เมื่อใดที่กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นครั้งแรกในโลก ไฟฟ้าปรากฏขึ้นในโลกเมื่อใด: ใครเป็นคนคิดค้น? การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเหตุการณ์

หรือ ไฟฟ้าช็อตเรียกว่ากระแสของอนุภาคที่มีประจุซึ่งเคลื่อนที่ตามทิศทาง เช่น อิเล็กตรอน เรียกอีกอย่างว่าไฟฟ้าคือพลังงานที่ได้รับจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุและแสงที่ได้รับจากพลังงานนี้ คำว่า "ไฟฟ้า" ถูกนำมาใช้โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ วิลเลียม กิลเบิร์ตในปี 1600 ในบทความเรื่อง On the Magnet, Magnetic Bodies และ Great Magnet, the Earth

กิลเบิร์ตทำการทดลองกับอำพันซึ่งเป็นผลมาจากการเสียดสีกับผ้าสามารถดึงดูดวัตถุแสงอื่น ๆ นั่นคือมันได้รับประจุบางอย่าง และเนื่องจากอำพันถูกแปลจากภาษากรีกว่าเป็นอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์ที่นักวิทยาศาสตร์สังเกตได้จึงเรียกว่า "ไฟฟ้า"

ไฟฟ้า

ทฤษฎีเล็กๆ น้อยๆ เกี่ยวกับไฟฟ้า

ไฟฟ้าสามารถสร้างสนามไฟฟ้ารอบตัวนำของกระแสไฟฟ้าหรือวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าได้ ด้วยสนามไฟฟ้า เป็นไปได้ที่จะส่งอิทธิพลต่อวัตถุอื่นที่มีประจุไฟฟ้าfv

ประจุไฟฟ้าอย่างที่ทุกคนรู้กันนั้นแบ่งออกเป็นค่าบวกและค่าลบ ตัวเลือกนี้มีเงื่อนไข อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการทำประวัติศาสตร์มานานแล้ว ด้วยเหตุผลนี้เท่านั้นที่มีการกำหนดสัญญาณบางอย่างให้กับการเรียกเก็บเงินแต่ละครั้ง

ร่างกายที่ถูกตั้งข้อหาด้วยเครื่องหมายประเภทเดียวกันจะผลักกันและในทางกลับกันวัตถุที่มีประจุต่างกันจะดึงดูด

ในระหว่างการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุนั่นคือการมีอยู่ของไฟฟ้านอกเหนือจากสนามไฟฟ้าแล้วสนามแม่เหล็กก็เกิดขึ้นเช่นกัน สิ่งนี้ทำให้คุณสามารถตั้งค่า ความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้ากับแม่เหล็ก.

เป็นที่น่าสนใจว่ามีวัตถุที่นำกระแสไฟฟ้าหรือวัตถุที่มีความต้านทานสูงมาก ซึ่ง Stephen Gray นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษค้นพบสิ่งนี้ในปี 1729

การศึกษาไฟฟ้าโดยสมบูรณ์และโดยพื้นฐานที่สุดนั้นเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์เช่นอุณหพลศาสตร์ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและอนุภาคที่มีประจุได้รับการศึกษาโดยวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง - อุณหพลศาสตร์ควอนตัม อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ควอนตัมบางอย่างสามารถอธิบายได้ง่ายๆ ด้วยทฤษฎีควอนตัมธรรมดา

พื้นฐานของไฟฟ้า

ประวัติการค้นพบไฟฟ้า

อย่างแรกต้องบอกว่าไม่มีนักวิทยาศาสตร์คนดังกล่าวที่สามารถถือได้ว่าเป็นผู้ค้นพบไฟฟ้า เนื่องจากตั้งแต่สมัยโบราณจนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์หลายคนศึกษาคุณสมบัติของมันและเรียนรู้สิ่งใหม่เกี่ยวกับไฟฟ้า

• คนแรกที่สนใจเรื่องไฟฟ้าคือ Thales นักปรัชญาชาวกรีกโบราณ เขาค้นพบว่าอำพันซึ่งถูกับขนแกะ ได้คุณสมบัติในการดึงดูดวัตถุที่มีแสงอื่นๆ
• จากนั้นอริสโตเติลนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกโบราณอีกคนหนึ่งได้ศึกษาปลาไหลซึ่งโจมตีศัตรูอย่างที่เราทราบด้วยการปล่อยไฟฟ้า
• ในปี ค.ศ. 70 พลินี นักเขียนชาวโรมันได้ศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเรซิน
• อย่างไรก็ตามไม่มีความรู้เกี่ยวกับไฟฟ้ามาเป็นเวลานาน
• และเฉพาะในศตวรรษที่ 16 เท่านั้น วิลเลียม กิลเบิร์ต แพทย์ประจำราชสำนักของควีนอลิซาเบธที่ 1 แห่งอังกฤษ เริ่มศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าและได้ค้นพบสิ่งที่น่าสนใจมากมาย หลังจากนั้น "ความวิกลจริตทางไฟฟ้า" อย่างแท้จริงก็เริ่มขึ้น
• เฉพาะในปี ค.ศ. 1600 คำว่า "ไฟฟ้า" ปรากฏขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ William Gilbert
• ในปี ค.ศ. 1650 Otto von Guericke นายกเทศมนตรีเมือง Magdeburg ผู้คิดค้นเครื่องไฟฟ้าสถิตจึงเป็นไปได้ที่จะสังเกตผลของการขับไล่ร่างกายภายใต้อิทธิพลของไฟฟ้า
• ในปี ค.ศ. 1729 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ สตีเฟน เกรย์ ขณะทำการทดลองเกี่ยวกับการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะไกล พบว่าวัสดุบางชนิดไม่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ในลักษณะเดียวกัน
• ในปี ค.ศ. 1733 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Charles Dufay ได้ค้นพบไฟฟ้าสองประเภทซึ่งเขาเรียกว่าแก้วและเรซิน พวกเขาได้รับชื่อเหล่านี้เนื่องจากการตรวจพบโดยการใช้แก้วถูบนผ้าไหมและเรซินบนผ้าขนสัตว์
• ตัวเก็บประจุตัวแรก นั่นคือ ที่เก็บไฟฟ้า ถูกคิดค้นโดย Dutchman Pieter van Muschenbroek ในปี 1745 ตัวเก็บประจุนี้เรียกว่าโถเลย์เดน
• ในปี ค.ศ. 1747 American B. Franklin ได้สร้างทฤษฎีไฟฟ้าขึ้นเป็นครั้งแรกของโลก ตามที่แฟรงคลินกล่าว ไฟฟ้าเป็นของเหลวหรือของเหลวที่จับต้องไม่ได้ ผลงานด้านวิทยาศาสตร์อื่นๆ ของแฟรงคลินคือการที่เขาคิดค้นสายล่อฟ้าและพิสูจน์ให้เห็นว่าสายฟ้ามีแหล่งกำเนิดทางไฟฟ้า เขายังแนะนำแนวคิดเช่นประจุบวกและประจุลบ แต่ไม่พบประจุ การค้นพบนี้ทำโดยนักวิทยาศาสตร์ Simmer ซึ่งพิสูจน์การมีอยู่ของขั้วประจุ: บวกและลบ
• การศึกษาคุณสมบัติของไฟฟ้าส่งผ่านไปยังวิทยาศาสตร์ที่แน่นอน หลังจากในปี ค.ศ. 1785 คูลอมบ์ได้ค้นพบกฎที่ว่าด้วยแรงปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างประจุไฟฟ้าแบบจุด ซึ่งเรียกว่ากฎของคูลอมบ์
• จากนั้นในปี ค.ศ. 1791 นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Galvani ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับข้อเท็จจริงที่ว่าในกล้ามเนื้อของสัตว์เมื่อเคลื่อนที่จะมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น
• การประดิษฐ์แบตเตอรี่โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีอีกคนหนึ่ง - โวลต์ในปี ค.ศ. 1800 นำไปสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์ไฟฟ้าและนำไปสู่การค้นพบครั้งสำคัญในพื้นที่นี้
• ตามมาด้วยการค้นพบฟาราเดย์ แม็กซ์เวลล์ และแอมแปร์ ซึ่งเกิดขึ้นในเวลาเพียง 20 ปี
• ในปี 1874 วิศวกรชาวรัสเซีย A.N. Lodygin ได้รับสิทธิบัตรสำหรับหลอดไส้ที่มีแท่งคาร์บอนที่ประดิษฐ์ขึ้นในปี 1872 จากนั้นใช้แท่งทังสเตนในหลอดไฟ และในปี 1906 เขาขายสิทธิบัตรให้กับบริษัท Thomas Edison
• ในปี พ.ศ. 2431 เฮิรตซ์บันทึกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
• ในปี พ.ศ. 2422 โจเซฟ ทอมสันได้ค้นพบอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นพาหะของกระแสไฟฟ้า
• ในปี 1911 Georges Claude ชาวฝรั่งเศสได้ประดิษฐ์หลอดนีออนดวงแรกของโลก
• ศตวรรษที่ 20 ทำให้โลกมีทฤษฎีของควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์
• ในปี พ.ศ. 2510 ได้มีการนำขั้นตอนอื่นไปสู่การศึกษาคุณสมบัติของไฟฟ้า ปีนี้ได้มีการสร้างทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบไฟฟ้าอ่อนขึ้น

อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงการค้นพบที่สำคัญของนักวิทยาศาสตร์ และมีส่วนทำให้เกิดการใช้ไฟฟ้า แต่การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปจนถึงปัจจุบัน และทุกๆ ปีก็มีการค้นพบในด้านไฟฟ้า

ทุกคนมั่นใจว่าสิ่งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดในแง่ของการค้นพบที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าคือนิโคลา เทสลา ตัวเขาเองเกิดในจักรวรรดิออสเตรียตอนนี้เป็นดินแดนของโครเอเชีย ในกระเป๋าสัมภาระของเขาที่ประกอบด้วยสิ่งประดิษฐ์และงานทางวิทยาศาสตร์: กระแสสลับ ทฤษฎีสนาม อีเธอร์ วิทยุ เสียงสะท้อน และอีกมากมาย บางคนยอมรับความเป็นไปได้ที่ปรากฏการณ์ของอุกกาบาต Tunguska นั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าฝีมือของ Nikola Tesla นั่นคือการระเบิดของพลังมหาศาลในไซบีเรีย

ลอร์ดแห่งโลก - นิโคลา เทสลา

ในขณะที่เชื่อกันว่าไฟฟ้าไม่มีอยู่ในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม หลังจากที่บี. แฟรงคลินยอมรับว่าสายฟ้ามีแหล่งกำเนิดทางไฟฟ้า ความคิดเห็นนี้ก็ไม่มีอยู่

ความสำคัญของไฟฟ้าในธรรมชาติและในชีวิตมนุษย์นั้นค่อนข้างใหญ่ ท้ายที่สุด มันคือฟ้าแลบที่นำไปสู่การสังเคราะห์กรดอะมิโน และด้วยเหตุนี้ จึงเกิดสิ่งมีชีวิตบนโลก.

กระบวนการในระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์ เช่น การเคลื่อนไหวและการหายใจ เกิดขึ้นจากแรงกระตุ้นของเส้นประสาทที่เกิดขึ้นจากกระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต

ปลาบางชนิดใช้ไฟฟ้าหรือค่อนข้างปล่อยไฟฟ้าเพื่อป้องกันตัวเองจากศัตรู ค้นหาอาหารใต้น้ำแล้วเอาออกมา ปลาเหล่านี้ได้แก่: ปลาไหล ปลาแลมป์เพรย์ ปลากระเบนไฟฟ้า และแม้แต่ฉลามบางตัว ปลาเหล่านี้ทั้งหมดมีอวัยวะไฟฟ้าพิเศษที่ทำงานบนหลักการของตัวเก็บประจุ กล่าวคือ มันสะสมประจุไฟฟ้าขนาดใหญ่เพียงพอ แล้วปล่อยไปยังเหยื่อที่สัมผัสปลาดังกล่าว นอกจากนี้อวัยวะดังกล่าวยังทำงานที่ความถี่หลายร้อยเฮิรตซ์และมีแรงดันไฟฟ้าหลายโวลต์ ความแรงปัจจุบันของอวัยวะไฟฟ้าของปลาเปลี่ยนแปลงตามอายุ ยิ่งปลามีอายุมาก ความแรงของกระแสน้ำก็จะยิ่งมากขึ้น นอกจากนี้ ต้องขอบคุณกระแสไฟฟ้า ปลาที่อาศัยอยู่ในน้ำลึกมาก สนามไฟฟ้าบิดเบี้ยวโดยการกระทำของวัตถุในน้ำ และการบิดเบือนเหล่านี้ช่วยให้ปลานำทางได้

ประสบการณ์ที่ร้ายแรง ไฟฟ้า

รับไฟฟ้า

โรงไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นมาเพื่อผลิตไฟฟ้าโดยเฉพาะ โรงไฟฟ้าใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า จากนั้นจึงถ่ายโอนไปยังที่ที่ใช้ไฟฟ้าผ่านสายไฟ กระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลหรือพลังงานภายในเป็นพลังงานไฟฟ้า โรงไฟฟ้าแบ่งออกเป็น: โรงไฟฟ้าพลังน้ำหรือโรงไฟฟ้าพลังน้ำ, นิวเคลียร์ความร้อน, ลม, น้ำขึ้นน้ำลง, พลังงานแสงอาทิตย์และโรงไฟฟ้าอื่น ๆ

ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ กังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของการไหลของน้ำจะผลิตกระแสไฟฟ้า ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนหรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง CHPs กระแสไฟฟ้าก็ถูกสร้างขึ้นเช่นกัน แต่แทนที่จะเป็นน้ำจะใช้ไอน้ำซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการให้ความร้อนน้ำระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงเช่นถ่านหิน

หลักการทำงานที่คล้ายกันมากใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เฉพาะโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เท่านั้นที่ใช้เชื้อเพลิงประเภทต่างๆ - วัสดุกัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียมหรือพลูโทเนียม มีการแตกตัวของนิวเคลียสเนื่องจากมีการปล่อยความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก ซึ่งใช้ในการให้ความร้อนกับน้ำและเปลี่ยนเป็นไอน้ำ ซึ่งจะเข้าสู่กังหันที่ผลิตกระแสไฟฟ้า สถานีเหล่านี้ต้องการเชื้อเพลิงเพียงเล็กน้อยในการทำงาน ยูเรเนียม 10 กรัมจึงผลิตไฟฟ้าได้ในปริมาณเท่ากันกับรถยนต์ที่ใช้ถ่านหิน

การใช้ไฟฟ้า

ทุกวันนี้ชีวิตที่ปราศจากไฟฟ้ากลายเป็นไปไม่ได้ มันเข้ามาในชีวิตของผู้คนในศตวรรษที่ยี่สิบเอ็ดค่อนข้างหนาแน่น มักใช้ไฟฟ้าในการให้แสงสว่าง เช่น การใช้ไฟฟ้าหรือหลอดนีออน และสำหรับการส่งข้อมูลทุกประเภทโดยใช้โทรศัพท์ โทรทัศน์ และวิทยุ และในอดีตคือโทรเลข ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ยี่สิบ พื้นที่ใหม่ของการใช้ไฟฟ้าก็ปรากฏขึ้น: แหล่งพลังงานสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าของรถราง, รถไฟใต้ดิน, รถเข็นและรถไฟฟ้า ไฟฟ้าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องใช้ในครัวเรือนต่าง ๆ ซึ่งช่วยปรับปรุงชีวิตอย่างมาก ผู้ชายสมัยใหม่.

ปัจจุบันไฟฟ้ายังใช้ในการผลิตวัสดุที่มีคุณภาพและแปรรูป ด้วยความช่วยเหลือของกีตาร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า คุณสามารถสร้างเพลงได้ นอกจากนี้ ไฟฟ้ายังคงถูกใช้เป็นวิธีฆ่าอาชญากรอย่างมีมนุษยธรรม (เก้าอี้ไฟฟ้า) ในประเทศที่อนุญาตให้มีโทษประหารชีวิต

นอกจากนี้ เนื่องจากชีวิตของคนสมัยใหม่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีคอมพิวเตอร์และโทรศัพท์มือถือซึ่งต้องใช้ไฟฟ้าในการทำงาน ความสำคัญของไฟฟ้าจึงเป็นเรื่องยากที่จะประเมินค่าสูงไป

ไฟฟ้าในตำนานและศิลปะ

ในตำนานของเกือบทุกชนชาติมีเทพเจ้าที่สามารถขว้างสายฟ้าได้นั่นคือผู้ที่รู้วิธีใช้ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในหมู่ชาวกรีก ซุสเป็นเทพเจ้า ในหมู่ชาวฮินดู อักนี ผู้รู้วิธีเปลี่ยนเป็นสายฟ้า ในหมู่ชาวสลาฟ คนนั้นคือเปรุน และในหมู่ชาวสแกนดิเนเวียคือ ธอร์

การ์ตูนก็มีไฟฟ้า ดังนั้นในการ์ตูนดิสนีย์ Black Cape จึงมี Megavolt ต่อต้านฮีโร่ซึ่งสามารถสั่งไฟฟ้าได้ ในแอนิเมชั่นญี่ปุ่น Pokemon Pikachu มีไฟฟ้า

บทสรุป

การศึกษาคุณสมบัติของไฟฟ้าเริ่มขึ้นในสมัยโบราณและดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ เมื่อได้เรียนรู้คุณสมบัติพื้นฐานของไฟฟ้าและเรียนรู้วิธีใช้ไฟฟ้าอย่างถูกต้องแล้ว ผู้คนก็อำนวยความสะดวกในการใช้ชีวิตอย่างมาก ไฟฟ้ายังใช้ในโรงงาน โรงงาน เป็นต้น กล่าวคือ นำไปใช้ประโยชน์ด้านอื่นได้ ความสำคัญของไฟฟ้าทั้งในธรรมชาติและในชีวิตของคนสมัยใหม่นั้นยิ่งใหญ่มาก หากไม่มีปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเช่นฟ้าผ่า ชีวิตก็จะไม่เกิดขึ้นบนโลก และหากไม่มีแรงกระตุ้นของเส้นประสาทซึ่งเกิดขึ้นจากกระแสไฟฟ้าด้วย ย่อมเป็นไปไม่ได้ที่จะรับประกันการทำงานร่วมกันระหว่างทุกส่วนของสิ่งมีชีวิต

ผู้คนรู้สึกซาบซึ้งต่อกระแสไฟฟ้ามาโดยตลอด แม้ว่าพวกเขาจะไม่รู้ถึงการมีอยู่ของมันก็ตาม พวกเขามอบพลังให้เทพเจ้าหลักของพวกเขาด้วยความสามารถในการขว้างสายฟ้า

คนสมัยใหม่ยังไม่ลืมเรื่องไฟฟ้า แต่เป็นไปได้ไหมที่จะลืมเรื่องนี้? เขามอบความสามารถด้านไฟฟ้าให้กับตัวการ์ตูนและภาพยนตร์ สร้างโรงไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และอีกมากมาย

ดังนั้น ไฟฟ้าจึงเป็นของขวัญที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่ธรรมชาติมอบให้เรา และเราโชคดีที่ได้เรียนรู้ที่จะใช้

ไม่กี่คนที่คิดเกี่ยวกับเวลาที่ไฟฟ้าปรากฏขึ้น และประวัติของมันค่อนข้างน่าสนใจ ไฟฟ้าทำให้ชีวิตสบายขึ้น ต้องขอบคุณเขา โทรทัศน์ อินเทอร์เน็ต และอื่นๆ อีกมากมายจึงพร้อมใช้งาน และชีวิตสมัยใหม่ที่ปราศจากไฟฟ้าก็เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการ มันเร่งการพัฒนาของมนุษยชาติอย่างมาก

ประวัติไฟฟ้า

หากคุณเริ่มเข้าใจเมื่อกระแสไฟฟ้าปรากฏขึ้นคุณต้องจำปราชญ์ชาวกรีก Thales เขาเป็นคนแรกที่ดึงความสนใจไปที่ปรากฏการณ์นี้ใน 700 ปีก่อนคริสตกาล อี Falles ค้นพบว่าเมื่อสีอำพันถูกับขนแกะ หินจะเริ่มดึงดูดวัตถุที่เบาเข้าหาตัวมันเอง

ไฟฟ้าเปิดตัวปีไหน? หลังจากปราชญ์ชาวกรีกไม่มีใครตรวจสอบปรากฏการณ์นี้เป็นเวลานาน และความรู้ในด้านนี้ไม่ได้เพิ่มขึ้นจนถึงปี 1600 ในปีนี้ วิลเลียม กิลเบิร์ตได้บัญญัติศัพท์คำว่า "ไฟฟ้า" โดยการตรวจสอบแม่เหล็กและคุณสมบัติของแม่เหล็ก ตั้งแต่นั้นมา นักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มศึกษาปรากฏการณ์นี้อย่างเข้มข้น

การค้นพบครั้งแรก

ไฟฟ้าปรากฏขึ้นเมื่อใดที่ใช้ในการแก้ปัญหาทางเทคนิค? ในปี ค.ศ. 1663 เครื่องจักรไฟฟ้าเครื่องแรกถูกสร้างขึ้น ซึ่งทำให้สามารถสังเกตผลของแรงผลักและแรงดึงดูดได้ ในปี ค.ศ. 1729 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ สตีเฟน เกรย์ ได้ทำการทดลองครั้งแรกเมื่อมีการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะไกล สี่ปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส C. Dufay ค้นพบว่ากระแสไฟฟ้ามีประจุ 2 แบบคือเรซินและแก้ว ในปี ค.ศ. 1745 ตัวเก็บประจุไฟฟ้าตัวแรกปรากฏขึ้น - ธนาคารไลเดน

ในปี ค.ศ. 1747 เบนจามิน แฟรงคลิน ได้สร้างทฤษฎีแรกขึ้นเพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ ไฟฟ้าปรากฏในปี พ.ศ. 2328 และได้รับการศึกษามาเป็นเวลานานโดยกัลวานีและโวลต์ บทความเขียนเกี่ยวกับการกระทำของปรากฏการณ์นี้ระหว่างการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อและมีการประดิษฐ์วัตถุกัลวานิก และนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย V. Petrov ก็เป็นผู้ค้นพบ

แสงสว่าง

ไฟฟ้าปรากฏในบ้านและอพาร์ตเมนต์เมื่อใด สำหรับหลายๆ คน ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการจัดแสงเป็นหลัก ดังนั้นจึงควรพิจารณาเมื่อมีการประดิษฐ์หลอดไฟดวงแรก เรื่องนี้เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2352 ชาวอังกฤษเดลารูกลายเป็นนักประดิษฐ์ ต่อมาไม่นาน หลอดไฟรูปเกลียวก็ปรากฏขึ้น ซึ่งเต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อย พวกเขาเริ่มผลิตในปี 2452

การกำเนิดของไฟฟ้าในรัสเซีย

ไม่นานหลังจากการแนะนำของคำว่า "ไฟฟ้า" ปรากฏการณ์นี้เริ่มมีการตรวจสอบในหลายประเทศ จุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงถือได้ว่าเป็นลักษณะของแสง ไฟฟ้าปรากฏในรัสเซียในปีใด ตามวันที่นี้ - พ.ศ. 2422 ตอนนั้นเองที่การใช้พลังงานไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือของโคมไฟได้ดำเนินการครั้งแรกในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

แต่หนึ่งปีก่อนหน้านี้ใน Kyiv มีการติดตั้งไฟไฟฟ้าในโรงงานรถไฟแห่งหนึ่ง ดังนั้นวันที่ของการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าในรัสเซียจึงเป็นประเด็นที่ถกเถียงกันอยู่บ้าง แต่เนื่องจากงานนี้ถูกละเลยโดยไม่สนใจแสงไฟของสะพาน Liteiny จึงถือเป็นวันที่เป็นทางการ

แต่มีอีกรุ่นหนึ่งเมื่อไฟฟ้าปรากฏในรัสเซีย จากมุมมองทางกฎหมาย วันที่ 30 มกราคม พ.ศ. 2423 ในวันนี้ แผนกไฟฟ้าแห่งแรกปรากฏใน Russian Technical Society หน้าที่ของเขาถูกตั้งข้อหาดูแลการนำไฟฟ้าเข้ามาใช้ในชีวิตประจำวัน ในปี พ.ศ. 2424 Tsarskoye Selo กลายเป็นเมืองแรกของยุโรปที่มีแสงสว่างเพียงพอ

วันสำคัญอีกวันคือ 15 พฤษภาคม พ.ศ. 2426 ในวันนี้ เครมลินได้รับแสงสว่างเป็นครั้งแรก เหตุการณ์ถูกกำหนดเวลาให้ตรงกับการขึ้นครองบัลลังก์รัสเซียของอเล็กซานเดอร์ที่สาม ช่างไฟฟ้าติดตั้งโรงไฟฟ้าขนาดเล็กเพื่อให้แสงสว่างแก่เครมลิน หลังจากเหตุการณ์นี้ แสงไฟก็ปรากฏตัวครั้งแรกที่ถนนสายหลักของเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก และจากนั้นในพระราชวังฤดูหนาว

ในฤดูร้อนปี พ.ศ. 2429 "สมาคมแสงสว่างไฟฟ้า" ก่อตั้งขึ้นโดยพระราชกฤษฎีกาของจักรพรรดิ มันมีส่วนร่วมในการผลิตกระแสไฟฟ้าของทั้งเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กและมอสโก และในปี พ.ศ. 2431 ได้มีการสร้างโรงไฟฟ้าแห่งแรกในเมืองใหญ่ๆ ในฤดูร้อนปี 2435 มีการเปิดตัวรถรางไฟฟ้าในรัสเซีย และในปี พ.ศ. 2438 มันถูกสร้างขึ้นในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กบนแม่น้ำ บิ๊กโอตะ.

และในมอสโก โรงไฟฟ้าแห่งแรกปรากฏขึ้นในปี พ.ศ. 2440 สร้างขึ้นบนเขื่อน Raushskaya โรงไฟฟ้าผลิตไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส และทำให้สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ในระยะทางไกลโดยไม่สูญเสียพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ เมืองอื่นๆ เริ่มสร้างในเช้าตรู่ของศตวรรษที่ 20 ก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง

เป็นเรื่องยากสำหรับคนทันสมัยที่จะจินตนาการถึงชีวิตที่ปราศจากไฟฟ้า มันเข้ามาในชีวิตเราอย่างแน่นหนา และเราคิดเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับเวลาที่มันปรากฏขึ้น แต่ต้องขอบคุณไฟฟ้าที่วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทุกด้านเริ่มพัฒนาอย่างเข้มข้นมากขึ้น ใครเป็นผู้คิดค้นไฟฟ้าเมื่อปรากฏตัวครั้งแรกในโลก?

ประวัติการเกิด

แม้กระทั่งก่อนยุคของเรา ปราชญ์กรีก Thalesสังเกตว่าหลังจากถูขนสีเหลืองอำพันแล้ว วัตถุชิ้นเล็กๆ จะถูกดึงดูดไปที่หิน จากนั้นไม่มีใครมีส่วนร่วมในการศึกษาปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นเวลานาน ในศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ William Gilberg ได้ศึกษาเกี่ยวกับแม่เหล็กและคุณสมบัติของแม่เหล็ก ได้แนะนำคำว่า "ไฟฟ้า" ใหม่ นักวิทยาศาสตร์เริ่มแสดงความสนใจและมีส่วนร่วมในการวิจัยในด้านนี้มากขึ้น

กิลเบิร์กสามารถคิดค้นต้นแบบของอิเล็กโทรสโคปตัวแรกเรียกว่า versor ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์นี้ เขาได้พิสูจน์ว่านอกจากอำพันและหินอื่นๆ แล้ว วัตถุขนาดเล็กสามารถดึงดูดตัวเองได้ . หินรวมถึง:

ต้องขอบคุณอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำการทดลองหลายครั้งและสรุปได้ เขาตระหนักว่าเปลวไฟมีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าของร่างกายหลังจากการเสียดสี นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่า ฟ้าร้องและฟ้าผ่า- ปรากฏการณ์ของธรรมชาติทางไฟฟ้า

การค้นพบที่ยิ่งใหญ่

การทดลองครั้งแรกเกี่ยวกับการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางสั้น ๆ ได้ดำเนินการในปี ค.ศ. 1729 นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าไม่ใช่ทุกร่างที่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ ไม่กี่ปีหลังจากการทดสอบหลายครั้ง Charles Dufay ชาวฝรั่งเศสกล่าวว่าประจุไฟฟ้ามีสองประเภท − แก้วและเรซิน. ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้สำหรับการเสียดสี

จากนั้น นักวิทยาศาสตร์จากประเทศต่างๆ ได้สร้างตัวเก็บประจุและเซลล์กัลวานิก อิเล็กโทรสโคปเครื่องแรก และการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจเพื่อการแพทย์ หลอดไส้หลอดแรกปรากฏขึ้นในปี พ.ศ. 2352 ซึ่งสร้างโดยชาวอังกฤษเดลารู 100 ปีต่อมา Earnwing Langmuir ได้พัฒนาหลอดไฟที่มีไส้หลอดทังสเตนที่เต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อย

มีการค้นพบที่สำคัญมากมายในศตวรรษที่ 19, ขอบคุณไฟฟ้าที่ปรากฎในโลก

พวกเขาศึกษาคุณสมบัติของไฟฟ้าและหลายคนตั้งชื่อตามพวกเขา ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ได้ค้นพบเกี่ยวกับการมีอยู่ของคลื่นไฟฟ้า พวกเขาจัดการเพื่อสร้างหลอดไส้และส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกล นับจากนั้นเป็นต้นมา กระแสไฟฟ้าจะค่อยๆ กระจายไปทั่วโลกอย่างช้าๆ แต่แน่นอน

ไฟฟ้าปรากฏในรัสเซียเมื่อใด

ถ้าเราพูดถึงการใช้พลังงานไฟฟ้าในอาณาเขต จักรวรรดิรัสเซียแล้วในคำถามนี้ ไม่ระบุวันที่. ทุกคนรู้ว่าในปี พ.ศ. 2422 ที่เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กพวกเขาให้แสงสว่างทั่วสะพานไลท์ทีนี่ มันถูกจุดด้วยโคมไฟ อย่างไรก็ตาม ใน Kyiv มีการติดตั้งไฟไฟฟ้าในโรงงานรถไฟแห่งใดแห่งหนึ่งเมื่อปีก่อน เหตุการณ์นี้ไม่ได้รับความสนใจ ดังนั้น พ.ศ. 2422 ถือเป็นวันที่เป็นทางการสำหรับการปรากฏตัวของไฟไฟฟ้าในจักรวรรดิรัสเซีย

แผนกไฟฟ้าแห่งแรกปรากฏในรัสเซียเมื่อวันที่ 30 มกราคม พ.ศ. 2423 ในสมาคมเทคนิคแห่งรัสเซีย แผนกมีหน้าที่ดูแลการนำไฟฟ้าเข้ามาใช้ในชีวิตประจำวันของรัฐ ในปี 1881 Tsarskoye Selo ก็สว่างไสวอย่างเต็มที่ ท้องที่และกลายเป็นเมืองสมัยใหม่และเมืองยุโรปแห่งแรก

15 พฤษภาคม พ.ศ. 2426ถือเป็นวันสำคัญของประเทศอีกด้วย นี่เป็นเพราะการส่องสว่างของเครมลิน ในเวลานี้ จักรพรรดิอเล็กซานเดอร์ที่ 3 เสด็จขึ้นสู่บัลลังก์ และการส่องสว่างก็ถูกกำหนดเวลาให้ตรงกับเหตุการณ์สำคัญเช่นนี้ เกือบจะในทันทีหลังจากเหตุการณ์ประวัติศาสตร์นี้ แสงไฟเริ่มแรกบนถนนสายหลัก จากนั้นจึงไปที่พระราชวังฤดูหนาวแห่งเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

ตามพระราชกฤษฎีกาของจักรพรรดิในปี พ.ศ. 2429 ได้มีการก่อตั้ง "สมาคมแสงสว่างไฟฟ้า" หน้าที่ของเขารวมถึงการจุดไฟให้กับสองเมืองหลัก - มอสโกและเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก สองปีต่อมาการก่อสร้างโรงไฟฟ้าเริ่มขึ้นทั้งหมด เมืองใหญ่. รถรางไฟฟ้าแห่งแรกในรัสเซียเปิดตัวในปี พ.ศ. 2435 ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กหลังจาก 4 ปี สถานีไฟฟ้าพลังน้ำแห่งแรกถูกเปิดใช้งาน มันถูกสร้างขึ้นบนแม่น้ำ Bolshaya Okhta

เหตุการณ์สำคัญคือการปรากฏตัวของโรงไฟฟ้าแห่งแรกในมอสโกในปี พ.ศ. 2440 มันถูกสร้างขึ้นบนเขื่อน Raushskaya ด้วยความสามารถในการสร้าง กระแสสลับสามเฟส. เธอทำให้สามารถส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกลและใช้งานได้โดยไม่สูญเสียพลังงาน การก่อสร้างโรงไฟฟ้าในเมืองอื่นของรัสเซียเริ่มพัฒนาก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเท่านั้น

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาของกระแสไฟฟ้าในรัสเซีย

หากคุณศึกษาข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าของรัฐรัสเซียอย่างละเอียดถี่ถ้วน คุณจะพบข้อมูลที่น่าสนใจมากมาย

หลอดไส้หลอดแรกที่มีแท่งคาร์บอนถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี พ.ศ. 2417 โดย A.N. Lodygin อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการจดสิทธิบัตรโดยประเทศในยุโรปที่ใหญ่ที่สุด หลังจากนั้นไม่นาน T. Edison ก็ได้รับการปรับปรุงและหลอดไฟก็เริ่มถูกใช้ไปทั่วโลก

วิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซีย P.N. ยาโบลชคอฟในปี พ.ศ. 2419 เขาได้ทำการพัฒนาเทียนไฟฟ้าเสร็จ มันง่ายกว่า ถูกกว่า และสะดวกกว่าหลอดไฟที่ใช้งานของ Lodygin

ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของสมาคมเทคนิคแห่งรัสเซีย แผนกช่างไฟฟ้าพิเศษได้ถูกสร้างขึ้น ประกอบด้วย ภ.ง.ด. Yablochkov, A.N. Lodygin, V.N. Chikolev และนักฟิสิกส์และวิศวกรไฟฟ้าอื่น ๆ งานหลักของแผนกคือการส่งเสริมการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าในรัสเซีย

. (ประวัติการค้นพบปรากฏการณ์)

ก่อน 1600ความรู้ของชาวยุโรปเกี่ยวกับไฟฟ้ายังคงอยู่ที่ระดับของชาวกรีกโบราณซึ่งซ้ำเติมประวัติศาสตร์ของการพัฒนาทฤษฎีของเครื่องยนต์ไอพ่นไอน้ำ ("Eleopile" โดย A. Heron)

ผู้ก่อตั้งวิทยาศาสตร์ไฟฟ้าในยุโรปสำเร็จการศึกษาจากเคมบริดจ์และอ็อกซ์ฟอร์ด นักฟิสิกส์และแพทย์ในราชสำนักชาวอังกฤษของควีนอลิซาเบธ — วิลเลียม กิลเบิร์ต(1544-1603). ด้วยความช่วยเหลือของ "versor" ของเขา (อิเล็กโทรสโคปตัวแรก) W. Gilbert แสดงให้เห็นว่าไม่เพียง แต่อำพันถู แต่ยังรวมถึงเพชร, ไพลิน, คาร์บอรันดัม, โอปอล, อเมทิสต์, หินคริสตัล, แก้ว, หินดินดาน ฯลฯ มีความสามารถในการดึงดูด วัตถุเบา (หลอด) ซึ่งเขาเรียกว่า "ไฟฟ้า"แร่ธาตุ

นอกจากนี้ ฮิลเบิร์ตสังเกตเห็นว่าเปลวไฟ "ทำลาย" คุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัตถุที่ได้มาจากการเสียดสี และเป็นครั้งแรกที่ตรวจสอบปรากฏการณ์แม่เหล็ก พิสูจน์ได้ว่า:

แม่เหล็กมักจะมีสองขั้ว - เหนือและใต้
- ขั้วที่มีชื่อเดียวกันจะขับไล่และขั้วตรงข้ามดึงดูด
- เมื่อเห็นแม่เหล็กคุณไม่สามารถรับแม่เหล็กด้วยขั้วเดียว
- วัตถุที่เป็นเหล็กภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็กจะได้สมบัติทางแม่เหล็ก (การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก)
- เพิ่มพลังแม่เหล็กธรรมชาติด้วยข้อต่อเหล็ก

จากการศึกษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของลูกบอลแม่เหล็กโดยใช้เข็มแม่เหล็ก กิลเบิร์ตได้ข้อสรุปว่าสอดคล้องกับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของโลก และโลกเป็นแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุด ซึ่งอธิบายความเอียงคงที่ของเข็มแม่เหล็ก

1650: อ็อตโต ฟอน เกริกเก(1602-1686) สร้างเครื่องจักรไฟฟ้าเครื่องแรกที่ดึงประกายไฟที่สำคัญจากลูกบอลถูที่หล่อจากกำมะถัน ซึ่งการฉีดเข้าไปนั้นอาจทำให้เจ็บปวดได้ อย่างไรก็ตาม ความลึกลับของคุณสมบัติ "ของเหลวไฟฟ้า"เนื่องจากปรากฏการณ์นี้ถูกเรียกในขณะนั้น ไม่ได้รับคำอธิบายใด ๆ ในขณะนั้น

1733: นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส, สมาชิกของ Paris Academy of Sciences , Charles Francois Dufay (Dufay, Du Fay, 1698-1739) ค้นพบการมีอยู่ของไฟฟ้าสองประเภทซึ่งเขาเรียกว่า "แก้ว" และ "เรซิ่น" ครั้งแรกเกิดขึ้นกับแก้ว หินคริสตัล อัญมณี ขนสัตว์ ผม ฯลฯ ; ที่สอง - บนอำพัน, ผ้าไหม, กระดาษ ฯลฯ

หลังจากการทดลองหลายครั้ง C. Dufay ได้กระตุ้นร่างกายมนุษย์และ "ได้รับ" ประกายไฟจากร่างกายเป็นครั้งแรก ความสนใจทางวิทยาศาสตร์ของเขารวมถึงสนามแม่เหล็ก การเรืองแสงและการหักเหของแสงสองเท่าในผลึก ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างเลเซอร์ออปติคัล ในการตรวจจับการวัดค่าไฟฟ้า ฉันใช้เวอร์ชัน Gilbert ซึ่งทำให้มีความละเอียดอ่อนมากขึ้น เขาเป็นคนแรกที่แสดงความคิดเกี่ยวกับธรรมชาติทางไฟฟ้าของฟ้าผ่าและฟ้าร้อง

1745:จบการศึกษาจากนักฟิสิกส์มหาวิทยาลัยไลเดน (ฮอลแลนด์) Peter van Mushenbroek(Musschenbroek Pieter van, 1692-1761) ได้ประดิษฐ์แหล่งกำเนิดไฟฟ้าอิสระแห่งแรก - โถ Leiden และทำการทดลองหลายครั้งกับมัน ในระหว่างนั้นเขาได้สร้างความสัมพันธ์ของการปลดปล่อยไฟฟ้าโดยมีผลทางสรีรวิทยาต่อสิ่งมีชีวิต

โถของไลเดนเป็นภาชนะแก้ว ผนังที่ติดด้วยฟอยล์ตะกั่วที่ด้านนอกและด้านใน และเป็นตัวเก็บประจุไฟฟ้าตัวแรก หากเพลตของอุปกรณ์ที่ชาร์จจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิตโดย O. von Guericke เชื่อมต่อด้วยลวดเส้นเล็ก มันก็จะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและบางครั้งละลาย ซึ่งบ่งชี้ว่ามีแหล่งพลังงานในธนาคารที่สามารถขนส่งได้ไกลจาก สถานที่ชาร์จ

1747:สมาชิกของ Paris Academy of Sciences นักฟิสิกส์ทดลองชาวฝรั่งเศส ฌอง อองตวน โนลเล็ต(1700-1770) คิดค้น เครื่องมือแรกในการประเมินศักย์ไฟฟ้า - อิเล็กโทรสโคปการลงทะเบียนข้อเท็จจริงของ "การระบาย" ไฟฟ้าที่เร็วขึ้นจากวัตถุมีคมและเป็นครั้งแรกที่ก่อให้เกิดทฤษฎีเกี่ยวกับผลกระทบของไฟฟ้าต่อสิ่งมีชีวิตและพืช

1747–1753:รัฐบุรุษ นักวิทยาศาสตร์ และนักการศึกษาชาวอเมริกัน เบนจามิน (เบนจามิน) แฟรงคลิน(Franklin, 1706-1790) ตีพิมพ์บทความชุดหนึ่งเกี่ยวกับฟิสิกส์ของไฟฟ้าซึ่ง:
- แนะนำการกำหนดสถานะที่มีประจุไฟฟ้าที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปในปัจจุบัน «+» และ «–» ;
- อธิบายหลักการทำงานของโถเลย์เดนโดยระบุว่าบทบาทหลักในนั้นเล่นโดยอิเล็กทริกที่แยกแผ่นนำไฟฟ้า
- สร้างเอกลักษณ์ของไฟฟ้าที่สร้างบรรยากาศและแรงเสียดทาน และพิสูจน์ลักษณะทางไฟฟ้าของฟ้าผ่า
- กำหนดว่าจุดโลหะที่เชื่อมต่อกับพื้นจะขจัดประจุไฟฟ้าออกจากวัตถุที่มีประจุแม้จะไม่ได้สัมผัสกับพวกมันและเสนอสายล่อฟ้า
- นำเสนอแนวคิดของมอเตอร์ไฟฟ้าและแสดง "ล้อไฟฟ้า" ที่หมุนภายใต้อิทธิพลของแรงไฟฟ้าสถิต
- ครั้งแรกใช้ประกายไฟเพื่อระเบิดดินปืน

1759:ในรัสเซีย นักฟิสิกส์ Franz Ulrich Theodor Aepinus(Aepinus, 1724-1802) เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของการเชื่อมต่อระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นครั้งแรก

1761:ช่างกล นักฟิสิกส์ และนักดาราศาสตร์ชาวสวิส ลีโอนาร์ด ออยเลอร์(L. Euler, 1707-1783) อธิบายเครื่องจักรไฟฟ้าสถิตแบบใหม่ที่ประกอบด้วยจานหมุนของวัสดุฉนวนที่มีแผ่นหนังติดกาวเรดิเอทีฟ ในการขจัดประจุไฟฟ้า จำเป็นต้องนำหน้าสัมผัสไหมมาที่ดิสก์ ติดกับแท่งทองแดงที่มีปลายเป็นทรงกลม การนำทรงกลมเข้ามาใกล้กันมากขึ้น เป็นไปได้ที่จะสังเกตกระบวนการสลายทางไฟฟ้าของบรรยากาศ (ฟ้าผ่าเทียม)

1785-1789:นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Charles Augustin Coulomb(S. Coulomb, 1736-1806) จัดพิมพ์งานเจ็ดชิ้น ซึ่งเขาอธิบายกฎปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าและขั้วแม่เหล็ก (กฎของคูลอมบ์) นำเสนอแนวคิดของโมเมนต์แม่เหล็กและโพลาไรเซชันของประจุ และพิสูจน์ว่าประจุไฟฟ้ามักจะอยู่บนพื้นผิวตัวนำเสมอ

1791:บทความตีพิมพ์ในอิตาลี ลุยจิ กัลวานี(L. Galvani, 1737-1798), "De Viribus Electricitatis In Motu Musculari Commentarius" ("บทความเกี่ยวกับพลังไฟฟ้าในการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ") ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่า ไฟฟ้าผลิตโดยสิ่งมีชีวิตและแสดงออกได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อสัมผัสตัวนำที่ไม่เหมือนกัน ปัจจุบันผลกระทบนี้อยู่ภายใต้หลักการทำงานของเครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ

พ.ศ. 2338:ศาสตราจารย์ชาวอิตาลี Alexander Volta(Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827) สำรวจปรากฏการณ์ สัมผัสความต่างศักย์ของโลหะต่างๆและการใช้อิเล็กโทรมิเตอร์ของการออกแบบของเขาเองทำให้สามารถประมาณปรากฏการณ์นี้ได้เป็นตัวเลข A. Volta อธิบายผลการทดลองครั้งแรกเมื่อวันที่ 1 สิงหาคม พ.ศ. 2329 ในจดหมายถึงเพื่อนของเขา ในปัจจุบัน ผลกระทบของความต่างศักย์สัมผัสถูกนำมาใช้ในเทอร์โมคัปเปิลและระบบป้องกันขั้วบวก (ไฟฟ้าเคมี) ของโครงสร้างโลหะ

1799:.ก. โวลตาเป็นผู้ประดิษฐ์แหล่งกำเนิด การชุบด้วยไฟฟ้า(กระแสไฟฟ้า - เสาไฟฟ้า. คอลัมน์โวลต์แรกประกอบด้วยวงกลมทองแดงและสังกะสี 20 คู่ คั่นด้วยผ้าชุบน้ำเกลือ และอาจสร้างแรงดันไฟฟ้า 40-50 V และกระแสสูงถึง 1 A

ในปี 1800ในการทำธุรกรรมทางปรัชญาของราชสมาคม, ปีที่. 90" ภายใต้ชื่อ "ในไฟฟ้าที่ตื่นเต้นโดยการสัมผัสเพียงสารตัวนำของชนิดต่างๆ" ("ไฟฟ้าที่ได้รับจากการสัมผัสกับสารต่างๆ อย่างง่าย") อุปกรณ์ที่เรียกว่า "เครื่องมือไฟฟ้า" ถูกอธิบายไว้ A. โวลตาเชื่อว่าบนพื้นฐานของหลักการทำงานของแหล่งกำเนิดปัจจุบันคือความต่างศักย์การติดต่อและหลายปีต่อมาพบว่าสาเหตุของแรงเคลื่อนไฟฟ้า ในเซลล์กัลวานิกเป็นปฏิกิริยาทางเคมีของโลหะกับของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า - อิเล็กโทรไลต์ ในฤดูใบไม้ร่วงปี 1801 แบตเตอรี่กัลวานิกชุดแรกถูกสร้างขึ้นในรัสเซีย ซึ่งประกอบด้วยดิสก์เงินและสังกะสี 150 แผ่น หนึ่งปีต่อมา ในฤดูใบไม้ร่วงปี 1802 แบตเตอรี่ทำจากแผ่นทองแดงและสังกะสี 4200 แผ่น ซึ่งให้แรงดันไฟฟ้า 1,500 โวลต์

1820:นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Hans Christian Oersted(Ersted, 1777-1851) ในระหว่างการทดลองเกี่ยวกับการโก่งตัวของเข็มแม่เหล็กภายใต้การกระทำของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก รายงานเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ซึ่งตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2363 ได้กระตุ้นการวิจัยในด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่การก่อตัวของรากฐานของวิศวกรรมไฟฟ้าสมัยใหม่

ผู้ติดตามคนแรกของ H. Oersted คือนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส อังเดร มารี แอมแปร์(พ.ศ. 2318-2579) ซึ่งในปีเดียวกันนั้นได้กำหนดกฎสำหรับกำหนดทิศทางการกระทําของกระแสไฟฟ้าบนเข็มแม่เหล็กซึ่งเขาเรียกว่า "กฎของนักว่ายน้ำ" (กฎของแอมแปร์หรือมือขวา) หลังจากนั้นกฎของ กำหนดปฏิสัมพันธ์ของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก (1820) ซึ่งมีการกำหนดแนวคิดในการใช้ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับการส่งสัญญาณไฟฟ้าระยะไกลขึ้นเป็นครั้งแรก

ในปี ค.ศ. 1822 A. Ampère ได้สร้างเครื่องขยายสัญญาณสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องแรก- ขดลวดหลายรอบที่ทำจากลวดทองแดงซึ่งมีแกนเหล็กอ่อน (โซลินอยด์) วางอยู่ซึ่งกลายเป็นพื้นฐานทางเทคโนโลยีสำหรับสิ่งที่เขาคิดค้น พ.ศ. 2372โทรเลขแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเปิดยุคของโทรคมนาคมสมัยใหม่

821: นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday(M. Faraday, 1791-1867) ได้คุ้นเคยกับงานของ H. Oersted เกี่ยวกับการโก่งตัวของเข็มแม่เหล็กใกล้กับตัวนำกระแสไฟฟ้า (1820) และหลังจากศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กแล้วพบว่า แม่เหล็กหมุนรอบตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าและตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าหมุนรอบแม่เหล็ก

ในอีก 10 ปีข้างหน้า M. Faraday พยายาม "เปลี่ยนแม่เหล็กให้เป็นไฟฟ้า" ซึ่งส่งผลให้ การค้นพบในปี พ.ศ. 2374 ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของรากฐานของทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและการเกิดขึ้นของอุตสาหกรรมใหม่ - วิศวกรรมไฟฟ้า ในปี ค.ศ. 1832 M. Faraday ได้ตีพิมพ์ผลงานที่นำเสนอแนวคิดว่าการแพร่กระจายของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระบวนการของคลื่นที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศด้วยความเร็ว จำกัด ซึ่งกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการเกิดขึ้นของสาขาความรู้ใหม่ - วิทยุ วิศวกรรม.

ในความพยายามที่จะสร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่าง หลากหลายชนิดไฟฟ้า เอ็ม. ฟาราเดย์เริ่มวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลซิสและในปี พ.ศ. 2376-2477 กำหนดกฎหมายของมัน ในปี ค.ศ. 1845 ขณะศึกษาสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุต่างๆ M. Faraday ได้ค้นพบปรากฏการณ์ของพาราแมกเนติกและไดอะแมกเนติซึม และได้กำหนดข้อเท็จจริงของการหมุนระนาบของการโพลาไรซ์ของแสงในสนามแม่เหล็ก (เอฟเฟกต์ฟาราเดย์) นี่เป็นการสังเกตครั้งแรกของการเชื่อมต่อระหว่างปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กและทางแสง ซึ่งภายหลังได้อธิบายไว้ในกรอบของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงของเจ. แม็กซ์เวลล์

ในช่วงเวลาเดียวกัน นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ศึกษาคุณสมบัติของไฟฟ้า Georg Simon Ohm(จี.เอส. โอห์ม, 1787-1854). หลังจากการทดลองหลายชุด G. Ohm ในปี พ.ศ. 2369 เขาได้กำหนดกฎพื้นฐานของวงจรไฟฟ้าขึ้น(กฎของโอห์ม) และในปี ค.ศ. 1827 ได้ให้เหตุผลทางทฤษฎีแนะนำแนวคิดของ "แรงเคลื่อนไฟฟ้า" แรงดันไฟฟ้าตกในวงจรและ "การนำไฟฟ้า"

กฎของโอห์มกล่าวว่าความแรงของกระแสไฟฟ้าตรง ฉัน ในตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต่างศักย์ (แรงดัน) ยู ระหว่างจุดคงที่สองจุด (ส่วน) ของตัวนำนี้เช่น RI = U . ปัจจัยสัดส่วน R ซึ่งได้รับชื่อความต้านทานโอห์มมิกในปี พ.ศ. 2424 หรือเพียงแค่ความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวนำและคุณสมบัติทางเรขาคณิตและทางไฟฟ้า

การวิจัยของ G. Ohm เสร็จสิ้นขั้นตอนที่สองในการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าคือการก่อตัวของพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการคำนวณลักษณะของวงจรไฟฟ้าซึ่งกลายเป็นพื้นฐานของอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าสมัยใหม่

ไฟฟ้าคืออะไร?

ไฟฟ้าเป็นชุดของปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของประจุไฟฟ้า แม้ว่ากระแสไฟฟ้าในขั้นต้นจะถือเป็นปรากฏการณ์ที่แยกจากสนามแม่เหล็ก แต่ด้วยการพัฒนาสมการของแมกซ์เวลล์ ปรากฏการณ์ทั้งสองนี้จึงเป็นที่ยอมรับว่าเป็นส่วนหนึ่งของปรากฏการณ์เดียว: แม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์ทั่วไปต่างๆ เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้า เช่น ฟ้าผ่า ไฟฟ้าสถิต ความร้อนจากไฟฟ้า การปล่อยไฟฟ้า และอื่นๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ ไฟฟ้ายังเป็นหัวใจสำคัญของเทคโนโลยีสมัยใหม่อีกมากมาย

การมีประจุไฟฟ้าอาจเป็นบวกหรือลบก็ได้ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า ในทางกลับกัน การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าซึ่งเรียกว่ากระแสไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้น

เมื่อประจุถูกวางที่จุดที่มีสนามไฟฟ้าไม่เป็นศูนย์ แรงจะกระทำต่อประจุนั้น ขนาดของแรงนี้ถูกกำหนดโดยกฎของคูลอมบ์ ดังนั้น ถ้าประจุนี้เคลื่อนที่ สนามไฟฟ้าจะทำหน้าที่เคลื่อนที่ (เบรก) ประจุไฟฟ้า ดังนั้น เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับศักย์ไฟฟ้า ณ จุดหนึ่งในอวกาศ เท่ากับงานที่ดำเนินการโดยตัวแทนภายนอก เมื่อถ่ายโอนหน่วยประจุบวกจากจุดอ้างอิงที่เลือกโดยพลการไปยังจุดนี้โดยไม่มีการเร่งความเร็ว และตามกฎแล้ว วัดเป็นโวลต์

ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า ไฟฟ้าใช้เพื่อ:

• การจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ที่ใช้กระแสไฟฟ้า
• ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้าที่มีส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่แอ็คทีฟ เช่น หลอดสุญญากาศ ทรานซิสเตอร์ ไดโอด และวงจรรวม และองค์ประกอบแบบพาสซีฟที่เกี่ยวข้อง

มีการศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้ามาตั้งแต่สมัยโบราณ แม้ว่าความก้าวหน้าในการทำความเข้าใจเชิงทฤษฎีจะเริ่มขึ้นในวันที่ 17 และ ศตวรรษที่สิบแปด. ถึงอย่างนั้น การใช้งานจริงไฟฟ้าเป็นสิ่งที่หาได้ยาก และวิศวกรก็สามารถนำมาใช้เพื่ออุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัยได้ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เท่านั้น การขยายตัวอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีไฟฟ้าในเวลานี้ทำให้อุตสาหกรรมและสังคมเปลี่ยนไป ความเก่งกาจของไฟฟ้าอยู่ในข้อเท็จจริงที่ว่ามันสามารถใช้ได้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ที่แทบจะไร้ขีดจำกัด เช่น การขนส่ง ความร้อน ระบบแสงสว่าง การสื่อสาร และการคำนวณ ปัจจุบันไฟฟ้าเป็นกระดูกสันหลังของสังคมอุตสาหกรรมสมัยใหม่

ประวัติไฟฟ้า

นานก่อนที่จะมีความรู้เรื่องไฟฟ้า คนรู้จักเกี่ยวกับไฟฟ้าช็อตกับปลาไฟฟ้ามาก่อนแล้ว ตำราอียิปต์โบราณย้อนหลังไปถึง 2750 ปีก่อนคริสตกาล ก่อนคริสตกาล พวกเขาเรียกปลาเหล่านี้ว่า "สายฟ้าแห่งแม่น้ำไนล์" และอธิบายว่าพวกมันเป็น "ผู้พิทักษ์" ของปลาอื่นๆ ทั้งหมด หลักฐานของปลาไฟฟ้าปรากฏขึ้นอีกครั้งในหลายพันปีต่อมาจากนักธรรมชาติวิทยาและแพทย์ชาวกรีก โรมันและอาหรับ นักเขียนในสมัยโบราณหลายคน เช่น Pliny the Elder และ Scribonius Largus เป็นพยานถึงอาการชาอันเป็นผลมาจากไฟฟ้าช็อตที่เกิดจากปลาดุกและรังสีไฟฟ้า และพวกเขายังรู้ว่าแรงกระแทกดังกล่าวสามารถส่งผ่านวัตถุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ ผู้ป่วยที่เป็นโรคต่างๆ เช่น โรคเกาต์หรือปวดศีรษะ ถูกกำหนดให้สัมผัสปลาดังกล่าว ด้วยความหวังว่าไฟฟ้าช็อตอันทรงพลังจะช่วยรักษาได้ เป็นไปได้ว่าการประมาณที่เร็วและใกล้เคียงที่สุดกับการค้นพบเอกลักษณ์ของสายฟ้าและไฟฟ้าจากแหล่งอื่น ๆ ถูกสร้างขึ้นโดยชาวอาหรับซึ่งจนถึงศตวรรษที่ 15 ในภาษาใช้คำว่าฟ้าผ่า (raad) กับรังสีไฟฟ้า

วัฒนธรรมโบราณของทะเลเมดิเตอร์เรเนียนรู้ดีว่าหากวัตถุบางอย่าง เช่น ไม้สีเหลืองอำพัน ถูด้วยขนแมว มันจะดึงดูดวัตถุที่เบากว่า เช่น ขนนก ธาเลสแห่งมิเลทัสได้ทำการสังเกตการณ์ไฟฟ้าสถิตจำนวนหนึ่งเมื่อประมาณ 600 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งเขาอนุมานได้ว่าจำเป็นต้องมีแรงเสียดทานเพื่อทำให้อำพันสามารถดึงดูดวัตถุได้ ต่างจากแร่ธาตุอย่างเช่น แมกนีไทต์ ซึ่งไม่ต้องการแรงเสียดทาน ทาเลสผิดที่เชื่อว่าแรงดึงดูดของอำพันเกิดจากสนามแม่เหล็ก แต่ต่อมาวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ความเชื่อมโยงระหว่างแม่เหล็กกับไฟฟ้า ตามทฤษฎีการโต้เถียงที่มีพื้นฐานมาจากการค้นพบแบตเตอรี่แบกแดดในปี 1936 ที่มีลักษณะคล้ายเซลล์กัลวานิก แม้ว่าจะยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าสิ่งประดิษฐ์นั้นเป็นไฟฟ้าโดยธรรมชาติหรือไม่ แต่ชาวพาร์เธียนอาจทราบเรื่องการชุบด้วยไฟฟ้าแล้ว

กระแสไฟฟ้าไม่ได้กระตุ้นอะไรมากไปกว่าความอยากรู้อยากเห็นทางปัญญาเป็นเวลานับพันปีจนถึงปี ค.ศ. 1600 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ วิลเลียม กิลเบิร์ต ได้ทำการศึกษาไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กอย่างละเอียดถี่ถ้วน และแยกแยะผลกระทบของ "แม่เหล็ก" จากไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการถูสีเหลืองอำพัน เขาสร้างคำภาษาละตินใหม่ว่า electricus ("อำพัน" หรือ "เหมือนอำพัน" จาก ἤλεκτρον, Elektron จากภาษากรีก: "อำพัน") เพื่ออ้างถึงคุณสมบัติของวัตถุเพื่อดึงดูดวัตถุขนาดเล็กหลังจากการถู การเชื่อมโยงทางภาษาศาสตร์นี้ทำให้เกิดคำภาษาอังกฤษว่า "ไฟฟ้า" และ "ไฟฟ้า" ซึ่งปรากฏครั้งแรกในสิ่งพิมพ์ใน "Pseudodoxia Epidemica" ของโธมัส บราวน์ในปี 1646

งานเพิ่มเติมดำเนินการโดย Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Grey และ Charles Francois Dufay ในศตวรรษที่ 18 เบนจามิน แฟรงคลินได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับไฟฟ้าอย่างกว้างขวาง โดยขายทรัพย์สินของเขาเพื่อใช้เป็นเงินทุนในการทำงาน ในเดือนมิถุนายน ค.ศ. 1752 เป็นที่ทราบกันว่าเขาได้แนบกุญแจโลหะไว้ที่ด้านล่างของด้าย ว่าวและปล่อยว่าวสู่ท้องฟ้าที่มีพายุ ลำดับของประกายไฟที่กระโดดจากกุญแจไปที่หลังมือแสดงให้เห็นว่าสายฟ้านั้นเป็นไฟฟ้าโดยธรรมชาติ นอกจากนี้ เขายังอธิบายพฤติกรรมที่ดูเหมือนขัดแย้งของโถ Leyden ในฐานะอุปกรณ์สำหรับเก็บประจุไฟฟ้าจำนวนมากในรูปของไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยประจุบวกและประจุลบ

ในปี ค.ศ. 1791 ลุยจิ กัลวานี ได้ประกาศการค้นพบแม่เหล็กไฟฟ้าชีวภาพ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าไฟฟ้าเป็นช่องทางที่เซลล์ประสาทจะส่งสัญญาณไปยังกล้ามเนื้อ แบตเตอรี่ Alessandro Volta หรือขั้วไฟฟ้าของยุค 1800 ทำจากสังกะสีและทองแดงสลับชั้นกัน สำหรับนักวิทยาศาสตร์ แหล่งพลังงานไฟฟ้าดังกล่าวเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่เชื่อถือได้มากกว่าเครื่องจักรไฟฟ้าสถิตที่เคยใช้ในอดีต ความเข้าใจเรื่องแม่เหล็กไฟฟ้าในฐานะที่เป็นเอกภาพของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเกิดจาก Oersted และ André-Marie Ampère ในปี 1819-1820 Michael Faraday คิดค้นมอเตอร์ไฟฟ้าในปี 1821 และ Georg Ohm วิเคราะห์วงจรไฟฟ้าในทางคณิตศาสตร์ในปี 1827 ไฟฟ้าและแม่เหล็ก (และแสง) เชื่อมต่อกันอย่างชัดเจนโดย James Maxwell โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงาน "On Physical Lines of Force" ในปี 1861 และ 1862

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 โลกได้เห็นความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในด้านวิทยาศาสตร์ของไฟฟ้า แต่เมื่อสิ้นสุดศตวรรษที่ 19 ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดก็เกิดขึ้นในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า ด้วยความช่วยเหลือของผู้คนอย่าง Alexander Graham Bell, Otto Titus Blaty, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Anjos Istvan Jedlik, William Thomson, บารอนที่ 1 เคลวิน, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Wilson Swan, Reginald Fessenden , Nikola เทสลาและจอร์จ เวสติงเฮาส์ ไฟฟ้าได้พัฒนาจากความอยากรู้ทางวิทยาศาสตร์มาเป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับ ชีวิตที่ทันสมัยกลายเป็นแรงผลักดันเบื้องหลังการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สอง

ในปี พ.ศ. 2430 ไฮน์ริช เฮิรตซ์ได้ค้นพบว่าอิเล็กโทรดที่จุดไฟด้วยแสงอัลตราไวโอเลตทำให้เกิดประกายไฟได้ง่ายกว่าขั้วไฟฟ้าที่ไม่มีแสง ในปี ค.ศ. 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ตีพิมพ์บทความที่อธิบายหลักฐานการทดลองสำหรับผลกระทบของโฟโตอิเล็กทริกอันเป็นผลมาจากการถ่ายโอนพลังงานแสงในแพ็คเก็ตเชิงปริมาณที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งกระตุ้นอิเล็กตรอน การค้นพบนี้นำไปสู่การปฏิวัติควอนตัม Einstein ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1921 สำหรับ "การค้นพบกฎของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก" เอฟเฟกต์โฟโตโวลตาอิกยังใช้ในเซลล์สุริยะเช่นที่พบในแผงโซลาร์เซลล์ และมักใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้า

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เครื่องแรกคือเครื่องตรวจจับ "หนวดของแมว" ซึ่งถูกใช้ครั้งแรกในเครื่องรับวิทยุในปี 1900 ลวดที่มีลักษณะคล้ายหนวดเคราถูกนำเข้าสู่แสงกับคริสตัลที่เป็นของแข็ง (เช่น ผลึกเจอร์เมเนียม) เพื่อตรวจจับสัญญาณวิทยุผ่านเอฟเฟกต์การเปลี่ยนหน้าสัมผัส ในโหนดเซมิคอนดักเตอร์ กระแสจะถูกนำไปใช้กับองค์ประกอบของเซมิคอนดักเตอร์และการเชื่อมต่อที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการสลับและขยายกระแส กระแสไฟฟ้าสามารถแสดงได้สองรูปแบบ: ในรูปของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบเช่นเดียวกับตำแหน่งว่างของอิเล็กตรอนที่มีประจุบวก (อิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการเติมในสถานที่ในอะตอมของสารกึ่งตัวนำ) เรียกว่ารู ประจุและรูเหล่านี้เข้าใจได้จากมุมมองของฟิสิกส์ควอนตัม วัสดุก่อสร้างส่วนใหญ่มักเป็นสารกึ่งตัวนำที่เป็นผลึก

การพัฒนาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เริ่มต้นด้วยการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ในปี พ.ศ. 2490 อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป ได้แก่ ทรานซิสเตอร์ ชิปไมโครโปรเซสเซอร์ และชิป หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม. หน่วยความจำชนิดพิเศษที่เรียกว่าหน่วยความจำแฟลชถูกใช้ในแฟลชไดรฟ์ USB และเมื่อเร็วๆ นี้ ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์แบบหมุนด้วยกลไกก็ถูกแทนที่ด้วยโซลิดสเตตไดรฟ์ด้วย อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กลายเป็นเรื่องปกติในปี 1950 และ 1960 ระหว่างการเปลี่ยนจากหลอดสุญญากาศไปเป็นไดโอดสารกึ่งตัวนำ ทรานซิสเตอร์ วงจรรวม (IC) และไดโอดเปล่งแสง (LED)

แนวคิดพื้นฐานของไฟฟ้า

ค่าไฟฟ้า

การปรากฏตัวของประจุทำให้เกิดแรงไฟฟ้าสถิต: ประจุออกแรงซึ่งกันและกัน ผลกระทบนี้เป็นที่ทราบกันในสมัยโบราณ แม้ว่าจะไม่เข้าใจในสมัยนั้นก็ตาม ลูกบอลน้ำหนักเบาที่ห้อยอยู่บนเชือกสามารถชาร์จได้โดยการสัมผัสด้วยแท่งแก้ว ซึ่งก่อนหน้านี้ถูกชาร์จโดยการถูกับผ้า ลูกบอลที่คล้ายกันที่พุ่งโดยแท่งแก้วเดียวกันจะผลักลูกแรก: ประจุจะทำให้ลูกบอลทั้งสองแยกออกจากกัน ลูกบอลสองลูกที่ถูกชาร์จจากแท่งสีเหลืองอำพันที่ถูแล้วจะผลักกัน อย่างไรก็ตาม หากลูกบอลหนึ่งถูกชาร์จจากแท่งแก้วและอีกลูกหนึ่งจากแท่งสีเหลือง ลูกบอลทั้งสองจะเริ่มดึงดูดกัน ปรากฏการณ์เหล่านี้ได้รับการตรวจสอบเมื่อปลายศตวรรษที่สิบแปดโดย Charles Augustin de Coulomb ซึ่งสรุปว่าประจุปรากฏในสองรูปแบบที่ตรงกันข้าม การค้นพบนี้นำไปสู่สัจพจน์ที่รู้จักกันดี: วัตถุที่มีประจุคล้ายกันจะขับไล่ และวัตถุที่มีประจุตรงข้ามจะดึงดูด

แรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุด้วยตัวมันเอง ดังนั้นประจุจึงมีแนวโน้มที่จะแผ่กระจายไปทั่วพื้นผิวตัวนำอย่างสม่ำเสมอที่สุด ขนาดของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ว่าจะดึงดูดหรือน่ารังเกียจ ถูกกำหนดโดยกฎของคูลอมบ์ ซึ่งระบุว่าแรงไฟฟ้าสถิตเป็นสัดส่วนกับผลคูณของประจุและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้ามีความแข็งแรงมาก มีความแข็งแรงน้อยกว่าปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงเท่านั้น แต่จะทำหน้าที่ในทุกระยะ เมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอกว่ามาก แรงแม่เหล็กไฟฟ้าผลักอิเล็กตรอน 2 ตัวมากกว่าแรงโน้มถ่วง 1042 เท่า

จากการศึกษาพบว่าแหล่งที่มาของประจุคืออนุภาคย่อยของอะตอมบางชนิดที่มีคุณสมบัติเป็นประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าสร้างและโต้ตอบกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐานของธรรมชาติ ตัวพาประจุไฟฟ้าที่รู้จักกันดีที่สุดคืออิเล็กตรอนและโปรตอน การทดลองแสดงให้เห็นว่าประจุเป็นปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ กล่าวคือ ประจุทั้งหมดภายในระบบที่แยกออกมาจะคงที่เสมอโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นภายในระบบนี้ ในระบบ ประจุสามารถถ่ายโอนระหว่างวัตถุทั้งโดยการสัมผัสโดยตรงหรือโดยการถ่ายโอนผ่านวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เช่น ลวด คำว่า "ไฟฟ้าสถิตย์" อย่างไม่เป็นทางการหมายถึงการมีอยู่สุทธิของประจุ (หรือ "ความไม่สมดุล" ของประจุ) บนร่างกาย ซึ่งมักเกิดจากการถูวัสดุที่ไม่เหมือนกันเข้าด้วยกันเพื่อถ่ายโอนประจุจากกันและกัน

ประจุของอิเล็กตรอนและโปรตอนอยู่ตรงข้ามกันในเครื่องหมาย ดังนั้นประจุทั้งหมดอาจเป็นค่าบวกหรือค่าลบก็ได้ ตามธรรมเนียมปฏิบัติแล้ว ประจุที่อิเลคตรอนขนส่งถือเป็นค่าลบ และประจุที่พาโดยโปรตอนนั้นเป็นค่าบวก ตามประเพณีที่กำหนดขึ้นโดยผลงานของเบนจามิน แฟรงคลิน ปริมาณประจุ (ปริมาณไฟฟ้า) มักจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ Q และแสดงเป็นคูลอมบ์ อิเล็กตรอนแต่ละตัวมีประจุเท่ากัน ประมาณ -1.6022 × 10-19 คูลอมบ์ โปรตอนมีค่าประจุเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงข้าม ดังนั้น +1.6022 × 10-19 คูลอมบ์ ไม่เพียงแต่สสารเท่านั้นที่มีประจุ แต่ยังมีปฏิสสารด้วย ปฏิปักษ์แต่ละตัวมีประจุเท่ากัน แต่มีเครื่องหมายตรงข้ามกับประจุของอนุภาคที่เกี่ยวข้องกัน

สามารถวัดประจุได้หลายวิธี: เครื่องมือในยุคแรกคืออิเล็กโทรสโคปทองคำซึ่งแม้ว่าจะยังใช้สำหรับการสาธิตการฝึกอบรม แต่ตอนนี้ถูกแทนที่ด้วยอิเล็กโทรมิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

ไฟฟ้า

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าเรียกว่า กระแสไฟฟ้า ความเข้มของมันมักจะวัดเป็นแอมแปร์ กระแสสามารถสร้างขึ้นโดยอนุภาคที่มีประจุที่เคลื่อนที่ได้ ส่วนใหญ่มักจะเป็นอิเล็กตรอน แต่โดยหลักการแล้วประจุใด ๆ ที่เคลื่อนที่เป็นกระแส

ตามแบบแผนในอดีต กระแสบวกถูกกำหนดโดยทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุบวกที่ไหลจากส่วนที่เป็นบวกมากกว่าของวงจรไปยังส่วนที่เป็นลบมากกว่า กระแสที่กำหนดในลักษณะนี้เรียกว่าเงื่อนไขปัจจุบัน รูปแบบกระแสที่รู้จักกันดีที่สุดรูปแบบหนึ่งคือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบผ่านวงจร ดังนั้นทิศทางบวกของกระแสจึงถูกวางในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข กระแสไฟฟ้าสามารถประกอบด้วยกระแสของอนุภาคที่มีประจุที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางใดก็ได้ และแม้กระทั่งในทั้งสองทิศทางในเวลาเดียวกัน ข้อตกลงที่ว่าทิศทางบวกของกระแสคือทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุบวกนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อทำให้สถานการณ์นี้ง่ายขึ้น

กระบวนการที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุเรียกว่า การนำไฟฟ้า และลักษณะของกระแสไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามอนุภาคที่มีประจุนำไฟฟ้าและวัสดุที่เคลื่อนที่ผ่าน ตัวอย่างของกระแสไฟฟ้า ได้แก่ การนำโลหะ ซึ่งกระทำโดยการไหลของอิเล็กตรอนผ่านตัวนำ เช่น โลหะ และอิเล็กโทรไลซิส ซึ่งกระทำโดยการไหลของไอออน (อะตอมที่มีประจุ) ผ่านของเหลวหรือพลาสมา เช่นเดียวกับในประกายไฟฟ้า ในขณะที่อนุภาคเองสามารถเคลื่อนที่ได้ช้ามาก บางครั้งด้วยความเร็วเฉลี่ยเพียงเสี้ยวมิลลิเมตรต่อวินาที สนามไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนพวกมันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง ทำให้สัญญาณไฟฟ้าเดินทางผ่านสายไฟได้อย่างรวดเร็ว

กระแสน้ำทำให้เกิดผลกระทบที่สังเกตได้จำนวนหนึ่งซึ่งในอดีตเป็นสัญญาณของการมีอยู่ของมัน ความเป็นไปได้ของการสลายตัวของน้ำภายใต้อิทธิพลของกระแสจากเสาไฟฟ้าถูกค้นพบโดย Nicholson และ Carlisle ในปี ค.ศ. 1800 กระบวนการนี้เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส งานของพวกเขาได้รับการขยายอย่างมากโดย Michael Faraday ในปี 1833 กระแสที่ไหลผ่านความต้านทานทำให้เกิดความร้อนเฉพาะที่ ผลกระทบนี้อธิบายไว้ทางคณิตศาสตร์โดย James Joule ในปี 1840 การค้นพบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งเกี่ยวกับกระแสเกิดขึ้นโดยบังเอิญโดย Oersted ในปี 1820 เมื่อขณะเตรียมการบรรยาย เขาค้นพบว่ากระแสที่ไหลผ่านเส้นลวดทำให้เข็มของเข็มทิศแม่เหล็กหมุน ดังนั้นเขาจึงค้นพบแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างไฟฟ้ากับแม่เหล็ก ระดับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากอาร์กไฟฟ้าสูงพอที่จะทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถสร้างความเสียหายต่อการทำงานของอุปกรณ์ที่อยู่ติดกันได้ เขาค้นพบแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็ก ระดับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากอาร์กไฟฟ้าสูงพอที่จะทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่อาจรบกวนอุปกรณ์ใกล้เคียง

สำหรับการใช้งานด้านเทคนิคหรือภายในประเทศ กระแสมักจะมีลักษณะเป็นโดยตรง (DC) หรือสลับ (AC) ข้อกำหนดเหล่านี้หมายถึงการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันเมื่อเวลาผ่านไป ตัวอย่างเช่น กระแสตรงที่ผลิตโดยแบตเตอรี่ และจำเป็นต้องใช้โดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่เป็นกระแสทิศทางเดียวจากศักย์ไฟฟ้าบวกของวงจรไปยังประจุลบ หากกระแสนี้ซึ่งเกิดขึ้นบ่อยกว่านั้นถูกอิเล็กตรอนพาไป พวกมันก็จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม กระแสสลับคือกระแสใด ๆ ที่เปลี่ยนทิศทางอย่างต่อเนื่อง เกือบจะอยู่ในรูปของไซนูซอยด์ กระแสสลับจะเต้นเป็นจังหวะไปมาภายในตัวนำโดยไม่ทำให้ประจุเคลื่อนตัวเป็นระยะทางที่จำกัดในระยะเวลาอันยาวนาน ค่าเวลาเฉลี่ยของกระแสสลับเป็นศูนย์ แต่จะจ่ายพลังงานในทิศทางเดียวก่อนแล้วจึงไปในทิศทางตรงกันข้าม กระแสสลับขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ไม่ปรากฏในโหมดคงที่ของกระแสตรง ตัวอย่างเช่น ในการเหนี่ยวนำและความจุ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติเหล่านี้อาจมีผลบังคับใช้เมื่อวงจรอยู่ภายใต้สภาวะชั่วขณะ เช่น ในระหว่างการเปิดเครื่องครั้งแรก

สนามไฟฟ้า

แนวคิดของสนามไฟฟ้าได้รับการแนะนำโดย Michael Faraday สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุที่มีประจุในพื้นที่ที่ล้อมรอบร่างกาย และส่งผลให้เกิดแรงกระทำต่อประจุอื่นๆ ที่อยู่ในสนาม สนามไฟฟ้าทำหน้าที่ระหว่างประจุสองประจุที่คล้ายกับสนามโน้มถ่วงระหว่างมวลทั้งสอง และยังขยายไปถึงอนันต์และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุ อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างที่สำคัญ แรงโน้มถ่วงดึงดูดเสมอ ทำให้มวลสองก้อนมารวมกัน ในขณะที่สนามไฟฟ้าอาจส่งผลให้เกิดแรงดึงดูดหรือแรงผลัก เนื่องจากวัตถุขนาดใหญ่เช่นดาวเคราะห์ทั้งหมดมีประจุสุทธิเป็นศูนย์ สนามไฟฟ้าของพวกมันที่ระยะห่างมักจะเป็นศูนย์ ดังนั้น แรงโน้มถ่วงจึงเป็นแรงหลักในระยะทางไกลในจักรวาล ถึงแม้ว่าตัวมันเองจะอ่อนแอกว่ามากก็ตาม

ตามกฎแล้วสนามไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามจุดต่าง ๆ ในอวกาศ และความแรง ณ จุดใดก็ตามถูกกำหนดให้เป็นแรง (ต่อหน่วยประจุ) ที่ประจุที่ไม่เคลื่อนที่และเล็กน้อยจะประสบหากวางไว้ที่จุดนั้น ประจุนามธรรมที่เรียกว่า "ประจุทดสอบ" จะต้องมีค่าเล็กน้อยเพื่อที่สนามไฟฟ้าของตัวมันเองที่รบกวนสนามหลักจะถูกละเลย และจะต้องอยู่นิ่ง (เคลื่อนที่ไม่ได้) เพื่อป้องกันอิทธิพลของสนามแม่เหล็ก เนื่องจากสนามไฟฟ้าถูกกำหนดในรูปของแรง และแรงเป็นเวกเตอร์ ดังนั้นสนามไฟฟ้าจึงเป็นเวกเตอร์ด้วย ซึ่งมีทั้งขนาดและทิศทาง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สนามไฟฟ้าเป็นสนามเวกเตอร์

หลักคำสอนของสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุคงที่เรียกว่าไฟฟ้าสถิต สนามสามารถมองเห็นได้โดยใช้ชุดของเส้นจินตภาพ ซึ่งทิศทางที่จุดใดๆ ในอวกาศจะสอดคล้องกับทิศทางของสนาม แนวคิดนี้ได้รับการแนะนำโดยฟาราเดย์ และคำว่า "แนวแห่งกำลัง" ก็ยังพบเห็นเป็นครั้งคราว เส้นสนามเป็นเส้นทางที่ประจุบวกจุดจะเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนาม อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้เป็นนามธรรม ไม่ใช่วัตถุจริง และสนามจะแทรกซึมช่องว่างกลางทั้งหมดระหว่างบรรทัด เส้นสนามที่เล็ดลอดออกมาจากประจุคงที่มีคุณสมบัติหลักหลายประการ: ประการแรก เริ่มด้วยประจุบวกและสิ้นสุดด้วยประจุลบ ประการที่สอง พวกเขาจะต้องป้อนตัวนำในอุดมคติใด ๆ ที่มุมฉาก (ปกติ) และประการที่สาม พวกเขาไม่เคยตัดและปิดตัวเอง

ตัวเครื่องกลวงมีประจุทั้งหมดอยู่บนพื้นผิวด้านนอก ดังนั้นสนามจึงเท่ากับศูนย์ในทุกตำแหน่งภายในร่างกาย กรงฟาราเดย์ใช้หลักการนี้ - เปลือกโลหะที่แยกพื้นที่ภายในออกจากอิทธิพลไฟฟ้าภายนอก

หลักการของไฟฟ้าสถิตมีความสำคัญในการออกแบบองค์ประกอบของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง มีขีดจำกัดความแรงของสนามไฟฟ้าที่สามารถคงไว้ได้ด้วยวัสดุใดๆ เหนือค่านี้ จะเกิดการพังทลายทางไฟฟ้า ซึ่งทำให้เกิดการอาร์คไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนที่มีประจุ ตัวอย่างเช่น ในอากาศ การสลายทางไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ช่องว่างเล็ก ๆ ที่มีความแรงของสนามไฟฟ้าเกิน 30 kV ต่อเซนติเมตร เมื่อช่องว่างเพิ่มขึ้น ความแรงของการพังทลายขั้นสุดท้ายจะลดลงเหลือประมาณ 1 kV ต่อเซนติเมตร ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่น่าสังเกตมากที่สุดคือฟ้าผ่า มันเกิดขึ้นเมื่อประจุถูกแยกจากกันในเมฆโดยการเพิ่มคอลัมน์ของอากาศ และสนามไฟฟ้าในอากาศเริ่มมีค่าเกินกว่าค่าการสลาย แรงดันไฟฟ้าของเมฆฝนฟ้าคะนองขนาดใหญ่สามารถเข้าถึง 100 MV และมีค่าพลังงานปล่อย 250 kWh

ขนาดของความแรงของสนามได้รับอิทธิพลอย่างมากจากวัตถุนำไฟฟ้าที่อยู่ใกล้เคียง และความแข็งแกร่งจะสูงเป็นพิเศษเมื่อสนามต้องโค้งงอรอบวัตถุปลายแหลม หลักการนี้ใช้กับสายล่อฟ้าซึ่งมียอดแหลมแหลมบังคับให้สายฟ้าไหลเข้าสู่ตัวมันแทนที่จะเข้าไปในอาคารที่ป้องกัน

ศักย์ไฟฟ้า

แนวคิดของศักย์ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสนามไฟฟ้า ประจุเล็กๆ ที่วางอยู่ในสนามไฟฟ้าจะมีแรงเกิดขึ้น และเพื่อที่จะเคลื่อนประจุไปปะทะกับแรงนี้ จำเป็นต้องมีการทำงาน ศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใด ๆ ถูกกำหนดให้เป็นพลังงานที่จำเป็นสำหรับการย้ายประจุทดสอบหน่วยช้ามากจากอนันต์ไปยังจุดนั้น ศักยภาพมักจะวัดเป็นโวลต์ และศักย์ของหนึ่งโวลต์คือศักย์ที่งานหนึ่งจูลจะถูกนำมาใช้เพื่อย้ายประจุหนึ่งคูลอมบ์จากอนันต์ คำจำกัดความอย่างเป็นทางการของศักย์ไฟฟ้ามีการใช้งานจริงเพียงเล็กน้อย และมีประโยชน์มากกว่าคือแนวคิดของความต่างศักย์ไฟฟ้า นั่นคือพลังงานที่จำเป็นในการย้ายหน่วยประจุระหว่างจุดสองจุดที่กำหนด สนามไฟฟ้ามีคุณลักษณะหนึ่ง เป็นแบบอนุรักษ์นิยม ซึ่งหมายความว่าเส้นทางที่เดินทางโดยประจุทดสอบไม่สำคัญ: ทางเดินของเส้นทางที่เป็นไปได้ทั้งหมดระหว่างจุดที่กำหนดสองจุดจะใช้พลังงานเท่ากันเสมอ ดังนั้นจึงมีค่าเดียวของ ศักยภาพที่แตกต่างระหว่างสองตำแหน่ง โวลต์ได้กลายเป็นหน่วยวัดและคำอธิบายความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าที่คำว่าแรงดันไฟฟ้าใช้กันอย่างแพร่หลายและทุกวัน

เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ จะเป็นประโยชน์ในการกำหนดจุดอ้างอิงทั่วไปซึ่งสามารถแสดงและเปรียบเทียบศักยภาพได้ แม้ว่าจะอยู่ในระยะอนันต์ แต่ก็มีประโยชน์มากกว่ามากที่จะใช้โลกเป็นศักย์ศูนย์ ซึ่งถือว่ามีศักยภาพเท่ากันในทุกที่ แน่นอนว่าจุดอ้างอิงนี้เรียกว่า "กราวด์" (กราวด์) โลกเป็นแหล่งที่ไม่มีที่สิ้นสุดของประจุบวกและลบในปริมาณที่เท่ากัน ดังนั้นจึงมีความเป็นกลางทางไฟฟ้าและไม่สามารถชาร์จได้

ศักย์ไฟฟ้าเป็นปริมาณสเกลาร์ กล่าวคือ มีค่าเท่านั้นและไม่มีทิศทาง อาจเทียบได้กับความสูง เช่นเดียวกับที่วัตถุที่ปล่อยออกมาจะตกลงมาเนื่องจากความแตกต่างของความสูงที่เกิดจากสนามโน้มถ่วง ดังนั้นประจุจะ "ตก" เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากสนามไฟฟ้า เช่นเดียวกับแผนที่แสดงภูมิประเทศโดยใช้เส้นชั้นความสูงที่เชื่อมจุดที่มีความสูงเท่ากัน ชุดของเส้นที่เชื่อมต่อจุดที่มีศักยภาพเท่ากัน (เรียกว่าศักย์ไฟฟ้า) สามารถวาดไปรอบๆ วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสถิตได้ ศักย์ไฟฟ้าตัดกันทุกเส้นแรงที่มุมฉาก พวกมันจะต้องขนานกับพื้นผิวของตัวนำด้วย ไม่เช่นนั้นจะเกิดแรงที่เคลื่อนตัวพาประจุไปตามพื้นผิวศักย์ไฟฟ้าของตัวนำ

สนามไฟฟ้าถูกกำหนดอย่างเป็นทางการว่าเป็นแรงที่กระทำต่อหน่วยประจุ แต่แนวคิดของศักย์ไฟฟ้าให้คำจำกัดความที่มีประโยชน์และเทียบเท่ามากกว่า: สนามไฟฟ้าเป็นการไล่ระดับศักย์ไฟฟ้าเฉพาะที่ ตามกฎแล้วจะแสดงเป็นโวลต์ต่อเมตรและทิศทางของเวกเตอร์สนามเป็นเส้นของการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นมากที่สุดนั่นคือในทิศทางของตำแหน่งที่ใกล้ที่สุดของศักย์ไฟฟ้าอื่น

แม่เหล็กไฟฟ้า

การค้นพบของ Oersted ในปี พ.ศ. 2364 เกี่ยวกับความจริงที่ว่ามีสนามแม่เหล็กอยู่รอบ ๆ ด้านของเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้ ปฏิกิริยาโต้ตอบยังดูแตกต่างจากแรงโน้มถ่วงและไฟฟ้าสถิต ซึ่งเป็นแรงธรรมชาติสองชนิดที่รู้จักกันในขณะนั้น แรงกระทำกับเข็มเข็มทิศ ไม่ใช่ไปทางหรือออกจากเส้นลวดปัจจุบัน แต่ทำมุมฉากกับเส้นลวด ในคำที่คลุมเครือเล็กน้อย "ความขัดแย้งทางไฟฟ้ามีพฤติกรรมหมุนเวียน" Oersted แสดงข้อสังเกตของเขา แรงนี้ยังขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสด้วย เพราะหากกระแสเปลี่ยนทิศทาง แรงแม่เหล็กก็เปลี่ยนด้วย

Oersted ไม่เข้าใจการค้นพบของเขาอย่างถ่องแท้ แต่ผลที่เขาสังเกตเห็นนั้นเกิดขึ้นพร้อมกัน: กระแสออกแรงบนแม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กออกแรงกับกระแส ปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาเพิ่มเติมโดย Ampère ซึ่งค้นพบว่าเส้นลวดที่นำกระแสขนานสองเส้นออกแรงซึ่งกันและกัน: ลวดสองเส้นที่นำกระแสไปในทิศทางเดียวกันจะดึงดูดกัน ในขณะที่ลวดที่มีกระแสในทิศทางตรงกันข้ามกันจะผลักกัน . ปฏิสัมพันธ์นี้เกิดขึ้นผ่านสนามแม่เหล็กที่แต่ละกระแสสร้างขึ้นและบนพื้นฐานของปรากฏการณ์นี้หน่วยปัจจุบันจะถูกกำหนด - แอมแปร์ในระบบสากลของหน่วย

ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กกับกระแสนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะนำไปสู่การประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้าของไมเคิล ฟาราเดย์ในปี พ.ศ. 2364 มอเตอร์แบบขั้วเดียวของเขาประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรที่วางอยู่ในภาชนะปรอท กระแสไฟฟ้าถูกส่งผ่านลวดที่แขวนอยู่บนบานพับแขวนเหนือแม่เหล็กและจุ่มลงในปรอท แม่เหล็กออกแรงสัมผัสบนเส้นลวด ซึ่งทำให้แม่เหล็กหมุนรอบแม่เหล็กตราบเท่าที่กระแสไฟยังคงอยู่ในเส้นลวด

การทดลองที่ทำโดยฟาราเดย์ในปี พ.ศ. 2374 พบว่าเส้นลวดที่เคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กทำให้เกิดความต่างศักย์ที่ปลาย การวิเคราะห์เพิ่มเติมของกระบวนการนี้ ซึ่งเรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้เขาสามารถกำหนดหลักการ ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ ว่าความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นในวงจรปิดนั้นแปรผันตามอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในวงจร การค้นพบนี้ทำให้ฟาราเดย์ประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกได้ในปี พ.ศ. 2374 ซึ่งแปลงพลังงานกลของแผ่นทองแดงที่หมุนเป็นพลังงานไฟฟ้า ดิสก์ฟาราเดย์ไม่มีประสิทธิภาพและไม่ได้ใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง แต่แสดงให้เห็นความเป็นไปได้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้สนามแม่เหล็ก และผู้ที่ติดตามการพัฒนาของเขาใช้ความเป็นไปได้นี้

ความสามารถ ปฏิกริยาเคมีเพื่อผลิตไฟฟ้า และในทางกลับกัน ความสามารถของไฟฟ้าในการผลิตปฏิกิริยาเคมีมีการใช้งานที่หลากหลาย

เคมีไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญของการศึกษาไฟฟ้ามาโดยตลอด จากการประดิษฐ์ครั้งแรกของคอลัมน์ voltaic เซลล์ galvanic ได้พัฒนาเป็นแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ เซลล์ galvanic และ electrolytic อลูมิเนียมผลิตขึ้นในปริมาณมากด้วยกระแสไฟฟ้า และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาจำนวนมากใช้แหล่งพลังงานแบบชาร์จไฟได้

วงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้าคือการเชื่อมต่อของส่วนประกอบไฟฟ้าในลักษณะที่ประจุไฟฟ้าถูกบังคับให้ผ่านไปตามเส้นทางปิด (วงจร) มักจะทำงานที่มีประโยชน์บางอย่าง

ส่วนประกอบในวงจรไฟฟ้ามีหลายรูปแบบ โดยทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ สวิตช์ หม้อแปลงไฟฟ้า และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยส่วนประกอบที่แอ็คทีฟ เช่น เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะทำงานในลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้น และต้องมีการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนเพื่อนำมาประยุกต์ใช้กับวงจรเหล่านี้ ส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดคือสิ่งที่เรียกว่าพาสซีฟและเชิงเส้น แม้ว่าจะสามารถเก็บพลังงานไว้ชั่วคราว แต่ก็ไม่มีแหล่งพลังงานใดๆ และทำงานในลักษณะเชิงเส้น

ตัวต้านทานอาจเป็นองค์ประกอบวงจรแบบพาสซีฟที่ง่ายที่สุด ตามชื่อของมัน มันต้านทานกระแสที่ไหลผ่านมัน โดยกระจายพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน ความต้านทานเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของประจุผ่านตัวนำ ตัวอย่างเช่น ในโลหะ ความต้านทานเกิดจากการชนกันของอิเล็กตรอนและไอออนเป็นหลัก กฎของโอห์มเป็นกฎพื้นฐานของทฤษฎีวงจร และระบุว่ากระแสที่ไหลผ่านแนวต้านนั้นแปรผันตรงกับความต่างศักย์ระหว่างกัน ความต้านทานของวัสดุส่วนใหญ่ค่อนข้างคงที่ในช่วงอุณหภูมิและกระแสที่หลากหลาย วัสดุที่ตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้เรียกว่า "โอห์มมิก" โอห์มเป็นหน่วยความต้านทานที่ตั้งชื่อตาม Georg Ohm และเขียนแทนด้วยตัวอักษรกรีก Ω 1 โอห์มคือความต้านทานที่สร้างความต่างศักย์หนึ่งโวลต์เมื่อกระแสไฟหนึ่งแอมแปร์ถูกส่งผ่าน

ตัวเก็บประจุเป็นการอัพเกรดของโถ Leyden และเป็นอุปกรณ์ที่สามารถเก็บประจุและด้วยเหตุนี้จึงสะสมพลังงานไฟฟ้าในสนามที่สร้างขึ้น ประกอบด้วยแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่นคั่นด้วยชั้นอิเล็กทริกที่เป็นฉนวนบาง ๆ ในทางปฏิบัติ เป็นแผ่นโลหะฟอยล์บางคู่ที่ขดเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวต่อหน่วยปริมาตร และด้วยเหตุนี้จึงมีความจุ หน่วยของความจุคือฟารัด ซึ่งตั้งชื่อตามไมเคิล ฟาราเดย์ และแสดงด้วยสัญลักษณ์ F: หนึ่งฟารัดคือความจุที่สร้างความต่างศักย์หนึ่งโวลต์เมื่อเก็บประจุหนึ่งคูลอมบ์ กระแสแรกไหลผ่านตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน เนื่องจากประจุสะสมในตัวเก็บประจุ อย่างไรก็ตามกระแสนี้จะลดลงเมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จและกลายเป็นศูนย์ในที่สุด ตัวเก็บประจุจึงไม่ผ่านกระแสตรง แต่บล็อกไว้

ตัวเหนี่ยวนำเป็นตัวนำ ซึ่งมักจะเป็นขดลวดที่เก็บพลังงานในสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นเมื่อกระแสไหลผ่าน เมื่อกระแสเปลี่ยน สนามแม่เหล็กก็เปลี่ยนเช่นกัน ทำให้เกิดแรงดันระหว่างปลายตัวนำ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแส สัมประสิทธิ์ของสัดส่วนเรียกว่าการเหนี่ยวนำ หน่วยของความเหนี่ยวนำคือ เฮนรี ซึ่งตั้งชื่อตามโจเซฟ เฮนรี ผู้ร่วมสมัยของฟาราเดย์ ตัวเหนี่ยวนำเฮนรีหนึ่งตัวเป็นตัวเหนี่ยวนำที่ทำให้เกิดความต่างศักย์หนึ่งโวลต์ในอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสผ่านหนึ่งแอมแปร์ต่อวินาที พฤติกรรมของตัวเหนี่ยวนำตรงกันข้ามกับตัวเก็บประจุ: มันจะผ่านกระแสตรงอย่างอิสระและป้องกันกระแสที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

พลังงานไฟฟ้า

พลังงานไฟฟ้าคืออัตราที่พลังงานไฟฟ้าถูกถ่ายโอนโดยวงจรไฟฟ้า หน่วยกำลัง SI คือวัตต์ เท่ากับหนึ่งจูลต่อวินาที

พลังงานไฟฟ้า เช่นเดียวกับพลังงานกล คืออัตราของงานที่ทำ โดยวัดเป็นวัตต์และเขียนแทนด้วยตัวอักษร P คำว่า การใช้พลังงาน ซึ่งใช้เรียกขานกัน หมายถึง "กำลังไฟฟ้าในหน่วยวัตต์" พลังงานไฟฟ้าในหน่วยวัตต์ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้า I เท่ากับทางผ่านของประจุ Q คูลอมบ์ ทุก ๆ t วินาทีผ่านความต่างศักย์ไฟฟ้า (แรงดัน) V คือ

P = QV/t = IV

• Q - ประจุไฟฟ้าในคูลอมบ์
• t - เวลาเป็นวินาที
• ผม - กระแสไฟฟ้าในหน่วยแอมแปร์
• V - ศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าเป็นโวลต์

การผลิตไฟฟ้ามักผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้จากแหล่งเคมี เช่น แบตเตอรี่ไฟฟ้า หรือด้วยวิธีอื่นโดยใช้แหล่งพลังงานที่หลากหลาย โดยทั่วไปแล้ว พลังงานไฟฟ้าจะจ่ายให้กับธุรกิจและบ้านโดยใช้สาธารณูปโภคไฟฟ้า โดยปกติแล้วจะเรียกเก็บเงินค่าไฟฟ้าต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง (3.6 MJ) ซึ่งเป็นพลังงานที่สร้างขึ้นในหน่วยกิโลวัตต์คูณด้วยเวลาที่ใช้เป็นชั่วโมง ในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า การวัดกำลังไฟฟ้าใช้มิเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งจะจดจำปริมาณพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่จ่ายให้กับลูกค้า ต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปแบบเอนโทรปีต่ำและสามารถแปลงเป็นพลังงานเคลื่อนที่หรือพลังงานประเภทอื่นที่มีประสิทธิภาพสูงได้

อิเล็กทรอนิกส์

อิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้า ซึ่งรวมถึงส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่แอ็คทีฟ เช่น หลอดสุญญากาศ ทรานซิสเตอร์ ไดโอด และวงจรรวม และองค์ประกอบแบบพาสซีฟและสวิตชิ่งที่เกี่ยวข้อง พฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้นของส่วนประกอบที่ทำงานอยู่และความสามารถในการควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนช่วยให้สามารถขยายสัญญาณที่อ่อนแอและการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างแพร่หลายในการประมวลผลข้อมูล การสื่อสารโทรคมนาคม และการประมวลผลสัญญาณ ความสามารถของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการทำหน้าที่เป็นสวิตช์ช่วยให้สามารถประมวลผลข้อมูลดิจิทัลได้ การสลับองค์ประกอบเช่น แผงวงจรพิมพ์เทคโนโลยีการบรรจุหีบห่อ และโครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารรูปแบบอื่นๆ มากมายช่วยเสริมการทำงานของวงจรและเปลี่ยนส่วนประกอบที่ไม่เหมือนกันให้เป็นระบบการทำงานปกติ

ทุกวันนี้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ใช้ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ในการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ การศึกษาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องถือเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์โซลิดสเตต ในขณะที่การออกแบบและสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติถือเป็นสาขาอิเล็กทรอนิกส์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ผลงานของฟาราเดย์และแอมแปร์แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กที่แปรตามเวลาทำให้เกิดสนามไฟฟ้า และสนามไฟฟ้าที่แปรตามเวลาก็เป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็ก ดังนั้น เมื่อฟิลด์หนึ่งเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ฟิลด์อื่นจะถูกเหนี่ยวนำเสมอ ปรากฏการณ์ดังกล่าวมีคุณสมบัติของคลื่นและเรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยธรรมชาติ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกวิเคราะห์ตามทฤษฎีโดย James Maxwell ในปี 1864 แมกซ์เวลล์พัฒนาชุดสมการที่สามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก ประจุไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าได้อย่างชัดเจน เขายังสามารถพิสูจน์ได้ว่าคลื่นดังกล่าวจำเป็นต้องแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง และด้วยเหตุนี้แสงเองจึงเป็นรูปแบบของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า การพัฒนากฎของแมกซ์เวลล์ ซึ่งรวมแสง สนาม และประจุเข้าด้วยกันเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี

ดังนั้น ผลงานของนักวิจัยหลายคนจึงทำให้สามารถใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อแปลงสัญญาณเป็นกระแสออสซิลเลเตอร์ความถี่สูง และผ่านตัวนำที่มีรูปร่างเหมาะสม ไฟฟ้าช่วยให้สัญญาณเหล่านี้ส่งและรับผ่านคลื่นวิทยุในระยะทางไกลมาก

การผลิตและการใช้พลังงานไฟฟ้า

การสร้างและการส่งกระแสไฟฟ้า

ในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสต์ศักราช อี นักปรัชญาชาวกรีก Thales of Miletus ทดลองด้วยแท่งสีเหลืองอำพัน และการทดลองเหล่านี้เป็นการศึกษาครั้งแรกในด้านการผลิตพลังงานไฟฟ้า แม้ว่าวิธีการนี้ ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อเอฟเฟกต์ไทรโบอิเล็กทริก สามารถยกวัตถุที่เบาและสร้างประกายไฟได้เท่านั้น แต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง ด้วยการประดิษฐ์เสาไฟฟ้าแรงสูงในศตวรรษที่สิบแปด จึงมีแหล่งไฟฟ้าใช้การได้ คอลัมน์ voltaic และลูกหลานสมัยใหม่ของแบตเตอรี่ไฟฟ้าเก็บพลังงานในรูปแบบเคมีและปล่อยเป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อต้องการ แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานที่ใช้งานได้หลากหลายและใช้ได้ทั่วไป ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานหลายประเภท แต่พลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่มีจำกัด และเมื่อใช้งานจนหมด แบตเตอรี่จะต้องถูกกำจัดหรือชาร์จใหม่ สำหรับความต้องการขนาดใหญ่ พลังงานไฟฟ้าจะต้องถูกสร้างขึ้นและส่งอย่างต่อเนื่องผ่านสายไฟที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ไฟฟ้ามักจะถูกสร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลหรือความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ หรือจากแหล่งอื่น เช่น พลังงานจลน์ที่สกัดจากลมหรือน้ำไหล กังหันไอน้ำสมัยใหม่ซึ่งพัฒนาโดยเซอร์ชาร์ลส์ พาร์สันส์ในปี พ.ศ. 2427 ปัจจุบันผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของโลกโดยใช้แหล่งความร้อนต่างๆ ออสซิลเลเตอร์ดังกล่าวไม่มีความคล้ายคลึงกับออสซิลเลเตอร์ดิสก์เดียวของฟาราเดย์ในปี ค.ศ. 1831 แต่ยังคงอาศัยหลักการแม่เหล็กไฟฟ้าของเขา ซึ่งตัวนำโดยประสานกับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง จะทำให้เกิดความต่างศักย์ที่ปลาย การประดิษฐ์หม้อแปลงไฟฟ้าเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 หมายความว่าพลังงานไฟฟ้าสามารถถ่ายโอนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นแต่กระแสไฟฟ้าต่ำกว่า ในทางกลับกัน การส่งไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพหมายถึงสามารถผลิตไฟฟ้าได้ในโรงไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ โดยได้รับประโยชน์จากการประหยัดจากขนาด และจากนั้นจึงส่งผ่านในระยะทางที่ค่อนข้างยาวไปยังจุดที่ต้องการ

เนื่องจากไม่สามารถจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าในปริมาณที่เพียงพอกับความต้องการในระดับประเทศได้อย่างง่ายดาย จึงต้องผลิตพลังงานไฟฟ้าทุกเวลาเท่าที่จำเป็นในปัจจุบัน สิ่งนี้กำหนดให้ระบบสาธารณูปโภคต้องคาดการณ์โหลดไฟฟ้าอย่างระมัดระวังและประสานงานข้อมูลเหล่านี้กับโรงไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง กำลังการผลิตบางรุ่นควรสำรองไว้เป็นตาข่ายนิรภัยสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าในกรณีที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ความต้องการใช้ไฟฟ้ามีการเติบโตอย่างรวดเร็วในขณะที่ประเทศมีความทันสมัยและพัฒนาเศรษฐกิจ สหรัฐอเมริกาประสบกับความต้องการที่เพิ่มขึ้น 12 เปอร์เซ็นต์ในช่วงสามทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 อัตราการเติบโตนี้กำลังมีให้เห็นในประเทศเศรษฐกิจเกิดใหม่เช่นอินเดียหรือจีน ในอดีต อัตราการเติบโตของความต้องการใช้ไฟฟ้าได้แซงหน้าอัตราการเติบโตของความต้องการใช้พลังงานประเภทอื่น

ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการผลิตไฟฟ้าได้นำไปสู่ความสนใจที่เพิ่มขึ้นในการผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน โดยเฉพาะโรงไฟฟ้าพลังงานลมและพลังน้ำ ในขณะที่เราสามารถคาดหวังการอภิปรายอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของวิธีการผลิตไฟฟ้าต่างๆ แต่รูปแบบสุดท้ายก็ค่อนข้างสะอาด

วิธีการใช้ไฟฟ้า

การส่งไฟฟ้าเป็นวิธีที่สะดวกมากในการส่งพลังงาน และได้รับการปรับให้เข้ากับการใช้งานจำนวนมากและกำลังเติบโต การประดิษฐ์หลอดไฟแบบอินแคนเดสเซนต์ที่ใช้งานได้จริงในทศวรรษ 1870 นำไปสู่การให้แสงสว่างเป็นหนึ่งในการใช้ไฟฟ้าครั้งแรกในปริมาณมาก แม้ว่าการใช้พลังงานไฟฟ้าจะมาพร้อมกับความเสี่ยงในตัวเอง แต่การเปลี่ยนไฟก๊าซแบบเปลวไฟเปิดช่วยลดอันตรายจากไฟไหม้ภายในบ้านและโรงงานได้อย่างมาก สาธารณูปโภคได้รับการจัดตั้งขึ้นในหลายเมืองเพื่อรองรับตลาดไฟฟ้าแสงสว่างที่กำลังเติบโต

เอฟเฟกต์ความต้านทานความร้อนของจูลใช้ในเส้นใยของหลอดไส้และยังพบว่ามีการใช้งานโดยตรงในระบบทำความร้อนไฟฟ้า แม้ว่าวิธีการให้ความร้อนนี้จะใช้งานได้หลากหลายและควบคุมได้ แต่ก็ถือได้ว่าเป็นการสิ้นเปลือง เนื่องจากวิธีการผลิตไฟฟ้าส่วนใหญ่ต้องการการผลิตพลังงานความร้อนในโรงไฟฟ้าอยู่แล้ว หลายประเทศ เช่น เดนมาร์ก ได้ออกกฎหมายจำกัดหรือห้ามการใช้เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแบบต้านทานในอาคารใหม่ อย่างไรก็ตาม ไฟฟ้ายังคงเป็นแหล่งพลังงานที่ใช้งานได้จริงสำหรับการทำความร้อนและความเย็น ด้วยเครื่องปรับอากาศหรือปั๊มความร้อนเป็นตัวแทนของภาคส่วนความต้องการไฟฟ้าความร้อนและความเย็นที่เพิ่มขึ้น ซึ่งระบบสาธารณูปโภคจำเป็นต้องพิจารณามากขึ้น

ไฟฟ้าถูกใช้ในการสื่อสารโทรคมนาคม และอันที่จริง โทรเลขไฟฟ้า ซึ่งแสดงให้เห็นในเชิงพาณิชย์ในปี พ.ศ. 2380 โดย Cook และ Wheatstone เป็นหนึ่งในแอปพลิเคชั่นโทรคมนาคมทางไฟฟ้าที่เก่าแก่ที่สุด ด้วยการสร้างระบบโทรเลขข้ามทวีปและจากนั้นข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในยุค 1860 กระแสไฟฟ้าทำให้สามารถสื่อสารกับคนทั้งโลกได้ภายในไม่กี่นาที การสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกและดาวเทียมได้เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของตลาดการสื่อสาร แต่คาดว่าไฟฟ้าจะยังคงเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการนี้

การใช้ผลกระทบของแม่เหล็กไฟฟ้าที่เห็นได้ชัดที่สุดเกิดขึ้นในมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งเป็นและ ยาที่มีประสิทธิภาพแรงผลักดัน มอเตอร์แบบอยู่กับที่ เช่น เครื่องกว้าน สามารถจ่ายไฟได้ง่าย แต่มอเตอร์สำหรับการใช้งานแบบเคลื่อนที่ เช่น รถยนต์ไฟฟ้า จำเป็นต้องเคลื่อนย้ายอุปกรณ์จ่ายไฟ เช่น แบตเตอรี่ด้วยหรือเก็บกระแสไฟด้วยหน้าสัมผัสเลื่อนที่เรียกว่า คัดลอก

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้ทรานซิสเตอร์ ซึ่งอาจเป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดของศตวรรษที่ 20 ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของวงจรสมัยใหม่ทั้งหมด วงจรรวมที่ทันสมัยสามารถบรรจุทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กได้หลายพันล้านตัวในพื้นที่เพียงไม่กี่ตารางเซนติเมตร

ไฟฟ้ายังใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงสำหรับการขนส่งสาธารณะ รวมทั้งรถโดยสารและรถไฟไฟฟ้า

ผลกระทบของไฟฟ้าต่อสิ่งมีชีวิต

ผลกระทบของกระแสไฟฟ้าต่อร่างกายมนุษย์

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับร่างกายมนุษย์ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเนื้อเยื่อ และแม้ว่าความสัมพันธ์นี้จะไม่เป็นเชิงเส้น แต่ยิ่งใช้แรงดันไฟฟ้ามากเท่าใด กระแสก็จะยิ่งเหนี่ยวนำมากขึ้นเท่านั้น เกณฑ์การตรวจจับจะแตกต่างกันไปตามความถี่กำลังและตำแหน่งของการไหลของกระแส และอยู่ที่ประมาณ 0.1 mA ถึง 1 mA สำหรับกระแสไฟฟ้าที่มีความถี่เมน แม้ว่ากระแสไฟที่มีขนาดเล็กถึงหนึ่งไมโครแอมแปร์อาจถูกตรวจพบว่าเป็นเอฟเฟกต์การสั่นด้วยไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขบางประการ ถ้ากระแสไฟมากพอก็อาจทำให้กล้ามเนื้อหดตัว หัวใจเต้นผิดจังหวะ และเนื้อเยื่อไหม้ได้ การไม่มีสัญญาณบ่งชี้ว่าตัวนำมีกระแสไฟฟ้าทำให้ไฟฟ้ามีอันตรายเป็นพิเศษ ความเจ็บปวดที่เกิดจากไฟฟ้าช็อตอาจรุนแรง ทำให้บางครั้งมีการใช้ไฟฟ้าเป็นวิธีทรมาน โทษประหารชีวิตโดยไฟฟ้าช็อตเรียกว่าการประหารชีวิตในเก้าอี้ไฟฟ้า (ไฟฟ้าช็อต) การใช้ไฟฟ้าช็อตยังคงเป็นรูปแบบหนึ่งของการลงโทษทางศาลในบางประเทศ ถึงแม้ว่าการใช้งานจะไม่ค่อยเกิดขึ้นในช่วงที่ผ่านมาก็ตาม

ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในธรรมชาติ

ไฟฟ้าไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ มันสามารถสังเกตได้หลายรูปแบบในธรรมชาติ ลักษณะเด่นคือสายฟ้า ปฏิกิริยาหลายอย่างที่คุ้นเคยในระดับมหภาค เช่น การสัมผัส การเสียดสี หรือพันธะเคมี เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างสนามไฟฟ้าที่ระดับอะตอม เชื่อว่าสนามแม่เหล็กของโลกเกิดจากการผลิตกระแสน้ำหมุนเวียนตามธรรมชาติในแกนโลก คริสตัลบางชนิด เช่น ควอทซ์ หรือแม้แต่น้ำตาล สามารถสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นบนพื้นผิวของพวกมันเมื่ออยู่ภายใต้แรงกดดันจากภายนอก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า piezoelectricity จากภาษากรีก piezein (πιέζειν) ซึ่งแปลว่า "กด" ถูกค้นพบในปี 1880 โดย Pierre และ Jacques Curie เอฟเฟกต์นี้สามารถย้อนกลับได้ และเมื่อวัสดุเพียโซอิเล็กทริกอยู่ภายใต้สนามไฟฟ้า จะมีการเปลี่ยนแปลงขนาดทางกายภาพเล็กน้อย

สิ่งมีชีวิตบางชนิด เช่น ฉลาม สามารถตรวจจับและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า ความสามารถที่เรียกว่าการรับสัญญาณไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่เรียกว่าอิเล็กโตรเจนิก สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้เอง ซึ่งทำหน้าที่เป็นอาวุธป้องกันหรือล่าเหยื่อ ปลาในลำดับ hymniformes ซึ่งปลาไหลไฟฟ้าเป็นสมาชิกที่มีชื่อเสียงที่สุด สามารถตรวจจับหรือทำให้ตกใจเหยื่อของพวกมันด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้าแรงสูงที่เกิดจากการกลายพันธุ์ เซลล์กล้ามเนื้อเรียกว่า เซลล์ไฟฟ้า (electrocytes) สัตว์ทุกตัวส่งข้อมูลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยแรงดันกระตุ้นที่เรียกว่าศักยะงาน ซึ่งมีหน้าที่ในการให้ ระบบประสาทการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อ ไฟฟ้าช็อตกระตุ้นระบบนี้และทำให้กล้ามเนื้อหดตัว ศักยภาพในการดำเนินการยังมีหน้าที่รับผิดชอบในการประสานงานกิจกรรมของพืชบางชนิด

ในปี ค.ศ. 1850 วิลเลียม แกลดสโตนได้ถามนักวิทยาศาสตร์ไมเคิล ฟาราเดย์ว่าค่าไฟฟ้าเป็นอย่างไร ฟาราเดย์ตอบว่า "สักวันหนึ่ง นายจะเก็บภาษีเขาได้"

ในศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 ไฟฟ้าไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ ชีวิตประจำวันหลายคนแม้แต่ในโลกตะวันตกอุตสาหกรรม วัฒนธรรมสมัยนั้นจึงมักพรรณนาถึงเขาว่าเป็นพลังลึกลับ เสมือนพลังเวทย์ที่สามารถฆ่าคนเป็น ชุบชีวิตคนตาย หรือเปลี่ยนกฎแห่งธรรมชาติได้ มุมมองนี้เริ่มครอบงำด้วยการทดลองของกัลวานีในปี ค.ศ. 1771 โดยที่ขาของกบที่ตายแล้วจะกระตุกเมื่อใช้พลังงานจากสัตว์ มีรายงาน "การฟื้นคืนชีพ" หรือการช่วยชีวิตผู้ที่ดูเหมือนตายหรือจมน้ำในเอกสารทางการแพทย์หลังงานของ Galvani ได้ไม่นาน แมรี่ เชลลีย์รู้จักรายงานเหล่านี้เมื่อเธอเริ่มเขียน Frankenstein (1819) แม้ว่าเธอจะไม่ได้ระบุวิธีการดังกล่าวในการทำให้สัตว์ประหลาดมีชีวิต การชุบชีวิตสัตว์ประหลาดด้วยไฟฟ้ากลายเป็นประเด็นร้อนในภาพยนตร์สยองขวัญในเวลาต่อมา

ให้ประชาชนได้รู้จักกับไฟฟ้าเป็นแหล่งของ พลังชีวิตในการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สอง เจ้าของของมันมักถูกมองว่าเป็นแง่บวก เช่น ช่างไฟฟ้า ซึ่งมีคนกล่าวไว้ว่า "การตายด้วยถุงมือทำให้นิ้วของพวกเขาเย็นลงในการทอสายไฟ" ในบทกวีของ Rudyard Kipling ในปี 1907 เรื่อง "The Sons of Martha" หลากหลาย ยานพาหนะร่างที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าโดดเด่นในเรื่องการผจญภัยของจูลส์ เวิร์นและทอม สวิฟต์ ผู้เชี่ยวชาญด้านไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นตัวละครหรือของจริง รวมถึงนักวิทยาศาสตร์เช่น Thomas Edison, Charles Steinmetz หรือ Nikola Tesla ถูกมองว่าเป็นนักมายากลที่มีพลังวิเศษ

เนื่องจากไฟฟ้าเลิกเป็นสิ่งแปลกใหม่และกลายเป็นสิ่งจำเป็นในชีวิตประจำวันในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 จึงได้รับความสนใจเป็นพิเศษจากวัฒนธรรมสมัยนิยมก็ต่อเมื่อไฟฟ้าดับเท่านั้น ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่มักส่งสัญญาณภัยพิบัติ . ผู้คนที่สนับสนุนผลงานของเขา เช่น วีรบุรุษนิรนามของ Wichita Fixer (1968) ของจิมมี่ เว็บบ์ ได้รับการเสนอชื่อเป็นตัวละครที่กล้าหาญและมีมนต์ขลังมากขึ้น