр нь түүний цахилгаан соронзон зарчимд тулгуурладаг бөгөөд үүний дагуу дамжуулагч нь өөрчлөгдөж буй соронзон оронтой холбогдон түүний төгсгөлд потенциалын зөрүүг үүсгэдэг. 19-р зууны төгсгөлд трансформаторыг зохион бүтээсэн нь цахилгаан энергийг илүү өндөр хүчдэлтэй боловч бага гүйдэлд илүү үр ашигтайгаар дамжуулах боломжийг олгосон юм. Цахилгаан эрчим хүчийг үр ашигтай дамжуулна гэдэг нь эргээд төвлөрсөн цахилгаан станцуудад эрчим хүч үйлдвэрлэж, хэмнэлттэй үр шимийг хүртэж, улмаар харьцангуй хол зайд хэрэгцээтэй газарт нь дамжуулах боломжтой гэсэн үг юм.
Цахилгаан эрчим хүчийг улсын хэмжээнд хэрэгцээг хангахуйц хэмжээгээр хялбархан хуримтлуулж чадахгүй тул хэдийд ч одоогийн хэрэгцээний хэмжээгээр үйлдвэрлэх ёстой. Энэ нь аж ахуйн нэгжүүдэд өөрсдийн цахилгаан ачааллыг сайтар урьдчилан таамаглаж, эдгээр өгөгдлийг цахилгаан станцуудтай байнга уялдуулахыг үүрэг болгож байна. Цахилгаан эрчим хүчний эрэлт огцом нэмэгдсэн тохиолдолд цахилгаан эрчим хүчний сүлжээний хамгаалалтын сүлжээ болгон зарим үйлдвэрлэлийн хүчин чадлыг үргэлж нөөцөд байлгах хэрэгтэй.
Улс орон эдийн засгаа шинэчилж, хөгжүүлэхийн хэрээр цахилгаан эрчим хүчний эрэлт хэрэгцээ асар хурдацтай нэмэгдэж байна. 20-р зууны эхний гурван арван жилд АНУ-ын эрэлт 12 хувиар өссөн байна. Энэ өсөлтийн хурд нь Энэтхэг, Хятад зэрэг хөгжиж буй эдийн засагтай орнуудад ажиглагдаж байна. Түүхийн хувьд цахилгаан эрчим хүчний эрэлтийн өсөлтийн хурд нь бусад төрлийн эрчим хүчний эрэлтийн өсөлтийн хурдаас давж гарсан.
Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхтэй холбоотой байгаль орчны асуудал нь сэргээгдэх эх үүсвэр, ялангуяа салхи, усан цахилгаан станцаас цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд анхаарал хандуулахад хүргэсэн. Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх янз бүрийн хэрэгслийн байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийн талаар маргаан үргэлжилсээр байх боловч түүний эцсийн хэлбэр нь харьцангуй цэвэр юм.
Цахилгаан эрчим хүчийг ашиглах арга замууд
Цахилгаан дамжуулах нь эрчим хүч дамжуулах маш тохиромжтой арга бөгөөд үүнийг асар их, өсөн нэмэгдэж буй хэрэглээнд тохируулсан. 1870-аад онд практик улайсдаг гэрлийн чийдэнг зохион бүтээсэн нь гэрэлтүүлэг нь цахилгааны хамгийн түгээмэл хэрэглээний нэг болсон юм. Хэдийгээр цахилгаанжуулалт нь өөрийн гэсэн эрсдэлтэй байсан ч ил галын хийн гэрэлтүүлгийг солих нь байшин, үйлдвэр доторх галын аюулыг эрс багасгасан. Өсөн нэмэгдэж буй цахилгаан гэрэлтүүлгийн зах зээлийг хангахын тулд олон хотод нийтийн аж ахуйн нэгжүүд байгуулагдсан.
Жоуль халаах эсэргүүцэх нөлөө нь улайсдаг чийдэнгийн утаснуудад ашиглагддаг бөгөөд цахилгаан халаалтын системд илүү шууд хэрэглээг олж авдаг. Хэдийгээр халаалтын энэ аргыг олон талт, хянах боломжтой боловч цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх ихэнх аргууд нь цахилгаан станцад дулааны энерги үйлдвэрлэх шаардлагатай байдаг тул үүнийг үр ашиггүй гэж үзэж болно. Дани зэрэг хэд хэдэн улс шинэ барилгад эсэргүүцлийн цахилгаан халаалтыг ашиглахыг хязгаарласан эсвэл хориглосон хууль тогтоомж гаргасан. Гэсэн хэдий ч цахилгаан эрчим хүч нь халаалт, хөргөлтийн эрчим хүчний маш практик эх үүсвэр хэвээр байгаа бөгөөд агааржуулагч эсвэл дулааны насос нь халаах, хөргөх цахилгаан эрчим хүчний эрэлт хэрэгцээний салбарыг төлөөлдөг бөгөөд үүний үр дагаврыг нийтийн аж ахуйн нэгжүүд анхаарч үзэх шаардлагатай болж байна.
