مقدمة

بدلا من مصطلح "التيار المستمر" فمن الأفضل استخدام مصطلح "الجهد المستمر". الأمر نفسه ينطبق على مصطلح "التيار المتردد"، فمن الأفضل استخدام مصطلح "الجهد المستمر". الجهد الكهربي في شبكة البطارية، كقاعدة عامة، هو أساسي، وقيمة ثابتة (باستثناء أوضاع الطوارئ)، وتعتمد القيمة الحالية على الحمل (وفقًا لقانون أوم): I = U/R، حيث I هي القوة الحالية (بالأمبير)، U - الجهد (بالفولت)، R - المقاومة (بالأوم). جميع الوحدات موجودة في نظام SI، وتستخدم في التكنولوجيا والفيزياء وغيرها. كما تستخدم كميات متعددة، على سبيل المثال، كيلو فولت (1000 × فولت).

التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة (الموجهة) للجزيئات المشحونة. ينشأ التيار الكهربائي من الحركة المنظمة للإلكترونات الحرة (في المعادن) أو الأيونات (في الإلكتروليتات).

الفرق الرئيسي بين الجهد المباشر هو أنه ثابت من حيث الحجم والإشارة، و"يتدفق" التيار المباشر في اتجاه واحد، على سبيل المثال، من خلال الأسلاك المعدنية (حاملات التيار هي الإلكترونات) من الطرف السالب لمصدر الجهد إلى الطرف الموجب (في الإلكتروليتات، يتم إنشاء التيار بواسطة الأيونات الموجبة والسالبة).

يتغير الجهد والتيار المتناوب وفقًا لقانون الجيوب الأنفية، من الصفر إلى قيمة السعة الموجبة (الحد الأقصى الموجب)، ثم يتناقص إلى الصفر ويستمر في الانخفاض إلى قيمة السعة السالبة (الحد الأقصى السلبي)، ثم يزيد، ويمر عبر الصفر مرة أخرى إلى قيمة السعة الإيجابية.

يتغير التيار المتردد خلال فترة زمنية سواء من حيث حجمه أو اتجاه الحركة الحالية.

متوسط ​​القيمة الحالية خلال الفترة هو صفر.

القيمة الفعالة للتيار المتردد هي قوة التيار المباشر الذي يكون عنده متوسط ​​الطاقة المنبعثة في موصل في دائرة تيار متردد مساوية للطاقة المنبعثة في نفس الموصل في دائرة تيار مباشر. عندما يتحدثون عن التيارات والفولتية في شبكة التيار المتردد، فإنهم يقصدون قيمها الفعالة. جهد الشبكة 220 فولت هو جهد الشبكة الحالي.

تاريخ التيار الكهربائي

من أعظم اكتشافات البشرية الكهرباء. بفضل الكهرباء، تمكنت حضارتنا من التطور بشكل مكثف وما زالت تتطور حتى يومنا هذا. ربما تكون الكهرباء هي أكثر أشكال الطاقة صديقة للبيئة. ومن المحتمل أن يصبح قريبًا النوع الرئيسي من الطاقة بعد استنفاد موارد المواد الخام لكوكبنا. ولكن من الذي اخترع أو اكتشف الكهرباء؟ دعونا نتحدث عن كل شيء بالترتيب..

يعود اكتشاف الكهرباء إلى زمن طويل. تم اكتشاف الأنا على يد الفيلسوف اليوناني طاليس في القرن السابع قبل الميلاد. ه. واكتشف أنه إذا قمت بفرك الكهرمان على الصوف، فإنه يمكن أن يجذب الأجسام الخفيفة. بالمناسبة، الإلكترون في اليونانية يعني "العنبر"، والكهرباء تعني "العنبر". ظهرت هذه المصطلحات لأول مرة فقط في عام 1600، لأن ملاحظات طاليس ظلت ملاحظات.

في عام 1650، قام عمدة مدينة ماغدبورغ، أوتو فون غيريكي، ببناء منشأة كهروستاتيكية. هذا قضيب معدني مثبت عليه كرة من الكبريت. مع هذا الجهاز كان من الممكن ملاحظة خصائص الجذب والتنافر.

1745 في هذا العام تم تجميع أول مكثف كهربائي، والذي كان يسمى جرة ليدن. مؤلف هذا الاختراع هو بيتر فان موشنبروك من هولندا.

1747 ظهور عمل (مقال) للأمريكي بنجامين فرانكلين بعنوان "تجارب وملاحظات حول الكهرباء". وكانت هذه، في الواقع، أول نظرية للكهرباء، حيث أطلق فرانكلين على الكهرباء مصطلح "السوائل غير المادية". يطرح هذا العمل أيضًا نظرية حول وجود الشحنات الموجبة والسالبة. اخترع ب. فرانكلين مانع الصواعق وبمساعدته تمكن من إثبات أن البرق ذو طبيعة كهربائية بوضوح.

1785 أصبح هذا العام نقطة تحول، وأتاح نقل دراسة الكهرباء إلى المستوى العلمي. وهذا هو اكتشاف قانون كولومب.

في عام 1800، حدث اختراع رئيسي آخر، مما جعل من الممكن دراسة الكهرباء بشكل أكثر تحديدًا وإجراء العديد من التجارب المفيدة. وهذا هو اختراع أول مصدر للتيار المباشر على يد فولت الإيطالي. كانت هذه أول خلية كلفانية، تتكون من الفضة (تم استخدام النحاس لاحقًا بدلاً من الفضة) ودوائر الزنك، ووُضِع بينها ورق منقوع في الماء المالح.

في عام 1821، اكتشف أمبير (عالم فيزياء فرنسي) أن المغناطيسية حول الموصل تظهر فقط عند تطبيق تيار كهربائي عليه، ومع الكهرباء الساكنة لا توجد مغناطيسية.

كما قدم العلماء جول ولينز وأوم وجاوس مساهمة لا تقدر بثمن في دراسة الكهرباء. يصف غاوس في عام 1830 بالفعل النظرية الرئيسية لنظرية المجال الكهروستاتيكي.

كما اخترع فاراداي أول محرك كهربائي. لقد كان موصلًا يحمل تيارًا كهربائيًا يمكن أن يدور حول مغناطيس دائم.

