Shik-v-dom.ru

Шик в Дом
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Закон Джоуля-Ленца

Перенесемся в 19 век-эпоху накопления знаний и подготовки к технологическому прыжку 20 века. Эпоха, когда по всему миру различные учёные и просто изобретатели-самоучки чуть ли не ежедневно открывают что-то новое, зачастую тратя огромное количество времени на исследования и, при этом, не представляя конечный результат.

Один из таких людей, русский учёный Эмилий Христианович Ленц, увлекался электричеством, на тогдашнем примитивном уровне, пытаясь рассчитывать электрические цепи. В 1832 году Эмилий Ленц «застрял» с расчётами, так как параметры его смоделированной цепи «источник энергии — проводник — потребитель энергии» сильно разнились от опыта к опыту. Зимой 1832-1833 года учёный обнаружил, что причиной нестабильности является кусочек платиновой проволоки, принесённый им с холода. Отогревая или охлаждая проводник, Ленц также заметил что существует некая зависимость между силой тока, электрическим сопротивлением и температурой проводника.

Закон Джоуля-Ленца

При определённых параметрах электрической цепи проводник быстро оттаивал и даже слегка нагревался. Измерительных приборов в те времена практически никаких не существовало — невозможно было точно измерить ни силу тока, ни сопротивление. Но это был русский физик, и он проявил смекалку. Если это зависимость, то почему бы ей не быть обратимой?

Для того чтобы измерить количество тепла, выделяемого проводником, учёный сконструировал простейший «нагреватель» — стеклянная ёмкость, в которой находился спиртосодержащий раствор и погружённый в него платиновый проводник-спираль. Подавая различные величины электрического тока на проволоку, Ленц замерял время, за которое раствор нагревался до определённой температуры. Источники электрического тока в те времена были слишком слабы, чтобы разогреть раствор до серьёзной температуры, потому визуально определить количество испарившегося раствора не представлялось возможным. Из-за этого процесс исследования очень затянулся — тысячи вариантов подбора параметров источника питания, проводника, долгие замеры и последующий анализ.

Первые опыты

В середине XVII столетия Отто Герике занялся научным исследованием наблюдений Фалеса. Немецкий ученый сконструировал первый прибор в форме вращающегося шара, который он зафиксировал на железном штифте.

После его смерти исследования продолжили другие ученые:

  • немецкие физики Бозе и Винклер,
  • англичанин Хоксби.
Читайте так же:
Одноклавишный кнопочный выключатель с подсветкой

Они усовершенствовали прибор, изобретенный Генрике, и открыли некоторые другие свойства явления. Первые опыты, проводимые с помощью этого аппарата, послужили толчком для новых изобретений.

Респираторы с солнечными батареями

Берлинский изобретатель Хайнц Кнупске превратил респиратор в устройство, генерирующее электроэнергию. По сути, это привычная для нас маска, на поверхности которой закреплена маленькая солнечная батарея.

Схематично респиратор с солнечной батареей выглядит так

Как это применять: батарея вырабатывает энергию, которой хватает для подзарядки телефона или часов. В начале 2021 года в Китае уже наладили серийное производство «солнечных» масок и отправили первую партию в Европу.

Практическое применение

Применение на практике закона Джоуля-Ленца заключается в том, что тепловым действием электрического тока можно управлять, подбирая проводники с нужным сопротивлением. К примеру, для электрических нагревательных приборов, которые должны выделять максимум тепла, выбирают проводники с высоким сопротивлением.

Низкое сопротивление, напротив, позволяет проводнику практически не нагреваться при прохождении тока. Поэтому на промышленных предприятиях с усиленными требованиями к пожаробезопасности для прокладки линий электропередач используется медный кабель. Удельное сопротивление меди сечением 1 мм 2 равно 0,0175 Ом, в то время как у алюминия оно составляет 0,0271 Ом. Медь практически не нагревается, чем снижает риск возгораний.

Немного истории

Первая в мире электростанция для общественного пользования «Перл Стрит» была построена в Нью-Йорке в 1882 году. Ее спроектировал и установил не кто иной, как Томас Эдисон . И даже не брал плату за пользование вырабатываемой электроэнергией, пока весь механизм не заработал слаженно и без перебоев.

Но «прабабушка» всех станций могла зажечь только 10000 ламп, хотя и по тем временам это было чем-то сверхъестественным. В то же время современные электростанции вырабатывают в тысячи раз больше, обеспечивая электрическим током города с населением в 100000 человек!