Цахилгаан эрчим хүчийг харилцаа холбоонд ашигладаг бөгөөд 1837 онд Кук, Уитстоун нар арилжааны хэлбэрээр үзүүлсэн цахилгаан телеграф нь цахилгаан харилцаа холбооны хамгийн анхны хэрэглээний нэг байв. 1860-аад онд анхны тив хоорондын, дараа нь Атлантын далайг дамнасан телеграфын системийг барьж байгуулснаар цахилгаан эрчим хүч нь бүх дэлхийтэй хэдхэн минутын дотор холбогдох боломжтой болсон. Шилэн кабель болон хиймэл дагуулын холбоо харилцаа холбооны зах зээлийн нэг хэсэг болсон ч цахилгаан эрчим хүч нь энэ үйл явцын чухал хэсэг хэвээр байх болно гэж найдаж болно.
Цахилгаан соронзон нөлөөний хамгийн тод хэрэглээ нь цахилгаан моторт тохиолддог бөгөөд энэ нь цэвэр бөгөөд үр дүнтэй эмчилгээхөдөлгөгч хүч. Хөдөлгөөнгүй мотор, жишээлбэл, эргүүлэг нь эрчим хүч өгөхөд хялбар байдаг, гэхдээ цахилгаан тээврийн хэрэгсэл гэх мэт хөдөлгөөнт хэрэглээний мотор нь батерей зэрэг тэжээлийн хангамжийг зөөх эсвэл гулсах контактаар гүйдэл цуглуулах шаардлагатай байдаг. пантограф.
Цахим төхөөрөмжүүд нь орчин үеийн бүх хэлхээний үндсэн блок болох 20-р зууны хамгийн чухал шинэ бүтээлүүдийн нэг болох транзисторыг ашигладаг. Орчин үеийн нэгдсэн хэлхээ нь хэдхэн квадрат см талбайд хэдэн тэрбум жижигрүүлсэн транзисторыг агуулж болно.
Мөн цахилгааныг нийтийн тээвэр, тэр дундаа цахилгаан автобус, галт тэрэгний түлшний эх үүсвэр болгон ашигладаг.
Амьд организмд цахилгаан гүйдэл үзүүлэх нөлөө
Хүний биед цахилгаан гүйдлийн нөлөө
Хүний биед хэрэглэсэн хүчдэл нь эд эсээр цахилгаан гүйдэл гүйлгэх ба энэ хамаарал шугаман бус хэдий ч илүү их хүчдэл өгөх тусам гүйдлийг өдөөдөг. Хүлээн авах босго нь тэжээлийн давтамж, гүйдлийн урсгалын байршлаас хамаарч өөр өөр байдаг бөгөөд энэ нь сүлжээний давтамжийн цахилгааны хувьд ойролцоогоор 0.1 мА-аас 1 мА байна, гэхдээ тодорхой дор цахилгаан чичиргээний нөлөөгөөр нэг микроампер хүртэлх гүйдлийг илрүүлж болно. нөхцөл. Хэрэв гүйдэл хангалттай их байвал булчингийн агшилт, зүрхний хэм алдагдах, эдийг шатаахад хүргэдэг. Дамжуулагч нь хүчдэлтэй байгаа гэсэн харагдахуйц шинж тэмдэг байхгүй байгаа нь цахилгааныг онцгой аюултай болгодог. Цахилгаан цочролоос үүдэлтэй өвдөлт нь хүчтэй байж болох тул цахилгааныг заримдаа эрүүдэн шүүх арга болгон ашиглахад хүргэдэг. Цахилгаанд цохиулж цаазаар авах ялыг цахилгаан сандал дээр гүйцэтгэх (цахилгаан цочрол) гэж нэрлэдэг. Сүүлийн үед хэрэглэх нь ховор болсон хэдий ч зарим улс оронд цахилгаанд цохиулах нь шүүхийн шийтгэлийн нэг хэлбэр хэвээр байна.
Байгаль дахь цахилгаан үзэгдлүүд
Цахилгаан бол хүний зохион бүтээсэн зүйл биш бөгөөд байгальд хэд хэдэн хэлбэрээр ажиглагдаж болох бөгөөд үүний тод илрэл нь аянга юм. Хүрэлцэх, үрэлт, химийн холбоо зэрэг макроскопийн түвшинд танил болсон олон харилцан үйлчлэл нь атомын түвшний цахилгаан орон хоорондын харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсдэг. Дэлхийн соронзон орон нь манай гаригийн цөм дэх эргэлтийн гүйдлийн байгалийн үүсэлтэй холбоотой гэж үздэг. Зарим талстууд, тухайлбал кварц, тэр ч байтугай элсэн чихэр нь гадны даралтад өртөх үед гадаргуу дээр боломжит ялгаа үүсгэх чадвартай байдаг. "Дарах" гэсэн утгатай грек хэлнээс piezoezein (πιέζειν) хэмээх пьезо цахилгаан гэж нэрлэгддэг энэхүү үзэгдлийг 1880 онд Пьер, Жак Кюри нар нээжээ. Энэ нөлөө буцаах боломжтой бөгөөд пьезоэлектрик материалыг цахилгаан талбарт үзүүлэхэд түүний физик хэмжээс бага зэрэг өөрчлөгддөг.