من اخترع الكهرباء ومتى حدث؟ على الرغم من أن الكهرباء دخلت حياتنا بقوة وغيرتها بشكل جذري، إلا أن معظم الناس يجدون صعوبة في الإجابة على هذا السؤال.

وهذا ليس مفاجئا، لأن البشرية تتجه نحو عصر الكهرباء منذ آلاف السنين.

الضوء والإلكترونات.

تسمى الكهرباء عادة مجموعة من الظواهر التي تعتمد على حركة وتفاعل جزيئات صغيرة مشحونة تسمى الشحنات الكهربائية.

مصطلح "الكهرباء" نفسه يأتي من الكلمة اليونانية "الإلكترون"، والتي تُترجم إلى اللغة الروسية وتعني "العنبر".

أُطلق هذا الاسم على الظاهرة الفيزيائية لسبب ما، لأن التجارب الأولى في توليد الكهرباء تعود إلى العصور القديمة، عندما كانت في القرن السابع. قبل الميلاد ه. توصل الفيلسوف وعالم الرياضيات اليوناني القديم طاليس إلى اكتشاف أن قطعة من الكهرمان المسحوبة على الصوف قادرة على جذب الورق والريش والأشياء الأخرى ذات الوزن المنخفض.

وفي الوقت نفسه، جرت محاولات للحصول على شرارة بعد فرك إصبعك على الزجاج. لكن من الواضح أن المعرفة المتاحة للناس في تلك العصور القديمة لم تكن كافية لشرح طبيعة أصل الظواهر الفيزيائية الناتجة.

تم إحراز تقدم ملحوظ في دراسة الكهرباء بعد ألفي عام. في عام 1600، نشر طبيب بلاط الملكة البريطانية ويليام جيلبرت أطروحة بعنوان "حول المغناطيس والأجسام المغناطيسية والمغناطيس العظيم - الأرض"، حيث استخدم كلمة "كهرباء" لأول مرة في التاريخ.

شرح العالم الإنجليزي في عمله مبدأ تشغيل البوصلة القائمة على المغناطيس ووصف التجارب على الأجسام المكهربة. تمكن جيلبرت من التوصل إلى استنتاج مفاده أن القدرة على أن تصبح مكهربًا هي سمة من سمات الهيئات المختلفة.

يمكن أن يُطلق على استمرار أبحاث ويليام جيلبرت اسم العمدة الألماني أوتو فون غيريكي، الذي تمكن في عام 1663 من اختراع أول آلة كهروستاتيكية في تاريخ البشرية.

كان اختراع الألماني عبارة عن جهاز يتكون من كرة كبريتية كبيرة مثبتة على محور حديدي ومثبتة على حامل ثلاثي القوائم خشبي.

للحصول على شحنة كهربائية يتم فرك الكرة بقطعة من القماش أو بيديك أثناء دورانها. هذا الجهاز البسيط جعل من الممكن ليس فقط جذب الأشياء الخفيفة إلى نفسه، ولكن أيضًا صدها.

في عام 1729، واصلت تجارب دراسة الكهرباء عالم من إنجلترا ستيفن جراي. وتمكن من تحديد أن المعادن وبعض أنواع المواد الأخرى قادرة على نقل التيار الكهربائي عبر مسافة. بدأوا يطلق عليهم الموصلات.

خلال تجاربه، اكتشف جراي أن هناك مواد في الطبيعة غير قادرة على نقل الكهرباء. وتشمل هذه العنبر والزجاج والكبريت وغيرها. وقد سميت هذه المواد فيما بعد بالعوازل.

بعد 4 سنوات من تجارب ستيفن جراي، اكتشف الفيزيائي الفرنسي تشارلز دوفاي وجود نوعين من الشحنات الكهربائية (الراتنج والزجاج) ودرس تفاعلهما مع بعضهما البعض. في وقت لاحق، بدأت التهم التي وصفها دوفاي تسمى سلبية وإيجابية.

اختراعات القرون الأخيرة

منتصف القرن الثامن عشر يمثل بداية عصر الدراسة النشطة للكهرباء. في عام 1745، ابتكر العالم الهولندي بيتر فان موشنبروك جهازًا لتخزين الكهرباء، أطلق عليه اسم "جرة ليدن".

في روسيا، في نفس الفترة تقريبًا، قام ميخائيل لومونوسوف وجورج ريتشمان بدراسة الخصائص الكهربائية بنشاط.

أول من حاول تقديم تفسير علمي للكهرباء هو السياسي والعالم الأمريكي بنجامين فرانكلين.

ووفقا لنظريته، الكهرباء هي سائل غير مادي موجود في جميع المواد الفيزيائية. وأثناء عملية الاحتكاك، ينتقل جزء من هذا السائل من جسم إلى آخر، مما يؤدي إلى حدوث شحنة كهربائية.

تشمل إنجازات فرانكلين الأخرى ما يلي:

• مقدمة في استخدام مفهوم الشحنة الكهربائية السلبية والإيجابية؛
• اختراع أول مانعة صواعق؛
• إثبات المنشأ الكهربائي للبرق.

في عام 1785، صاغ الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولومب قانونًا يشرح التفاعل بين الشحنات النقطية في الحالة الثابتة.

أصبح قانون كولومب نقطة البداية لدراسة الكهرباء كمفهوم علمي دقيق.

منذ بداية القرن التاسع عشر، تم تحقيق العديد من الاكتشافات حول العالم والتي تتيح لنا دراسة خصائص الكهرباء بشكل أفضل.

وفي عام 1800، اخترع العالم الإيطالي أليساندرو فولتا خلية كلفانية، والتي كانت أول مصدر للتيار المباشر في تاريخ البشرية. وبعد فترة وجيزة، اكتشف الفيزيائي الروسي فاسيلي بيتروف ووصف تفريغًا في غاز يسمى القوس الفولتي.

في العشرينات من القرن التاسع عشر، أدخل أندريه ماري أمبير مفهوم "التيار الكهربائي" إلى الفيزياء وقام بصياغة نظرية حول العلاقة بين المجالات المغناطيسية والمجالات الكهربائية.

في النصف الأول من القرن التاسع عشر، قام الفيزيائيون جيمس جول، وجورج أوم، ويوهان غاوس، ومايكل فاراداي وغيرهم من العلماء المشهورين عالميًا باكتشافاتهم. وعلى وجه الخصوص، كان فاراداي مسؤولاً عن اكتشاف التحليل الكهربائي والحث الكهرومغناطيسي واختراع المحرك الكهربائي.

وفي العقود الأخيرة من القرن التاسع عشر، اكتشف الفيزيائيون وجود الموجات الكهرومغناطيسية، واخترعوا المصباح المتوهج، وبدأوا بنقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة. من هذه الفترة، تبدأ الكهرباء في الانتشار ببطء ولكن بثبات في جميع أنحاء الكوكب.

ويرتبط اختراعه بأسماء أعظم العلماء في العالم، الذين بذل كل منهم في وقت واحد قصارى جهده لدراسة خصائص الكهرباء ونقل معارفهم واكتشافاتهم إلى الأجيال اللاحقة.

إضافة الموقع إلى الإشارات المرجعية

تاريخ الكهرباء

الكهرباء، مجموعة من الظواهر الناتجة عن وجود وحركة وتفاعل الأجسام أو الجسيمات المشحونة كهربائياً. يتم تفاعل الشحنات الكهربائية باستخدام المجال الكهرومغناطيسي (في حالة الشحنات الكهربائية الثابتة - المجال الكهروستاتيكي).

تثير الشحنات المتحركة (التيار الكهربائي) إلى جانب الشحنة الكهربائية مجالًا مغناطيسيًا أيضًا، أي أنها تولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يحدث من خلاله التفاعل الكهرومغناطيسي (دراسة المغناطيسية جزء لا يتجزأ من الدراسة العامة للكهرباء). يتم وصف الظواهر الكهرومغناطيسية بواسطة الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، والتي تعتمد على معادلات ماكسويل

تغطي قوانين النظرية الكلاسيكية للكهرباء مجموعة ضخمة من العمليات الكهرومغناطيسية. من بين الأنواع الأربعة للتفاعلات (الكهرومغناطيسية، والجاذبية، والقوية والضعيفة) الموجودة في الطبيعة، تحتل التفاعلات الكهرومغناطيسية المركز الأول من حيث اتساع وتنوع مظاهرها. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن جميع الأجسام مبنية من جسيمات مشحونة كهربائيًا ذات علامات متضادة، وتكون التفاعلات بينها، من ناحية، أكثر كثافة بكثير من الجاذبية والضعيفة، ومن ناحية أخرى، تكون طويلة - المدى على النقيض من التفاعلات القوية. يتم تحديد بنية الأصداف الذرية وتماسك الذرات في الجزيئات (القوى الكيميائية) وتكوين المادة المكثفة عن طريق التفاعل الكهرومغناطيسي.

إن أبسط الظواهر الكهربائية والمغناطيسية معروفة منذ العصور القديمة. تم العثور على معادن تجذب قطع الحديد، كما تم اكتشاف أن الكهرمان (الإلكترون اليوناني، الإلكترون، ومن هنا مصطلح الكهرباء)، عند فركه على الصوف، يجذب الأجسام الخفيفة (كهربة عن طريق الاحتكاك). ومع ذلك، فقط في عام 1600، أنشأ W. Gilbert لأول مرة الفرق بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية. اكتشف وجود الأقطاب المغناطيسية وعدم انفصالها عن بعضها البعض، كما أثبت أن الكرة الأرضية عبارة عن مغناطيس عملاق.

في السابع عشر - النصف الأول من القرن الثامن عشر. تم إجراء العديد من التجارب على الأجسام المكهربة، وتم بناء أول آلات كهروستاتيكية تعتمد على الكهربة عن طريق الاحتكاك، وتم إثبات وجود شحنات كهربائية من نوعين (C. Dufay)، وتم اكتشاف التوصيل الكهربائي للمعادن (العالم الإنجليزي S. رمادي). ومع اختراع المكثف الأول - برطمان ليدن (1745) - أصبح من الممكن تراكم شحنات كهربائية كبيرة. في 1747-1753، وضع فرانكلين الخطوط العريضة لأول نظرية متسقة للظواهر الكهربائية، وأخيرا حدد الطبيعة الكهربائية للبرق واخترع مانعة الصواعق.

في النصف الثاني من القرن الثامن عشر. بدأت الدراسة الكمية للظواهر الكهربائية والمغناطيسية. ظهرت أدوات القياس الأولى - أجهزة الكشف الكهربائية ذات التصميمات المختلفة وأجهزة القياس الكهربائية. قام ج. كافنديش (1773) وسي. كولومب (1785) بتأسيس قانون تفاعل الشحنات الكهربائية الثابتة (تم نشر أعمال كافنديش فقط في عام 1879).

هذا القانون الأساسي للكهرباء الساكنة (قانون كولوم) جعل من الممكن لأول مرة إنشاء طريقة لقياس الشحنات الكهربائية بواسطة قوى التفاعل بينها. كما وضع كولومب قانون التفاعل بين أقطاب المغناطيس الطويل وقدم مفهوم الشحنات المغناطيسية المركزة في نهايات المغناطيس.

ترتبط المرحلة التالية في تطور علم الكهرباء بالاكتشاف الذي حدث في نهاية القرن الثامن عشر. ل. جالفاني "كهرباء الحيوان" ويعمل أ.فولتيالذي اخترع المصدر الأول للتيار الكهربائي - وهو عنصر كلفاني (ما يسمى بالعمود الفلطائي، 1800)، مما يخلق تيارًا مستمرًا (مباشرًا) لفترة طويلة. في عام 1802، V. V. اكتشف بتروف، بعد أن قام ببناء خلية كلفانية ذات قوة أكبر بكثير، القوس الكهربائي، ودرس خصائصه وأشار إلى إمكانية استخدامه للإضاءة، وكذلك لصهر المعادن ولحامها. حصل G. Davy على معادن غير معروفة سابقًا - الصوديوم والبوتاسيوم - عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للقلويات (1807). أثبت جي بي جول (1841) أن كمية الحرارة المتولدة في الموصل بواسطة التيار الكهربائي تتناسب مع مربع التيار؛ تم إثبات هذا القانون (1842) من خلال التجارب الدقيقة التي أجراها إي إتش لينز (قانون جول لينز).

أنشأ G. Ohm (1826) الاعتماد الكمي للتيار الكهربائي على الجهد في الدائرة. صاغ K. F. غاوس (1830) النظرية الأساسية للكهرباء الساكنة.

تم الاكتشاف الأساسي بواسطة H. Oersted في عام 1820؛ اكتشف تأثير التيار الكهربائي على الإبرة المغناطيسية - وهي الظاهرة التي تشهد على العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. بعد ذلك، في نفس العام، أنشأ A. M. Ampere قانون تفاعل التيارات الكهربائية (قانون أمبير). كما أظهر أيضًا أنه يمكن تفسير خصائص المغناطيس الدائم على أساس افتراض أن التيارات الكهربائية الثابتة (التيارات الجزيئية) تدور في جزيئات الأجسام الممغنطة. وهكذا، وفقًا لأمبير، فإن جميع الظواهر المغناطيسية تختزل في تفاعلات التيارات، في حين لا توجد شحنات مغناطيسية. ومنذ اكتشاف أورستد وأمبير، أصبحت عقيدة المغناطيسية جزءًا لا يتجزأ من عقيدة الكهرباء.

من الربع الثاني من القرن التاسع عشر. بدأ الاختراق السريع للكهرباء في التكنولوجيا. في العشرينات ظهرت المغناطيسات الكهربائية الأولى. أحد الاستخدامات الأولى للكهرباء كان جهاز التلغراف، في الثلاثينيات والأربعينيات. تم بناء المحركات الكهربائية ومولدات التيار، وفي الأربعينيات تم إنشاء أجهزة الإضاءة الكهربائية وما إلى ذلك. وبعد ذلك، زاد الاستخدام العملي للكهرباء أكثر فأكثر، مما كان له بدوره تأثير كبير على عقيدة الكهرباء.

في الثلاثينيات والأربعينيات. القرن التاسع عشر فاراداي، مبتكر النظرية العامة للظواهر الكهرومغناطيسية، والتي يتم فيها النظر إلى جميع الظواهر الكهربائية والمغناطيسية من وجهة نظر واحدة، ساهم بشكل كبير في تطوير علم الكهرباء. بمساعدة التجارب، أثبت أن تأثيرات الشحنات والتيارات الكهربائية لا تعتمد على طريقة إنتاجها [قبل فاراداي، ميزوا بين "العادي" (الذي تم الحصول عليه عن طريق الكهربة عن طريق الاحتكاك)، والغلاف الجوي، و"الكلفاني"، والمغناطيسي. والطاقة الحرارية والحيوانية وأنواع الطاقة الأخرى. ].

تجربة أراجو ("المغناطيسية الدورانية").

في عام 1831، اكتشف فاراداي الحث الكهرومغناطيسي - إثارة تيار كهربائي في دائرة تقع في مجال مغناطيسي متناوب. تشكل هذه الظاهرة (التي لاحظها ج. هنري أيضًا في عام 1832) أساس الهندسة الكهربائية. في 1833-1834، وضع فاراداي قوانين التحليل الكهربائي. كانت أعماله هذه بمثابة بداية الكيمياء الكهربائية. في وقت لاحق، في محاولة للعثور على العلاقة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية والظواهر البصرية، اكتشف استقطاب العوازل الكهربائية (1837)، وظواهر بارامغناطيسية وثنائية مغناطيسية (1845)، والدوران المغناطيسي لمستوى استقطاب الضوء (1845)، وما إلى ذلك. .

قدم فاراداي لأول مرة مفهوم المجالات الكهربائية والمغناطيسية. ونفى مفهوم الفعل عن بعد، الذي يعتقد أنصاره أن الأجسام تؤثر بشكل مباشر (من خلال الفراغ) على بعضها البعض عن بعد.

وفقًا لأفكار فاراداي، يتم التفاعل بين الشحنات والتيارات من خلال عوامل وسيطة: تخلق الشحنات والتيارات مجالات كهربائية أو مغناطيسية (على التوالي) في الفضاء المحيط، وبمساعدتها ينتقل التفاعل من نقطة إلى أخرى (المفهوم من العمل قصير المدى). كانت أفكاره حول المجالات الكهربائية والمغناطيسية مبنية على مفهوم خطوط القوة، والتي اعتبرها تشكيلات ميكانيكية في وسط افتراضي - الأثير، تشبه الخيوط أو الحبال المرنة المشدودة.

أفكار فاراداي حول حقيقة المجال الكهرومغناطيسي لم تحظى بالاعتراف على الفور. أول صياغة رياضية لقوانين الحث الكهرومغناطيسي قدمها ف. نيومان في عام 1845 في لغة مفهوم العمل بعيد المدى.

كما قدم أيضًا المفاهيم المهمة لمعاملات الحث الذاتي والمتبادل للتيارات. تم الكشف عن معنى هذه المفاهيم بالكامل لاحقًا، عندما طور دبليو طومسون (اللورد كلفن) (1853) نظرية التذبذبات الكهربائية في دائرة تتكون من مكثف (سعة) وملف (محاثة).
كان من الأهمية بمكان لتطوير عقيدة الكهرباء إنشاء أدوات وطرق جديدة للقياسات الكهربائية، بالإضافة إلى نظام موحد لوحدات القياس الكهربائية والمغناطيسية أنشأه غاوس و. ويبر.

في عام 1846، أشار فيبر إلى العلاقة بين قوة التيار وكثافة الشحنات الكهربائية في الموصل وسرعة حركتها المنتظمة. كما وضع قانون تفاعل الشحنات النقطية المتحركة، والذي تضمن ثابتًا كهروديناميكيًا عالميًا جديدًا، وهو نسبة وحدات الشحنة الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية وله بعد السرعة.

عند تحديده تجريبيًا (Weber and F. Kohlrausch, 1856)، تم الحصول على هذا الثابت بقيمة قريبة من سرعة الضوء؛ وكان هذا مؤشرا واضحا على العلاقة بين الظواهر الكهرومغناطيسية والبصرية.

في 1861-1873، تم تطوير مبدأ الكهرباء واستكماله في أعمال جي سي ماكسويل. استنادًا إلى القوانين التجريبية للظواهر الكهرومغناطيسية وتقديم فرضية حول توليد المجال المغناطيسي بواسطة مجال كهربائي متناوب، صاغ ماكسويل المعادلات الأساسية للديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، التي سميت باسمه. في الوقت نفسه، اعتبر، مثل فاراداي، الظواهر الكهرومغناطيسية كشكل معين من العمليات الميكانيكية في الأثير.

والنتيجة الرئيسية الجديدة الناشئة عن هذه المعادلات هي وجود موجات كهرومغناطيسية تنتشر بسرعة الضوء. شكلت معادلات ماكسويل أساس النظرية الكهرومغناطيسية للضوء. وجدت نظرية ماكسويل تأكيدًا حاسمًا في الفترة 1886-1889، عندما أثبت ج.هيرتز تجريبيًا وجود الموجات الكهرومغناطيسية. وبعد اكتشافه، جرت محاولات لإنشاء اتصالات باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية، وبلغت ذروتها في إنشاء الراديو، وبدأت الأبحاث المكثفة في مجال الهندسة الراديوية.

في نهاية التاسع عشر - بداية القرن العشرين. بدأت مرحلة جديدة في تطور نظرية الكهرباء. بلغت الأبحاث في مجال التصريفات الكهربائية ذروتها باكتشاف جي جي طومسون للطبيعة المنفصلة للشحنات الكهربائية. وفي عام 1897 قام بقياس نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته، وفي عام 1898 حدد القيمة المطلقة لشحنة الإلكترون. لورنتز، بالاعتماد على اكتشاف طومسون واستنتاجات النظرية الحركية الجزيئية، وضع أسس النظرية الإلكترونية لبنية المادة. في النظرية الإلكترونية الكلاسيكية، تعتبر المادة عبارة عن مجموعة من الجسيمات المشحونة كهربائيًا، والتي تخضع حركتها لقوانين الميكانيكا الكلاسيكية. يتم الحصول على معادلات ماكسويل من معادلات نظرية الإلكترون عن طريق المتوسط ​​الإحصائي.

واجهت محاولات تطبيق قوانين الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية لدراسة العمليات الكهرومغناطيسية في الوسائط المتحركة صعوبات كبيرة. في محاولة لحلها، توصل أ. أينشتاين (1905) إلى نسبية النظرية. وقد دحضت هذه النظرية أخيرا فكرة وجود الأثير الذي يتمتع بخصائص ميكانيكية. بعد إنشاء النظرية النسبية، أصبح من الواضح أن قوانين الديناميكا الكهربائية لا يمكن اختزالها في قوانين الميكانيكا الكلاسيكية.

وفي فترات زمنية زمانية صغيرة، تصبح الخصائص الكمومية للمجال الكهرومغناطيسي، والتي لا تأخذها النظرية الكلاسيكية للكهرباء في الاعتبار، ذات أهمية. تم إنشاء النظرية الكمومية للعمليات الكهرومغناطيسية - الديناميكا الكهربائية الكمومية - في الربع الثاني من القرن العشرين. إن نظرية الكم للمادة والمجال تتجاوز بالفعل دراسة الكهرباء وتدرس مشاكل أكثر جوهرية تتعلق بقوانين حركة الجسيمات الأولية وبنيتها.

ومع اكتشاف حقائق جديدة وإنشاء نظريات جديدة، لم تتضاءل أهمية العقيدة الكلاسيكية للكهرباء، بل تم تحديد حدود تطبيق الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية فقط. ضمن هذه الحدود، تظل معادلات ماكسويل ونظرية الإلكترون الكلاسيكية صالحة، كونها أساس النظرية الحديثة للكهرباء.

تشكل الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية الأساس لمعظم فروع الهندسة الكهربائية وهندسة الراديو والإلكترونيات والبصريات (الاستثناء هو الإلكترونيات الكمومية). وباستخدام معادلاته تم حل عدد كبير من المسائل النظرية والتطبيقية. على وجه الخصوص، تم حل العديد من مشاكل سلوك البلازما في ظروف المختبر وفي الفضاء باستخدام معادلات ماكسويل.

. (تاريخ اكتشاف الظاهرة)

قبل 1600ظلت معرفة الأوروبيين بالكهرباء على مستوى الإغريق القدماء، مما كرر تاريخ تطور نظرية المحركات النفاثة البخارية ("إليوبيلوس" بقلم أ. هيرون).

كان مؤسس علم الكهرباء في أوروبا خريج جامعتي كامبريدج وأكسفورد، وهو فيزيائي إنجليزي وطبيب بلاط الملكة إليزابيث. - ويليام جيلبرت(1544-1603). بمساعدة "Versor" (أول مكشاف كهربائي)، أظهر W. Gilbert أن ليس فقط العنبر المفرك، ولكن أيضًا الماس والياقوت والكربوروندوم والأوبال والجمشت والكريستال الصخري والزجاج والأردواز وما إلى ذلك لديهم القدرة على الجذب. الأجسام الخفيفة (القش) التي سماها "كهربائي"المعادن.

بالإضافة إلى ذلك، لاحظ جيلبرت أن اللهب "يدمر" الخواص الكهربائية للأجسام المكتسبة من خلال الاحتكاك، ولأول مرة درس الظواهر المغناطيسية، وثبت أن:

للمغناطيس دائمًا قطبان: الشمال والجنوب؛
- الأقطاب المتشابهة تتنافر، والأقطاب المتباينة تتجاذب؛
- من خلال نشر المغناطيس، لا يمكنك الحصول على مغناطيس بقطب واحد فقط؛
- الأجسام الحديدية تحت تأثير المغناطيس تكتسب خصائص مغناطيسية (الحث المغناطيسي)؛
- يمكن تعزيز المغناطيسية الطبيعية بتركيبات حديدية.

من خلال دراسة الخواص المغناطيسية للكرة الممغنطة باستخدام إبرة مغناطيسية، توصل جيلبرت إلى استنتاج مفاده أنها تتوافق مع الخواص المغناطيسية للأرض، وأن الأرض هي أكبر مغناطيس، وهو ما يفسر الميل المستمر للإبرة المغناطيسية.

1650: أوتو فون غيريكه(1602-1686) ابتكر أول آلة كهربائية، والتي كانت تستخرج شرارات كبيرة من كرة محكوكة مصبوبة من الكبريت، والتي قد يكون حقنها مؤلمًا. ومع ذلك، سر الخصائص "السائل الكهربائي"كما كانت تسمى هذه الظاهرة في ذلك الوقت، ولم تجد أي تفسير حينها.

1733: عالم فيزياء فرنسي، عضو أكاديمية باريس للعلوم , تشارلز فرانسوا دوفاي (دوفاي، دو فاي، 1698-1739) اكتشف وجود نوعين من الكهرباء أطلق عليهما "الزجاج" و"الراتنج". يحدث الأول على الزجاج والكريستال الصخري والأحجار الكريمة والصوف والشعر وما إلى ذلك؛ الثاني - على العنبر والحرير والورق وما إلى ذلك.

بعد تجارب عديدة، كان السيد دوفاي أول من قام بكهربة جسم الإنسان و"استقبال" الشرر منه. شملت اهتماماته العلمية المغناطيسية والتفسفر والانكسار المزدوج في البلورات، والتي أصبحت فيما بعد أساسًا لإنشاء الليزر البصري. للكشف عن قياسات الكهرباء، استخدم نسخة جيلبرت، مما جعله أكثر حساسية. ولأول مرة عبر عن فكرة الطبيعة الكهربائية للبرق والرعد.

1745:خريج جامعة ليدن (هولندا) فيزيائي بيتر فان موشنبروك(موسشنبروك بيتر فان، 1692-1761) اخترع أول مصدر مستقل للكهرباء - جرة ليدن وأجرى عليها سلسلة من التجارب، أثبت خلالها العلاقة بين التفريغ الكهربائي وتأثيره الفسيولوجي على الكائن الحي.

كان جرة ليدن عبارة عن وعاء زجاجي، كانت جدرانه مبطنة برقائق الرصاص من الداخل والخارج، وكان أول مكثف كهربائي. إذا كانت لوحات الجهاز المشحونة من مولد إلكتروستاتيكي بواسطة O. von Guericke متصلة بسلك رفيع، فإنها تسخن بسرعة وتذوب أحيانًا، مما يشير إلى وجود مصدر طاقة في البنك يمكن نقله بعيدًا عن الأرض. مكان شحنه.

1747:عضو أكاديمية باريس للعلوم، فيزيائي تجريبي فرنسي جان أنطوان نوليت(1700-1770) اخترع أول جهاز لتقييم الإمكانات الكهربائية - المكشاف الكهربائي، سجلت حقيقة "استنزاف" أسرع للكهرباء من الأجسام الحادة وشكلت لأول مرة نظرية حول تأثير الكهرباء على الكائنات الحية والنباتات.

1747–1753:رجل دولة وعالم ومعلم أمريكي بنيامين (بنجامين) فرانكلين(فرانكلين، 1706-1790) ينشر سلسلة من الأعمال حول فيزياء الكهرباء، حيث:
- قدم التعيين المقبول عمومًا الآن للحالات المشحونة كهربائيًا «+» و «–» ;
- شرح مبدأ تشغيل جرة ليدن، موضحًا أن الدور الرئيسي فيها يلعبه العازل الذي يفصل بين الألواح الموصلة؛
- تحديد هوية الكهرباء المولدة في الغلاف الجوي والاحتكاك وقدم دليلاً على الطبيعة الكهربائية للبرق؛
- أثبت أن النقاط المعدنية المتصلة بالأرض تزيل الشحنات الكهربائية من الأجسام المشحونة حتى دون الاتصال بها واقترح مانعة الصواعق؛
- طرح فكرة المحرك الكهربائي وعرض "عجلة كهربائية" تدور تحت تأثير القوى الكهروستاتيكية؛
- أول من استخدم شرارة كهربائية لتفجير البارود.

1759:فيزيائي في روسيا فرانز أولريش ثيودور إيبينوس(إيبينوس، 1724-1802)، ولأول مرة يطرح فرضية حول وجود علاقة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية.

1761:ميكانيكي وفيزيائي وفلكي سويسري ليونارد أويلر(L. Euler, 1707-1783) يصف آلة إلكتروستاتيكية جديدة تتكون من قرص دوار من مادة عازلة مع ألواح جلدية ملتصقة بشكل شعاعي. لإزالة الشحنة الكهربائية، كان من الضروري توصيل ملامسات حريرية بالقرص، متصلة بقضبان نحاسية ذات نهايات كروية. ومن خلال تقريب الكرات من بعضها البعض، كان من الممكن ملاحظة عملية الانهيار الكهربائي للغلاف الجوي (البرق الاصطناعي).

1785-1789:الفيزيائي الفرنسي قلادة تشارلز أوغسطين(س. كولومب، 1736-1806) ينشر سبعة أعمال. الذي يصف فيه قانون تفاعل الشحنات الكهربائية والأقطاب المغناطيسية (قانون كولوم)، ويقدم مفهوم العزم المغناطيسي واستقطاب الشحنات ويثبت أن الشحنات الكهربائية توجد دائمًا على سطح الموصل.

1791:رسالة نشرت في إيطاليا لويجي جالفاني(ل. جالفاني، 1737-1798)، "De Viribus Electricitatis In Motu Musculari Commentarius" ("دراسة عن قوى الكهرباء أثناء الحركة العضلية")، والتي أثبتت أن يتم إنتاج الكهرباء بواسطة كائن حيويتجلى بشكل أكثر فعالية في الاتصال بالموصلات المتباينة. حاليًا، هذا التأثير يكمن وراء مبدأ تشغيل مخططات كهربية القلب.

1795:أستاذ إيطالي ألكسندر فولتا(اليساندرو جوزيبي أنطونيو أناستاسيو فولتا، 1745-1827) يستكشف هذه الظاهرة الاتصال بفرق الجهد من المعادن المختلفةوباستخدام مقياس كهربي من تصميمه الخاص يعطي تقييمًا رقميًا لهذه الظاهرة. وصف أ. فولتا نتائج تجاربه لأول مرة في الأول من أغسطس عام 1786 في رسالة إلى صديقه. حاليًا، يتم استخدام تأثير فرق جهد التلامس في المزدوجات الحرارية وأنظمة الحماية الأنودية (الكهروكيميائية) للهياكل المعدنية.

1799:.أ. فولتا يخترع مصدرا كلف(كهربائي) الحالي - القطب فولت. يتكون العمود الفلطائي الأول من 20 زوجًا من دوائر النحاس والزنك، مفصولة بقطع من القماش المبللة بالماء المالح، ويُفترض أنه يمكن أن ينتج جهدًا يتراوح بين 40-50 فولتًا وتيارًا يصل إلى 1 أمبير.

في عام 1800في المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية، المجلد. "90" بعنوان "في الكهرباء المثارة بمجرد ملامسة مواد موصلة على اختلاف أنواعها" وصف جهاز يسمى "الجهاز الدافع الكهربائي"، رأى أ. فولتا أن مبدأ تشغيل مصدره الحالي يعتمد على فرق جهد التلامس، وبعد سنوات عديدة فقط ثبت أن سبب القوة الدافعة الكهربية. في الخلية الجلفانية يوجد التفاعل الكيميائي للمعادن مع سائل موصل - المنحل بالكهرباء. في خريف عام 1801، تم إنشاء أول بطارية كلفانية في روسيا، وتتكون من 150 قرصًا من الفضة والزنك. وبعد مرور عام، في خريف عام 1802، تم تصنيع بطارية من 4200 قرص من النحاس والزنك، تنتج جهدًا قدره 1500 فولت.

1820:عالم فيزياء دنماركي هانز كريستيان أورستد(إيرستد، 1777-1851) خلال التجارب التي أجريت على انحراف الإبرة المغناطيسية تحت تأثير موصل يحمل التيار، أنشأت صلة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية. وقد حفز تقرير هذه الظاهرة، الذي نشر عام 1820، البحث في مجال الكهرومغناطيسية، مما أدى في النهاية إلى تشكيل أسس الهندسة الكهربائية الحديثة.

كان أول أتباع H. Oersted هو الفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير(1775-1836) صاغ في نفس العام قاعدة تحديد اتجاه عمل التيار الكهربائي على إبرة مغناطيسية، والتي أسماها "قاعدة السباح" (قاعدة أمبير أو قاعدة اليد اليمنى)، وبعدها قوانين تفاعل القوى. تم تحديد المجالات الكهربائية والمغناطيسية (1820)، وفي إطارها تم صياغة فكرة استخدام الظواهر الكهرومغناطيسية لنقل الإشارة الكهربائية عن بعد لأول مرة.

في عام 1822 قام أ. أمبير بإنشاء أول مضخم للمجال الكهرومغناطيسي- ملفات متعددة الدورات مصنوعة من الأسلاك النحاسية، توضع داخلها نوى حديدية ناعمة (ملفات لولبية)، والتي أصبحت الأساس التكنولوجي لما اخترعه 1829التلغراف الكهرومغناطيسي، الذي بشر بعصر الاتصالات الحديثة.

821: الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي(م. فاراداي، 1791-1867) تعرف على أعمال ه. أورستد حول انحراف إبرة مغناطيسية بالقرب من موصل مع تيار (1820) وبعد دراسة العلاقة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية، أثبت حقيقة الدوران مغناطيس حول موصل مع تيار ودوران موصل مع تيار حول مغناطيس.

وعلى مدى السنوات العشر التالية، حاول السيد فاراداي "تحويل المغناطيسية إلى كهرباء"، مما أدى إلى ذلك اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي عام 1831مما أدى إلى تشكيل أسس نظرية المجال الكهرومغناطيسي وظهور صناعة جديدة - الهندسة الكهربائية. في عام 1832، نشر م. فاراداي عملاً تم فيه طرح فكرة أن انتشار التفاعلات الكهرومغناطيسية هو عملية موجية تحدث في الغلاف الجوي بسرعة محدودة، والتي أصبحت الأساس لظهور فرع جديد من المعرفة - الراديو هندسة.

في محاولة لإقامة علاقات كمية بين أنواع مختلفة من الكهرباء، بدأ م. فاراداي البحث في التحليل الكهربائي وفي 1833-1834. وصياغة قوانينها. في عام 1845، أثناء دراسة الخواص المغناطيسية للمواد المختلفة، اكتشف م. فاراداي ظواهر المغناطيسية المسايرة والنفاذية المغناطيسية وأثبت حقيقة دوران مستوى استقطاب الضوء في المجال المغناطيسي (تأثير فاراداي). كانت هذه الملاحظة الأولى للعلاقة بين الظواهر المغناطيسية والبصرية، والتي تم شرحها لاحقًا في إطار نظرية الضوء الكهرومغناطيسية لـ جي. ماكسويل.

وفي نفس الوقت تقريبًا، قام عالم فيزياء ألماني بدراسة خصائص الكهرباء. جورج سيمون أوم(جي إس أوم، 1787-1854). بعد إجراء سلسلة من التجارب، ج. أوم في عام 1826 صاغ القانون الأساسي للدائرة الكهربائية(قانون أوم) وفي عام 1827 قدم مبرراته النظرية، وقدم مفاهيم "القوة الدافعة الكهربائية"، وانخفاض الجهد في الدائرة و"الموصلية".

وينص قانون أوم على أن قوة التيار الكهربائي المباشر أنا في الموصل يتناسب طرديا مع فرق الجهد (الجهد) ش بين نقطتين (أقسام) ثابتة من هذا الموصل أي. ري = يو . عامل التناسب ر والتي حصلت على اسم المقاومة الأومية أو ببساطة المقاومة في عام 1881، تعتمد على درجة حرارة الموصل وخصائصه الهندسية والكهربائية.

يكمل بحث أوم المرحلة الثانية من تطور الهندسة الكهربائية، وهي تكوين الأساس النظري لحساب خصائص الدوائر الكهربائية، والذي أصبح أساس هندسة الطاقة الكهربائية الحديثة.

الحياة الحديثة مستحيلة بدون الإضاءة والسيارات والمعدات والتكنولوجيا الرقمية وغيرها، فهي تعتمد على مورد واحد، وفي هذا الصدد، يتساءل الكثير من الناس من اخترع الكهرباء المستخدمة في كل مكان. من هو الشخص الذي بدأ معه تطور العلم والإنتاج، والذي جعل راحة الحياة الحالية ممكنة؟

لم يكن هناك اختراع للكهرباء على هذا النحو، لأنها ظاهرة طبيعية وبدأت دراستها في اليونان القديمة في القرن السابع قبل الميلاد. لفت الفيلسوف وعالم الطبيعة طاليس ميليتس الانتباه إلى أنه إذا تم فرك الكهرمان بصوف الأغنام، فإن الحجر يكتسب القدرة على جذب بعض الأجسام الخفيفة. كما قام بصياغة هذا المصطلح. وبما أن الكهرمان يُسمى "إلكترونًا" باللغة اليونانية، فقد أطلق طاليس على القوة الموضحة اسم "الكهرباء".

بحث علمي

بدأ البحث العلمي الحقيقي في الطبيعة الكهربائية فقط في القرن السابع عشر خلال عصر النهضة. وفي ماغديبورغ في ذلك الوقت، كان أوتو فون غيريكه يشغل منصب عمدة المدينة، لكن السلطة لم تكن الشغف الحقيقي للمسؤول. أمضى كل وقت فراغه في مختبره، حيث، بعد دراسة أعمال طاليس ميليتس بعناية، اخترع أول آلة كهربائية في العالم. صحيح أن تطبيقه لم يكن عمليا، بل كان علميا، إذ سمح للمخترع بدراسة تأثيرات الجذب والتنافر من خلال القوة الكهربائية. وكانت الآلة عبارة عن قضيب تدور عليه كرة من الكبريت، وفي هذا التصميم حلت محل الكهرمان.

مؤسس الهندسة الكهربائية

وفي نهاية القرن السابع عشر أيضًا، عمل طبيب البلاط والفيزيائي ويليام جيلبرت في البلاط الإنجليزي. كما استلهم أعمال المفكر اليوناني القديم، وانتقل إلى بحثه الخاص حول هذا الموضوع. قام هذا المخترع بتطوير جهاز لدراسة الكهرباء - جهاز الفيرسور. وبمساعدته تمكن من توسيع معرفته بالظواهر الكهربائية. لذلك أثبت أن الشست والأوبال والماس والكاربورندوم والجمشت والزجاج لها خصائص مشابهة للعنبر. بالإضافة إلى ذلك، أسس جيلبرت العلاقة بين اللهب والكهرباء، وقام أيضًا بعدد من الاكتشافات الأخرى التي سمحت للعلماء المعاصرين بتسميته مؤسس الهندسة الكهربائية.

نقل الكهرباء عبر مسافة

في القرن الثامن عشر، استمر البحث حول هذا الموضوع بنجاح. اكتشف عالمان من إنجلترا، جرينفيل ويلر وستيفن جراي، أن الكهرباء تمر عبر بعض المواد (التي كانت تسمى بالموصلات) ولا تمر عبر مواد أخرى. كما قاموا بإجراء أول تجربة في نقل القوة الكهربائية عبر مسافة. سافر التيار مسافة قصيرة. لذلك يمكن تسمية عام 1729 بالتاريخ الأول للإجابة على السؤال في أي عام تم اختراع الكهرباء الصناعية. وتبعت المزيد من الاكتشافات واحدة تلو الأخرى:

• اخترع ماشينبروك، أستاذ الرياضيات من هولندا، "جرة ليدن"، والتي كانت في جوهرها أول مكثف؛
• قام عالم الطبيعة الفرنسي تشارلز دوفاي بتصنيف القوى الكهربائية إلى قوى زجاجية وراتنجية.
• أثبت ميخائيل لومونوسوف أن البرق ينتج بسبب اختلافات الجهد، واخترع أول مانعة للصواعق؛
• اكتشف البروفيسور الفرنسي تشارلز كولومب قانون العلاقة بين الشحنات الثابتة ذات الشكل النقطي.

تم جمع كل الحقائق المثبتة تحت غطاء واحد من قبل بنجامين فرانكلين، الذي اقترح أيضًا العديد من النظريات الواعدة، على سبيل المثال، أن الشحنات يمكن أن تكون إيجابية وسلبية.

من النظرية إلى الممارسة

وكانت جميع الحقائق المثبتة صحيحة وشكلت الأساس للتطورات العملية. في القرن التاسع عشر، وجد البحث العلمي واحدًا تلو الآخر تطبيقًا عمليًا:

• قام العالم الإيطالي فولت بتطوير مصدر للتيار الكهربائي المباشر؛
• أنشأ العالم الدنماركي أورستد العلاقات الكهربائية والمغناطيسية بين الأشياء؛
• قام عالم من سانت بطرسبرغ بيتروف بتطوير دائرة تتيح استخدام التيار الكهربائي لإضاءة الغرف؛
• اخترع الإنجليزي ديلارو أول مصباح متوهج في العالم

• اكتشف أمبير حقيقة أن المجال المغناطيسي لا يتشكل عن طريق الشحنات الساكنة، بل عن طريق المجال الكهربائي.
• اكتشف فاراداي الحث الكهرومغناطيسي وصمم المحرك الأول؛
• طور غاوس نظرية المجال الكهربائي.
• أثبت الفيزيائي الإيطالي جالفاني وجود الكهرباء في جسم الإنسان، وخاصة تنفيذ حركات العضلات من خلال التيار الكهربائي.

كانت أعمال كل من العلماء المذكورين أعلاه بمثابة الأساس لاتجاهات معينة، لذلك يمكن أن يسمى أي منهم بأمان أول عالم في العالم الذي اخترع الكهرباء.

عصر "الاكتشافات العظيمة"

أتاحت الاكتشافات والتطورات التي تم إجراؤها إجراء تحليل منهجي للظاهرة وقدراتها، وبعد ذلك أصبح من الممكن تنفيذ مشاريع الأنظمة والأجهزة الكهربائية المختلفة. وبالمناسبة، يُحسب لروسيا أننا نستطيع أن نقول إن أول منطقة مأهولة بالسكان على هذا الكوكب أضاءت بالكهرباء كانت منطقة تسارسكوي سيلو في عام 1881. وهكذا، ونتيجة لعمل عدة أجيال، يمكننا أن نعيش في عالم أكثر راحة قدر الإمكان.

تاريخ الكهرباء: فيديو