Где используется переменный ток

Переменный ток лежит в основе принципа действия большинства известных сегодня приборов. Проще сказать, где применяется постоянный, читатели сделают выводы:

  1. Постоянный ток применяется в аккумуляторах. Переменный порождает движение – не может храниться современными устройствами. Потом в приборе электричество преобразуется в нужную форму.
  2. КПД коллекторных двигателей постоянного тока выше. По этой причине выгодно применять указанные разновидности.
  3. При помощи постоянного тока действуют магниты. К примеру, домофонов.
  4. Постоянное напряжение применяется электроникой. Потребляемый ток варьируется в некоторых пределах. В промышленности носит название постоянного.
  5. Постоянное напряжение применяется кинескопами для создания потенциала, увеличения эмиссии катода. Случаи назовем аналогами блоков питания полупроводниковой техники, хотя иногда различие значительно.
Читайте так же:
Щит освещения номинальный ток

В остальных случаях переменный ток выказывает весомое преимущество. Трансформаторы – неотъемлемая составляющая техники. Даже в сварке далеко не всегда господствует постоянный ток, но в любом современном оборудовании этого типа имеется инвертор. Так гораздо проще и удобнее получить достойные технические характеристики.

Хотя исторически первыми получены были статические заряды. Вспомним шерсть и янтарь, с которыми работал Фалес Милетский.

  • alt=»Сила тока» width=»120″ height=»120″ />Сила тока
  • alt=»Трёхфазное напряжение» width=»120″ height=»120″ />Трёхфазное напряжение
  • alt=»Электрическая цепь» width=»120″ height=»120″ />Электрическая цепь
  • alt=»Трёхфазный ток» width=»120″ height=»120″ />Трёхфазный ток

Из этого текста так и неясно, кто же изобрел переменный ток и соответственно генератор переменного тока. А Фарадей все-таки экспериментировал с магнитными полями, в том числе и изменяющимися.

Тесла открыл для планеты переменный ток и создал чертежи очень многих электроприборов (изобретений). Затем раздавал патенты на это все окружающим “ученым” потому что сам – посвятил всю свою жизнь глобальным открытиям на благо человечества и не считал правильным тратить время на введение в обиход своих бытовых изобретений, потому и раздавал их ученым – чтобы те продолжили его дело, и человечество в результате получило конечные электро-продукты.
Достаточно почитать его биографию. Он даже семью не заводил потому, что любил все человечество сразу; и на благо человечества тратил каждую минуту своей жизни, забывая о себе.

Электричество — необходимость в жизни

Электричество - необходимость в жизни

Электричество, неотъемлемая часть нашей жизни, без которой современный человек не представляет своего существования, даже не задумываясь о сути столь важного процесса. Электрический заряд – это особое свойство материи, электричеством или электрическим током называют совокупность явлений, связанных с существованием, движением и взаимодействием заряженных частиц. Электричество – это и направленный поток движения этих частиц, и выделяемая при этом форма энергии, и получаемое с ее помощью освещение, и раздел физики занимающийся изучением этих явлений. Привычное же нам понятие в 1600 году ввел в обиход английский естествоиспытатель, магистр философии и медицинских наук, Уильям Гилберт, по совместительству являющийся главным лекарем королевского двора. Экспериментируя, он заметил свойство янтаря притягивать легкие предметы, получив заряд в результате трения о сукно. Греки называли янтарь электроном, по аналогии электронами ученый назвал заряженные частицы, а само явление, с его легкой руки стало электричеством.

Читайте так же:
Применение автоматических выключателей для дежурного освещения

Интересная теория

Электрические заряды подразделяются на два вида – положительные и отрицательные, у электронов заряд отрицательный, тогда как положительный заряд прерогатива протонов. Между разноименными зарядами действует сила притяжения, одноименные отталкиваются.

Электроны и протоны не контактируют между собой и с окружающей средой, но вокруг них образуется электрическое поле, действующее на другие тела. Электрическое поле создается любым заряженным телом и воздействует на любое заряженное тело.

Электрические частицы создают не только электрическое, но и магнитное поле, понятия электричества и магнетизма родственные. Собственно, Гилберт изучал именно магнетизм, а появление термина электричества скорее приятный бонус, а не цель, поэтому его детище, в котором впервые упоминается об электричестве, называется «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле».

В ходе опыта, нацеленного на выяснение возможностей передачи электричества на расстояние, были выявлены вещества, имеющие большое сопротивление, способные проводить электрический ток (проводники), и тела, его не пропускающие (изоляторы).

Изучением электрических зарядов и связанных с их свойствами и действием явлений занимается электродинамика. Одно из основных ее направлений – квантовая электродинамика, изучающая квантовые свойства электромагнитных полей.