Зарим организмууд, тухайлбал акулууд нь цахилгаан талбайн өөрчлөлтийг илрүүлж, хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай бөгөөд үүнийг цахилгаан хүлээн авах чадвар гэж нэрлэдэг. Үүний зэрэгцээ цахилгаантөрөгч гэж нэрлэгддэг бусад организмууд өөрсдөө хүчдэл үүсгэж чаддаг бөгөөд энэ нь хамгаалалтын эсвэл махчин зэвсгийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Хамгийн алдартай нь цахилгаан могой загас болох hymniformes зэрэглэлийн загаснууд мутаци үүсгэсэн өндөр хүчдэлийн тусламжтайгаар олзоо илрүүлж, гайхшруулж чаддаг. булчингийн эсүүдцахилгаан эс (электроцит) гэж нэрлэдэг. Бүх амьтад үйл ажиллагааны потенциал гэж нэрлэгддэг хүчдэлийн импульсийн тусламжтайгаар эсийн мембранаар мэдээлэл дамжуулдаг бөгөөд тэдгээрийн үүрэг нь хангах явдал юм мэдрэлийн системнейрон ба булчингийн хоорондох холбоо. Цахилгаан цочрол нь энэ системийг өдөөж, булчингийн агшилтыг үүсгэдэг. Үйлдлийн боломжууд нь зарим ургамлын үйл ажиллагааг зохицуулах үүрэгтэй.
1850 онд Уильям Гладстон эрдэмтэн Майкл Фарадейгаас цахилгаан ямар үнэ цэнэтэй болохыг асуув. Фарадей "Нэг л өдөр эрхэм ээ, та түүнээс татвар авах боломжтой болно" гэж хариулав.
19, 20-р зууны эхэн үед цахилгаан эрчим хүчний нэг хэсэг биш байв Өдөр тутмын амьдралаж үйлдвэржсэн барууны ертөнцөд хүртэл олон хүн. Тухайн үеийн алдартай соёл нь түүнийг амьдыг алж, үхэгсдийг амилуулах эсвэл байгалийн хуулийг өөр аргаар өөрчилж чадах нууцлаг, бараг ид шидтэй хүч гэж дүрсэлсэн байдаг. Энэхүү үзэл бодол нь 1771 онд Галванигийн туршилтаар ноёрхож эхэлсэн бөгөөд амьтдын цахилгааныг ашиглах үед үхсэн мэлхийнүүдийн хөл татагддаг болохыг харуулсан. Галванигийн ажлын дараахан нас барсан эсвэл живсэн хүмүүсийг "сэргээх" буюу сэхээн амьдруулах тухай эмнэлгийн ном зохиолд мэдээлсэн. Эдгээр тайланг Мэри Шелли Франкенштейн (1819) зохиолыг бичих гэж байхдаа мэдсэн боловч тэр мангасыг амьдруулах ийм аргыг заагаагүй байна. Мангасуудыг цахилгаанаар сэргээх нь хожим аймшгийн киноны гол сэдэв болсон.
Цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэрийг олон нийтэд таниулах байдлаар амьдралын хүчАж үйлдвэрийн хоёр дахь хувьсгалын үеэр түүний эзэд цахилгаанчин гэх мэт эерэг талаас нь илүү олон удаа харуулсан бөгөөд тэдний тухай 1907 онд бичсэн Рудярд Киплингийн "Мартагийн хөвгүүд" шүлэгт "бээлийтэй үхэл хуруугаа утас нэхэж байна" гэж бичсэн байдаг. Төрөл бүрийн тээврийн хэрэгсэлЖюль Верн, Том Свифт нарын адал явдалт өгүүллэгт цахилгаан хөдөлгүүртэй. Томас Эдисон, Чарльз Стайнметц, Никола Тесла зэрэг эрдэмтэд, түүний дотор зохиомол ч бай, бодит ч бай цахилгааны мэргэжилтнүүдийг ид шидийн хүч чадалтай илбэчид гэж хүлээн зөвшөөрдөг байв.
20-р зууны хоёрдугаар хагаст цахилгаан нь шинэлэг зүйл байхаа больж, өдөр тутмын амьдралд зайлшгүй шаардлагатай болсон тул зөвхөн урсахаа болих үед л нийтийн соёлд онцгой анхаарал хандуулсан нь ихэвчлэн гамшгийн дохио болдог үйл явдал байв. Жимми Уэббийн Wichita Fixer (1968) киноны нэр нь үл мэдэгдэх баатар гэх мэт түүний бүтээлийг дэмжсэн хүмүүсийг баатарлаг, ид шидийн дүрээр танилцуулах нь ихэссэн.