История изучения электричества

Как невозможно ответить на риторический вопрос о первенстве яйца или курицы, так нереально узнать, кто именно открыл электричество. Обратимся к хронологии событий, позволивших человечеству продвинуться в постижении этой науки.

  • Первые упоминания о способности тел приобретать заряд – 700 год, до н. э., Фалес.
  • Появление общей терминологии – 1600 г, У. Гилберт.
  • Первый электростатический генератор – 1663 г, О. Герике.
  • Деление веществ на проводники и изоляторы – 1729 г, С. Грей.
  • Изобретение конденсатора (накопителя) – 1745 г, П. Мушенбрук и Г. Клейст, одновременно, но в разных странах изобрели Лейденскую банку.
  • Появление всемирной теории электричества – 1747 г, Б. Франклин.
  • Переход электричества в категорию изучаемых точных наук – 1785 г, толчком послужило открытие Ш. Кулоном закона о взаимодействии электрических и магнитных зарядов.
  • Доказательство существования напряжения в живых мышечных тканях – 1791 г, Л. Гальвани.
  • Первая батарея (гальванический ток) – 1800 г, А. Вольта.
  • Открытие электрической дуги – 1802 г, В. Петров.
  • Понятие о направлении электрического тока – 1824 г, А. Ампер.
  • Выведение закона о силе тока – 1826 г, Г. Ом.
  • Выведение закона электромагнитной индукции – 1831 г, М. Фарадей, Д. Генри.
  • Выведение законов электролиза – 1834 г, М. Фарадей.
  • Выведение уравнения взаимосвязи между электрическим и магнитным полем – 1873 г, Джеймс Максвелл.
  • Изобретение первой лампы накаливания (угольный стержень) – 1872 г, А. Лодыгин.
  • Доказательство существования электрона (материального носителя электричества) – 1879 г, Д. Томсон.
  • Регистрация электромагнитных волн – 1888 г, Г. Герц.
Читайте так же:
Программируемый выключатель света с дистанционным управлением

С приходом двадцатого века мы обогатились неоновой лампой, и несколькими важными теориями (квантовая электродинамика, слабые электровзаимодействия), а сравнительно недавно, уже в веке двадцать первом свершилась первая беспроводная передача электроэнергии, но все самое интересное еще впереди.

Что удивительно, самым известным ученым, практически волшебником, весь мир считает хорватского инженера-изобретателя Никола Теслу. Он не открыл каких-либо основополагающих законов, но их отсутствие перекрыл не только бешеной харизмой, но и множеством научных работ, теорий и полезных изобретений. Считается, что и «Тунгусский метеорит», над которым по сей день ломают головы и ученые, и любознательные энтузиасты, его рук дело.

Роль электричества в природе

До подтверждения Франклином электрической природы молний, не только общественность, но и ученые искренне считали, что как раз в природе электричества-то и нет. При том, что именно оно могло стать одним из факторов, создавших условия для зарождения жизни на планете. Электричество, не только двигатель прогресса, но и основа всего живого – без напряжения, существующего в мышечных тканях, невозможны нервные импульсы, а без них невозможно даже дыхание и движение, не говоря о более сложных жизненных процессах.

Интересно, что некоторые рыбы, за счет электрического импульса добывающие пропитание и защищающиеся от врагов, вырабатывают заряды огромной силы. Они смертельны для крупных хищников, но совершенно безопасны для самих носителей, которые, по сути, являются живыми конденсаторами.

Получение и использование электричества

Электроэнергию в глобальных масштабах человечество получает в основном путем преобразования из механической. Электростанции оснащены огромными турбинами, которые вращает либо вода, либо водяной пар. В первом случае вода проходит сквозь плотину или приводится в движение под влиянием лунных циклов, во втором до состояния пара нагревается в результате процесса горения или в ходе ядерной реакции. Существуют и альтернативные источники, такие, как ветер и солнце, но их доля в общей массе пока незначительна. Выработанная энергия поступает к потребителям по линиям электропередач, так как беспроводной способ пока еще фантастика, хотя и приближенная к реальности.

Читайте так же:
Расчет зарядного тока кабельной линии

Если наши предки обходились лучиной и ручной тягой, мы полностью зависимы от освещения, связи, средств передвижения, работающих на электрогенераторах, бытовых приборов, инструментов и другой вспомогательной техники. Без электричества просто невозможно существование и развитие современной цивилизации. Недаром даже в мифологии самые грозные боги, которым поклонялись наши предки, громовержцы, повелевающие молниями – это и Зевс, и Тор, и Перун.

Подведем итоги

Сложно переоценить важность электричества, это явление не просто облегчает нашу действительность, оно в прямом смысле дает жизнь всему живому и обеспечивает взаимодействие всех существ и веществ на планете.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector