EINFÜHRUNG

Anstelle des Begriffs „Konstantstrom“ ist es besser, den Begriff „Konstantspannung“ zu verwenden. Gleiches gilt für den Begriff „Wechselstrom“, besser ist die Bezeichnung „Konstantspannung“. Die Spannung im Netz der Batterie ist in der Regel primär, ein konstanter Wert (außer im Notbetrieb), und der Stromwert hängt von der Last ab (gemäß dem Ohmschen Gesetz): I = U/R, wobei I ist die Stromstärke (in Ampere), U – Spannung (in Volt), R – Widerstand (in Ohm). Alle Einheiten stehen im SI-System, sie werden in Technik, Physik usw. verwendet. Es werden auch mehrere Größen verwendet, beispielsweise Kilovolt (1000 x Volt).

Elektrischer Strom ist die geordnete (gerichtete) Bewegung geladener Teilchen. Elektrischer Strom entsteht durch die geordnete Bewegung freier Elektronen (in Metallen) oder Ionen (in Elektrolyten).

Der Hauptunterschied zwischen Gleichspannung besteht darin, dass sie in Betrag und Vorzeichen konstant ist und Gleichstrom in eine Richtung „fließt“, beispielsweise durch Metalldrähte (Stromträger sind Elektronen) vom Minuspol der Spannungsquelle zum Pluspol (In Elektrolyten wird Strom durch positive und negative Ionen erzeugt).

Wechselspannung und Wechselstrom ändern sich nach dem Gesetz einer Sinuskurve, steigen von Null auf einen positiven Amplitudenwert (positives Maximum), fallen dann auf Null ab und nehmen weiter auf einen negativen Amplitudenwert (negatives Maximum) ab, steigen dann an und gehen durch Null wieder auf einen positiven Amplitudenwert.

Wechselstrom ändert im Laufe der Zeit sowohl seine Größe als auch die Richtung der Strombewegung.

Der durchschnittliche aktuelle Wert für den Zeitraum ist Null.

Der Effektivwert eines Wechselstroms ist die Stärke eines Gleichstroms, bei der die durchschnittliche in einem Leiter eines Wechselstromkreises abgegebene Leistung gleich der in demselben Leiter in einem Gleichstromkreis abgegebenen Leistung ist. Wenn man von Strömen und Spannungen in einem Wechselstromnetz spricht, meint man deren Effektivwerte. Die Netzspannung von 220 Volt ist die aktuelle Netzspannung.

GESCHICHTE DES ELEKTRISCHEN STROMS

Eine der größten Entdeckungen der Menschheit ist die Elektrizität. Dank der Elektrizität konnte sich unsere Zivilisation intensiv entwickeln und entwickelt sich auch heute noch weiter. Strom ist vielleicht die umweltfreundlichste Energieform. Und es wird wahrscheinlich bald zur Hauptenergieart werden, wenn die Rohstoffressourcen unseres Planeten erschöpft sind. Aber wer hat die Elektrizität erfunden oder entdeckt? Reden wir der Reihe nach über alles...

Die Entdeckung der Elektrizität reicht weit zurück. Das Ego wurde im 7. Jahrhundert v. Chr. vom griechischen Philosophen Thales entdeckt. e. Er entdeckte, dass Bernstein, wenn man es auf Wolle reibt, leichte Objekte anziehen kann. Übrigens bedeutet Elektron im Griechischen „Bernstein“ und Elektrizität bedeutet „Bernstein“. Diese Begriffe tauchten erstmals im Jahr 1600 auf, denn die Beobachtungen von Thales blieben Beobachtungen.

1650 baute der Magdeburger Bürgermeister Otto von Guericke eine elektrostatische Anlage. Dabei handelt es sich um einen Metallstab, an dem eine Kugel aus Schwefel befestigt ist. Mit diesem Gerät war es möglich, die Eigenschaften der Anziehung und Abstoßung zu beobachten.

1745 In diesem Jahr wurde der erste elektrische Kondensator zusammengebaut, der Leydener Krug genannt wurde. Der Autor dieser Erfindung ist Pieter van Musschenbroek aus Holland.

1747 Das Werk (Aufsatz) des Amerikaners Benjamin Franklin „Experimente und Beobachtungen zur Elektrizität“ erscheint. Dies war tatsächlich die erste Theorie der Elektrizität, in der Franklin Elektrizität mit dem Begriff „immaterielle Flüssigkeit“ bezeichnet. Diese Arbeit stellt auch eine Theorie über die Existenz positiver und negativer Ladungen auf. B. Franklin erfand einen Blitzableiter und konnte mit seiner Hilfe eindeutig nachweisen, dass Blitze elektrischer Natur sind.

1785 Dieses Jahr wurde zu einem Wendepunkt und ermöglichte es, die Erforschung der Elektrizität auf ein wissenschaftliches Niveau zu übertragen. Dies ist die Entdeckung des Coulombschen Gesetzes.

Im Jahr 1800 erfolgte eine weitere wichtige Erfindung, die eine genauere Untersuchung der Elektrizität und die Durchführung vieler nützlicher Experimente ermöglichte. Dies ist die Erfindung der ersten Gleichstromquelle durch den Italiener Volt. Dies war die erste galvanische Zelle, bestehend aus Silber (später wurde Kupfer anstelle von Silber verwendet) und Zinkkreisen, zwischen denen in Salzwasser getränktes Papier gelegt wurde.

Im Jahr 1821 entdeckte Ampere (ein französischer Physiker), dass Magnetismus um einen Leiter nur auftritt, wenn elektrischer Strom an ihn angelegt wird, und dass es bei statischer Elektrizität keinen Magnetismus gibt.

Auch die Wissenschaftler Joule, Lenz, Ohm und Gauss leisteten einen unschätzbaren Beitrag zur Erforschung der Elektrizität. Gauß beschreibt bereits 1830 den Hauptsatz der Theorie des elektrostatischen Feldes.

Faraday erfand auch den ersten Elektromotor. Es handelte sich um einen Leiter, der elektrischen Strom durchführte und sich um einen Permanentmagneten drehen konnte.

Wer hat die Elektrizität erfunden und wann geschah sie? Trotz der Tatsache, dass Elektrizität fest in unserem Leben Einzug gehalten und es radikal verändert hat, fällt es den meisten Menschen schwer, diese Frage zu beantworten.

Und das ist nicht verwunderlich, denn die Menschheit bewegt sich seit Tausenden von Jahren auf das Zeitalter der Elektrizität zu.

Licht und Elektronen.

Elektrizität wird üblicherweise als eine Reihe von Phänomenen bezeichnet, die auf der Bewegung und Wechselwirkung winziger geladener Teilchen, sogenannter elektrischer Ladungen, basieren.

Der Begriff „Elektrizität“ selbst kommt vom griechischen Wort „Elektron“, was ins Russische übersetzt „Bernstein“ bedeutet.

Dieser Name wurde dem physikalischen Phänomen nicht ohne Grund gegeben, denn die ersten Experimente zur Stromerzeugung reichen bis in die Antike zurück, nämlich ins 7. Jahrhundert. Chr e. Der antike griechische Philosoph und Mathematiker Thales kam zu der Entdeckung, dass ein auf Wolle geriebenes Stück Bernstein Papier, Federn und andere Gegenstände von geringem Gewicht anziehen kann.

Gleichzeitig wurde versucht, einen Funken zu erzeugen, indem man einen geriebenen Finger an das Glas hielt. Aber das Wissen, das den Menschen in jenen alten Zeiten zur Verfügung stand, reichte eindeutig nicht aus, um die Natur des Ursprungs der daraus resultierenden physikalischen Phänomene zu erklären.

Nach zwei Jahrtausenden wurden in der Erforschung der Elektrizität deutliche Fortschritte erzielt. Im Jahr 1600 veröffentlichte der Hofarzt der britischen Königin, William Gilbert, eine Abhandlung „Über Magnete, magnetische Körper und den großen Magneten – die Erde“, in der er zum ersten Mal in der Geschichte das Wort „Elektrik“ verwendete.

In seiner Arbeit erläuterte der englische Wissenschaftler das Funktionsprinzip eines auf einem Magneten basierenden Kompasses und beschrieb Experimente mit elektrifizierten Objekten. Gilbert kam zu dem Schluss, dass die Fähigkeit zur Elektrifizierung für verschiedene Körper charakteristisch ist.

Als Fortsetzer der Forschungen von William Gilbert kann der deutsche Bürgermeister Otto von Guericke bezeichnet werden, dem es 1663 gelang, die erste elektrostatische Maschine in der Geschichte der Menschheit zu erfinden.

Die Erfindung des Deutschen war ein Gerät, das aus einer großen Schwefelkugel bestand, die auf einer Eisenachse montiert und an einem Holzstativ befestigt war.

Um eine elektrische Ladung zu erhalten, wurde die Kugel rotierend mit einem Tuch oder mit den Händen gerieben. Dieses einfache Gerät ermöglichte es, leichte Gegenstände nicht nur anzuziehen, sondern auch abzustoßen.

Im Jahr 1729 wurden die Experimente zur Erforschung der Elektrizität von einem Wissenschaftler aus England, Stephen Gray, fortgesetzt. Er konnte feststellen, dass Metalle und einige andere Arten von Materialien in der Lage sind, elektrischen Strom über eine Entfernung zu übertragen. Sie wurden Dirigenten genannt.

Bei seinen Experimenten fand Gray heraus, dass es in der Natur Stoffe gibt, die keinen Strom übertragen können. Dazu gehören Bernstein, Glas, Schwefel usw. Solche Materialien wurden später als Isolatoren bezeichnet.

Vier Jahre nach Stephen Grays Experimenten entdeckte der französische Physiker Charles Dufay die Existenz zweier Arten elektrischer Ladungen (Harz und Glas) und untersuchte deren Wechselwirkung miteinander. Später wurden die von Dufay beschriebenen Vorwürfe als negativ und positiv bezeichnet.

Erfindungen der letzten Jahrhunderte

Mitte des 18. Jahrhunderts markierte den Beginn einer Ära der aktiven Erforschung der Elektrizität. Im Jahr 1745 entwickelte der niederländische Wissenschaftler Pieter van Muschenbrouck ein Gerät zur Speicherung von Elektrizität, das „Leyden-Glas“ genannt wurde.

Etwa zur gleichen Zeit untersuchten Michail Lomonossow und Georg Richman in Russland aktiv elektrische Eigenschaften.

Der erste Mensch, der versuchte, die Elektrizität wissenschaftlich zu erklären, war der amerikanische Politiker und Wissenschaftler Benjamin Franklin.

Nach seiner Theorie ist Elektrizität eine immaterielle Flüssigkeit, die in jeder physischen Materie vorhanden ist. Bei der Reibung gelangt ein Teil dieser Flüssigkeit von einem Körper zum anderen und erzeugt so eine elektrische Ladung.

Zu Franklins weiteren Erfolgen gehören:

• Einführung in die Anwendung des Konzepts der negativen und positiven elektrischen Ladung;
• Erfindung des ersten Blitzableiters;
• Beweis für den elektrischen Ursprung von Blitzen.

Im Jahr 1785 formulierte der französische Physiker Charles Coulomb ein Gesetz, das die Wechselwirkung zwischen Punktladungen in einem stationären Zustand erklärt.

Das Coulombsche Gesetz wurde zum Ausgangspunkt für die Erforschung der Elektrizität als exaktes wissenschaftliches Konzept.

Seit Beginn des 19. Jahrhunderts wurden weltweit viele Entdeckungen gemacht, die es uns ermöglichen, die Eigenschaften von Elektrizität besser zu untersuchen.

Im Jahr 1800 erfand ein Wissenschaftler aus Italien, Alessandro Volta, eine galvanische Zelle, die die erste Gleichstromquelle in der Geschichte der Menschheit war. Bald darauf entdeckte und beschrieb der russische Physiker Wassili Petrow eine Entladung in einem Gas, einen sogenannten Voltaischen Lichtbogen.

In den 20er Jahren des 19. Jahrhunderts führte Andre-Marie Ampere das Konzept des „elektrischen Stroms“ in die Physik ein und formulierte eine Theorie über die Beziehung zwischen magnetischen und elektrischen Feldern.

In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts machten die Physiker James Joule, Georg Ohm, Johann Gauss, Michael Faraday und andere weltberühmte Wissenschaftler ihre Entdeckungen. Faraday ist insbesondere für die Entdeckung der Elektrolyse, der elektromagnetischen Induktion und der Erfindung des Elektromotors verantwortlich.

In den letzten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts entdeckten Physiker die Existenz elektromagnetischer Wellen, erfanden die Glühlampe und begannen, elektrische Energie über große Entfernungen zu übertragen. Ab diesem Zeitpunkt beginnt sich die Elektrizität langsam aber sicher auf dem Planeten auszubreiten.

Seine Erfindung ist mit den Namen der größten Wissenschaftler der Welt verbunden, von denen jeder einst alle Anstrengungen unternahm, die Eigenschaften der Elektrizität zu untersuchen und ihr Wissen und ihre Entdeckungen an nachfolgende Generationen weiterzugeben.

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Geschichte der Elektrizität

Elektrizität, eine Reihe von Phänomenen, die durch die Existenz, Bewegung und Wechselwirkung elektrisch geladener Körper oder Teilchen verursacht werden. Die Wechselwirkung elektrischer Ladungen erfolgt über ein elektromagnetisches Feld (bei stationären elektrischen Ladungen ein elektrostatisches Feld).

Bewegte Ladungen (elektrischer Strom) erregen neben dem elektrischen auch ein magnetisches Feld, d. h. sie erzeugen ein elektromagnetisches Feld, durch das elektromagnetische Wechselwirkungen stattfinden (das Studium des Magnetismus ist ein wesentlicher Bestandteil des allgemeinen Studiums der Elektrizität). Elektromagnetische Phänomene werden durch die klassische Elektrodynamik beschrieben, die auf den Maxwell-Gleichungen basiert

Die Gesetze der klassischen Elektrizitätstheorie decken eine Vielzahl elektromagnetischer Prozesse ab. Unter den vier Arten von Wechselwirkungen (elektromagnetisch, gravitativ, stark und schwach), die in der Natur vorkommen, nehmen elektromagnetische Wechselwirkungen hinsichtlich Breite und Vielfalt der Erscheinungsformen den ersten Platz ein. Dies liegt daran, dass alle Körper aus elektrisch geladenen Teilchen mit entgegengesetzten Vorzeichen aufgebaut sind, deren Wechselwirkungen einerseits um viele Größenordnungen intensiver sind als gravitative und schwache und andererseits langwierig sind -Reichweite im Gegensatz zu starken Wechselwirkungen. Der Aufbau von Atomhüllen, der Zusammenhalt von Atomen zu Molekülen (chemische Kräfte) und die Bildung kondensierter Materie werden durch elektromagnetische Wechselwirkung bestimmt.

Die einfachsten elektrischen und magnetischen Phänomene sind seit der Antike bekannt. Es wurden Mineralien gefunden, die Eisenstücke anziehen, und es wurde auch entdeckt, dass Bernstein (griech. Elektron, Elektron, daher der Begriff Elektrizität) auf Wolle gerieben leichte Objekte anzieht (Elektrisierung durch Reibung). Allerdings stellte Gilbert erst im Jahr 1600 erstmals den Unterschied zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen fest. Er entdeckte die Existenz magnetischer Pole und deren Untrennbarkeit voneinander und stellte außerdem fest, dass der Globus ein riesiger Magnet ist.

Im 17. – 1. Hälfte des 18. Jahrhunderts. Es wurden zahlreiche Experimente mit elektrifizierten Körpern durchgeführt, die ersten elektrostatischen Maschinen auf Basis der Elektrifizierung durch Reibung gebaut, die Existenz zweier elektrischer Ladungen nachgewiesen (C. Dufay) und die elektrische Leitfähigkeit von Metallen entdeckt (der englische Wissenschaftler S. Grau). Mit der Erfindung des ersten Kondensators – der Leidener Dose (1745) – wurde es möglich, große elektrische Ladungen zu akkumulieren. In den Jahren 1747–53 entwarf Franklin die erste konsistente Theorie elektrischer Phänomene, stellte schließlich die elektrische Natur des Blitzes fest und erfand den Blitzableiter.

In der 2. Hälfte des 18. Jahrhunderts. Die quantitative Untersuchung elektrischer und magnetischer Phänomene begann. Die ersten Messgeräte erschienen – Elektroskope unterschiedlicher Bauart, Elektrometer. G. Cavendish (1773) und C. Coulomb (1785) stellten experimentell das Gesetz der Wechselwirkung stationärer elektrischer Punktladungen fest (Cavendishs Arbeiten wurden erst 1879 veröffentlicht).

Dieses Grundgesetz der Elektrostatik (Coulombsches Gesetz) ermöglichte erstmals die Schaffung einer Methode zur Messung elektrischer Ladungen anhand der Wechselwirkungskräfte zwischen ihnen. Coulomb begründete auch das Gesetz der Wechselwirkung zwischen den Polen langer Magnete und führte das Konzept magnetischer Ladungen ein, die an den Enden von Magneten konzentriert sind.

Die nächste Stufe in der Entwicklung der Elektrizitätswissenschaft ist mit der Entdeckung am Ende des 18. Jahrhunderts verbunden. L. Galvani „tierische Elektrizität“ und Werke A. Volty, der die erste elektrische Stromquelle erfand – ein galvanisches Element (die sogenannte Voltaische Säule, 1800), das über lange Zeit einen kontinuierlichen (Gleich-)Strom erzeugte. Im Jahr 1802 entdeckte V. V. Petrov, nachdem er eine galvanische Zelle mit viel größerer Leistung gebaut hatte, den Lichtbogen, untersuchte seine Eigenschaften und wies auf die Möglichkeit hin, ihn zum Beleuchten sowie zum Schmelzen und Schweißen von Metallen zu verwenden. G. Davy gewann bisher unbekannte Metalle – Natrium und Kalium – durch Elektrolyse wässriger Alkalilösungen (1807). J.P. Joule stellte fest (1841), dass die in einem Leiter durch elektrischen Strom erzeugte Wärmemenge proportional zum Quadrat des Stroms ist; Dieses Gesetz wurde durch die genauen Experimente von E.H. Lenz (Joule-Lenz-Gesetz) untermauert (1842).

G. Ohm stellte (1826) die quantitative Abhängigkeit des elektrischen Stroms von der Spannung im Stromkreis fest. K.F. Gauß formulierte (1830) den Grundsatz der Elektrostatik.

Die grundlegendste Entdeckung wurde 1820 von H. Oersted gemacht; Er entdeckte die Wirkung von elektrischem Strom auf eine Magnetnadel – ein Phänomen, das den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus bezeugte. Im Anschluss daran etablierte A.M. Ampere das Gesetz der Wechselwirkung elektrischer Ströme (Ampere-Gesetz). Er zeigte auch, dass die Eigenschaften von Permanentmagneten auf der Grundlage der Annahme erklärt werden können, dass in den Molekülen magnetisierter Körper konstante elektrische Ströme (Molekülströme) zirkulieren. Somit werden laut Ampere alle magnetischen Phänomene auf die Wechselwirkungen von Strömen reduziert, während magnetische Ladungen nicht existieren. Seit den Entdeckungen von Oersted und Ampere ist die Lehre vom Magnetismus ein integraler Bestandteil der Lehre von der Elektrizität geworden.

Aus dem 2. Viertel des 19. Jahrhunderts. Der rasante Durchbruch der Elektrizität in die Technik begann. In den 20er Jahren Die ersten Elektromagnete erschienen. Eine der ersten Anwendungen der Elektrizität war der Telegrafenapparat in den 30er und 40er Jahren. Es wurden Elektromotoren und Stromgeneratoren gebaut, in den 40er Jahren auch elektrische Beleuchtungsgeräte usw. Die praktische Nutzung der Elektrizität nahm in der Folgezeit immer mehr zu, was wiederum erhebliche Auswirkungen auf die Elektrizitätslehre hatte.

In den 30-40er Jahren. 19. Jahrhundert M. Faraday, der Schöpfer der allgemeinen Lehre elektromagnetischer Phänomene, in der alle elektrischen und magnetischen Phänomene aus einem einzigen Blickwinkel betrachtet werden, leistete einen großen Beitrag zur Entwicklung der Elektrizitätswissenschaft. Mit Hilfe von Experimenten bewies er, dass die Wirkung elektrischer Ladungen und Ströme nicht von der Art ihrer Erzeugung abhängt [vor Faraday unterschied man zwischen „gewöhnlich“ (erhalten durch Elektrifizierung durch Reibung), atmosphärisch, „galvanisch“, magnetisch , thermoelektrische, „tierische“ und andere Arten von Energie.

Aragos Experiment („Rotationsmagnetismus“).

Im Jahr 1831 entdeckte Faraday die elektromagnetische Induktion – die Anregung eines elektrischen Stroms in einem Stromkreis, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet. Dieses Phänomen (auch 1832 von J. Henry beobachtet) bildet die Grundlage der Elektrotechnik. 1833–34 stellte Faraday die Gesetze der Elektrolyse auf; Diese Arbeiten markierten den Beginn der Elektrochemie. Später versuchte er, den Zusammenhang zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen und optischen zu finden, und entdeckte die Polarisation von Dielektrika (1837), die Phänomene des Paramagnetismus und Diamagnetismus (1845), die magnetische Rotation der Polarisationsebene des Lichts (1845) usw .

Faraday führte als Erster das Konzept der elektrischen und magnetischen Felder ein. Er lehnte das Konzept der Fernwirkung ab, dessen Befürworter glaubten, dass Körper aus der Ferne direkt (durch Leere) aufeinander einwirken.

Nach Faradays Vorstellungen erfolgt die Wechselwirkung zwischen Ladungen und Strömen über Zwischenmittel: Ladungen und Ströme erzeugen im umgebenden Raum elektrische bzw. magnetische Felder, mit deren Hilfe die Wechselwirkung von Punkt zu Punkt übertragen wird (das Konzept). von Kurzstreckeneinsätzen). Seine Vorstellungen über elektrische und magnetische Felder basierten auf dem Konzept von Kraftlinien, die er als mechanische Gebilde in einem hypothetischen Medium – dem Äther – betrachtete, ähnlich gespannten elastischen Fäden oder Schnüren.

Faradays Vorstellungen über die Realität des elektromagnetischen Feldes fanden nicht sofort Anerkennung. Die erste mathematische Formulierung der Gesetze der elektromagnetischen Induktion wurde von f gegeben. Neumann im Jahr 1845 in der Sprache des Konzepts der Fernwirkung.

Er führte auch die wichtigen Konzepte der Koeffizienten der Selbst- und Gegeninduktion von Strömen ein. Die Bedeutung dieser Konzepte wurde später vollständig offenbart, als W. Thomson (Lord Kelvin) (1853) die Theorie der elektrischen Schwingungen in einem Stromkreis entwickelte, der aus einem Kondensator (Kapazität) und einer Spule (Induktivität) besteht.
Von großer Bedeutung für die Entwicklung der Elektrizitätslehre war die Schaffung neuer Instrumente und Methoden zur elektrischen Messung sowie eines von Gauß und W. Weber geschaffenen einheitlichen Systems elektrischer und magnetischer Maßeinheiten.

Im Jahr 1846 wies Weber auf den Zusammenhang zwischen der Stromstärke und der Dichte elektrischer Ladungen in einem Leiter sowie der Geschwindigkeit ihrer geordneten Bewegung hin. Er begründete auch das Gesetz der Wechselwirkung bewegter Punktladungen, das eine neue universelle elektrodynamische Konstante enthielt, die das Verhältnis von elektrostatischen und elektromagnetischen Ladungseinheiten darstellt und die Dimension der Geschwindigkeit hat.

Bei experimenteller Bestimmung (Weber und F. Kohlrausch, 1856) wurde diese Konstante mit einem Wert nahe der Lichtgeschwindigkeit erhalten; Dies war ein eindeutiger Hinweis auf den Zusammenhang zwischen elektromagnetischen und optischen Phänomenen.

In den Jahren 1861-73 wurde die Elektrizitätslehre in den Werken von J. C. Maxwell entwickelt und vervollständigt. Basierend auf den empirischen Gesetzen elektromagnetischer Phänomene und der Einführung der Hypothese über die Erzeugung eines Magnetfelds durch ein elektrisches Wechselfeld formulierte Maxwell die nach ihm benannten Grundgleichungen der klassischen Elektrodynamik. Gleichzeitig betrachtete er wie Faraday elektromagnetische Phänomene als eine bestimmte Form mechanischer Prozesse im Äther.

Die wichtigste neue Konsequenz, die sich aus diesen Gleichungen ergibt, ist die Existenz elektromagnetischer Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Maxwells Gleichungen bildeten die Grundlage der elektromagnetischen Lichttheorie. Maxwells Theorie fand 1886-89 eine entscheidende Bestätigung, als G. Hertz experimentell die Existenz elektromagnetischer Wellen feststellte. Nach seiner Entdeckung wurden Versuche unternommen, die Kommunikation mithilfe elektromagnetischer Wellen zu etablieren, was in der Entwicklung des Radios gipfelte, und es begannen intensive Forschungen auf dem Gebiet der Funktechnik.

Ende des 19. – Anfang des 20. Jahrhunderts. eine neue Etappe in der Entwicklung der Elektrizitätstheorie begann. Die Erforschung elektrischer Entladungen gipfelte in der Entdeckung der diskreten Natur elektrischer Ladungen durch J. J. Thomson. 1897 maß er das Verhältnis der Ladung eines Elektrons zu seiner Masse und 1898 bestimmte er den Absolutwert der Ladung eines Elektrons. H. Lorentz legte unter Berufung auf Thomsons Entdeckung und die Schlussfolgerungen der molekularkinetischen Theorie den Grundstein für die elektronische Theorie der Struktur der Materie. In der klassischen elektronischen Theorie wird Materie als eine Ansammlung elektrisch geladener Teilchen betrachtet, deren Bewegung den Gesetzen der klassischen Mechanik unterliegt. Die Maxwell-Gleichungen werden durch statistische Mittelung aus den Gleichungen der Elektronentheorie gewonnen.

Versuche, die Gesetze der klassischen Elektrodynamik auf die Untersuchung elektromagnetischer Prozesse in bewegten Medien anzuwenden, stießen auf erhebliche Schwierigkeiten. Beim Versuch, sie zu lösen, kam A. Einstein (1905) zur Relativitätstheorie. Diese Theorie widerlegte schließlich die Idee der Existenz eines Äthers mit mechanischen Eigenschaften. Nach der Entstehung der Relativitätstheorie wurde klar, dass die Gesetze der Elektrodynamik nicht auf die Gesetze der klassischen Mechanik reduziert werden können.

Bei kleinen Raumzeitintervallen gewinnen die Quanteneigenschaften des elektromagnetischen Feldes an Bedeutung, die in der klassischen Elektrizitätstheorie nicht berücksichtigt werden. Die Quantentheorie elektromagnetischer Prozesse – die Quantenelektrodynamik – entstand im 2. Viertel des 20. Jahrhunderts. Die Quantentheorie der Materie und des Feldes geht bereits über das Studium der Elektrizität hinaus und untersucht grundlegendere Probleme der Bewegungsgesetze von Elementarteilchen und ihrer Struktur.

Mit der Entdeckung neuer Fakten und der Schaffung neuer Theorien nahm die Bedeutung der klassischen Elektrizitätslehre nicht ab; lediglich die Grenzen der Anwendbarkeit der klassischen Elektrodynamik wurden bestimmt. Innerhalb dieser Grenzen behalten die Maxwellschen Gleichungen und die klassische Elektronentheorie ihre Gültigkeit und bilden die Grundlage der modernen Elektrizitätstheorie.

Die klassische Elektrodynamik bildet die Grundlage der meisten Zweige der Elektrotechnik, Funktechnik, Elektronik und Optik (mit Ausnahme der Quantenelektronik). Mit seinen Gleichungen wurde eine Vielzahl theoretischer und angewandter Probleme gelöst. Insbesondere zahlreiche Probleme des Plasmaverhaltens unter Laborbedingungen und im Weltraum werden mit den Maxwell-Gleichungen gelöst.

. (Geschichte der Entdeckung des Phänomens)

Vor 1600 Das Wissen der Europäer über Elektrizität blieb auf dem Niveau der alten Griechen, was die Entwicklungsgeschichte der Theorie der Dampfstrahltriebwerke („Eleopilos“ von A. Heron) wiederholte.

Der Begründer der Elektrizitätswissenschaft in Europa war ein Absolvent von Cambridge und Oxford, ein englischer Physiker und Hofarzt von Königin Elizabeth. -William Gilbert(1544-1603). Mit Hilfe seines „Versors“ (dem ersten Elektroskop) zeigte W. Gilbert, dass nicht nur geriebener Bernstein, sondern auch Diamant, Saphir, Karborund, Opal, Amethyst, Bergkristall, Glas, Schiefer usw. die Fähigkeit besitzen, anzuziehen Lichtkörper (Strohhalme), die er nannte „elektrisch“ Mineralien.

Darüber hinaus bemerkte Gilbert, dass die Flamme die durch Reibung erworbenen elektrischen Eigenschaften von Körpern „zerstört“, und untersuchte erstmals magnetische Phänomene und stellte fest, dass:

Ein Magnet hat immer zwei Pole – Nord und Süd;
- Gleiche Pole stoßen sich ab und ungleiche Pole ziehen sich an.
- Durch das Sägen eines Magneten kann man keinen Magneten mit nur einem Pol erhalten;
- Eisengegenstände erwerben unter dem Einfluss eines Magneten magnetische Eigenschaften (magnetische Induktion);
- Der natürliche Magnetismus kann mit Hilfe von Eisenbeschlägen verstärkt werden.

Gilbert untersuchte die magnetischen Eigenschaften einer magnetisierten Kugel mit einer Magnetnadel und kam zu dem Schluss, dass sie den magnetischen Eigenschaften der Erde entsprechen und die Erde der größte Magnet ist, was die konstante Neigung der Magnetnadel erklärt.

1650: Otto von Guericke(1602-1686) erschafft die erste elektrische Maschine, die aus einer geriebenen, aus Schwefel gegossenen Kugel erhebliche Funken entlockt, deren Einspritzung sogar schmerzhaft sein kann. Allerdings ist das Geheimnis der Eigenschaften „elektrische Flüssigkeit“, wie dieses Phänomen damals genannt wurde, erhielt damals keine Erklärung.

1733: Französischer Physiker, Mitglied der Pariser Akademie der Wissenschaften , Charles Francois Dufay (Dufay, Du Fay, 1698-1739) entdeckte die Existenz zweier Arten von Elektrizität, die er „Glas“ und „Harz“ nannte. Die erste tritt auf Glas, Bergkristall, Edelsteinen, Wolle, Haaren usw. auf; der zweite - auf Bernstein, Seide, Papier usw.

Nach zahlreichen Experimenten war Ch. Dufay der erste, der den menschlichen Körper elektrisierte und von ihm Funken „empfing“. Zu seinen wissenschaftlichen Interessen gehörten Magnetismus, Phosphoreszenz und Doppelbrechung in Kristallen, die später die Grundlage für die Entwicklung optischer Laser bildeten. Um Elektrizitätsmessungen zu erfassen, verwendete er Gilberts Versor, wodurch er wesentlich empfindlicher wurde. Zum ersten Mal äußerte er die Idee der elektrischen Natur von Blitz und Donner.

1745: Absolvent der Universität Leiden (Holland), Physiker Pieter van Muschenbrouck(Musschenbroek Pieter van, 1692-1761) erfand die erste autonome Stromquelle – das Leydener Gefäß und führte damit eine Reihe von Experimenten durch, bei denen er den Zusammenhang zwischen der elektrischen Entladung und ihrer physiologischen Wirkung auf einen lebenden Organismus feststellte.

Der Leidener Krug war ein Glasgefäß, dessen Wände innen und außen mit Bleifolie ausgekleidet waren, und war der erste elektrische Kondensator. Wenn die Platten eines Geräts, das von einem elektrostatischen Generator von O. von Guericke aufgeladen wurde, mit einem dünnen Draht verbunden wurden, erhitzte es sich schnell und schmolz manchmal, was auf das Vorhandensein einer Energiequelle in der Bank hindeutete, die weit weg transportiert werden konnte Ort seiner Aufladung.

1747: Mitglied der Pariser Akademie der Wissenschaften, französischer Experimentalphysiker Jean Antoine Nollet(1700-1770) erfunden das erste Gerät zur Beurteilung des elektrischen Potenzials – das Elektroskop, dokumentierte die Tatsache eines schnelleren „Abflusses“ von Elektrizität aus scharfen Körpern und formulierte erstmals eine Theorie über die Wirkung von Elektrizität auf lebende Organismen und Pflanzen.

1747–1753: Amerikanischer Staatsmann, Wissenschaftler und Pädagoge Benjamin (Benjamin) Franklin(Franklin, 1706-1790) veröffentlicht eine Reihe von Werken zur Physik der Elektrizität, in denen:
- führte die heute allgemein anerkannte Bezeichnung für elektrisch geladene Zustände ein «+» Und «–» ;
- erläuterte das Funktionsprinzip des Leidener Glases und stellte fest, dass die Hauptrolle dabei das Dielektrikum spielt, das die leitenden Platten trennt;
- stellte die Identität von atmosphärischer und durch Reibung erzeugter Elektrizität fest und lieferte den Beweis für die elektrische Natur von Blitzen;
- stellte fest, dass mit der Erde verbundene Metallpunkte elektrische Ladungen von geladenen Körpern entfernen, auch ohne Kontakt mit ihnen, und schlug einen Blitzableiter vor;
- die Idee eines Elektromotors vorgebracht und ein „elektrisches Rad“ demonstriert, das sich unter dem Einfluss elektrostatischer Kräfte dreht;
- verwendete zunächst einen elektrischen Funken, um Schießpulver explodieren zu lassen.

1759: Physiker in Russland Franz Ulrich Theodor Aepinus(Aepinus, 1724-1802) stellt erstmals eine Hypothese über die Existenz eines Zusammenhangs zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen auf.

1761: Schweizer Mechaniker, Physiker und Astronom Leonard Euler(L. Euler, 1707-1783) beschreibt eine neue elektrostatische Maschine, bestehend aus einer rotierenden Scheibe aus Isoliermaterial mit radial aufgeklebten Lederplatten. Um die elektrische Ladung zu entfernen, war es notwendig, Seidenkontakte an die Scheibe anzuschließen, die mit Kupferstäben mit kugelförmigen Enden verbunden waren. Durch die Annäherung der Kugeln konnte der Prozess des elektrischen Zusammenbruchs der Atmosphäre (künstlicher Blitz) beobachtet werden.

1785-1789: Französischer Physiker Charles Augustin Anhänger(S. Coulomb, 1736-1806) veröffentlicht sieben Werke. in dem er das Gesetz der Wechselwirkung elektrischer Ladungen und magnetischer Pole (Coulombsches Gesetz) beschreibt, das Konzept des magnetischen Moments und der Polarisation von Ladungen einführt und beweist, dass sich elektrische Ladungen immer auf der Oberfläche eines Leiters befinden.

1791: In Italien veröffentlichte Abhandlung Luigi Galvani(L. Galvani, 1737-1798), „De Viribus Electricitatis In Motu Musculari Commentarius“ („Abhandlung über die Kräfte der Elektrizität während der Muskelbewegung“), der das bewies Elektrizität wird von einem lebenden Organismus erzeugt und manifestiert sich am wirkungsvollsten im Kontakt unterschiedlicher Leiter. Derzeit liegt dieser Effekt dem Funktionsprinzip von Elektrokardiographen zugrunde.

1795: Italienischer Professor Alexander Volta(Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827) erforscht das Phänomen Kontaktpotentialdifferenz verschiedener Metalle und die Verwendung eines von ihm selbst entwickelten Elektrometers ermöglicht eine numerische Bewertung dieses Phänomens. A. Volta beschrieb die Ergebnisse seiner Experimente erstmals am 1. August 1786 in einem Brief an seinen Freund. Derzeit wird der Effekt der Kontaktpotentialdifferenz in Thermoelementen und anodischen (elektrochemischen) Schutzsystemen für Metallstrukturen genutzt.

1799:. A. Volta erfindet eine Quelle galvanisch(elektrischer Strom - Voltpol. Die erste Voltaiksäule bestand aus 20 Kupfer- und Zinkkreispaaren, die durch mit Salzwasser befeuchtete Stoffstücke getrennt waren, und konnte angeblich eine Spannung von 40–50 V und einen Strom von bis zu 1 A erzeugen.

Im Jahr 1800 in Philosophical Transactions of the Royal Society, Bd. 90“ mit dem Titel „On the Electricity Excited by the Mere Contact of Conducting Substances of Different Types“ beschrieb ein Gerät namens „elektromotorisches Gerät“. A. Volta glaubte, dass das Funktionsprinzip seiner Stromquelle auf einer Kontaktpotentialdifferenz beruht. und erst viele Jahre später wurde festgestellt, dass die Ursache der EMF. In einer galvanischen Zelle handelt es sich um die chemische Wechselwirkung von Metallen mit einer leitenden Flüssigkeit – einem Elektrolyten. Im Herbst 1801 entstand in Russland die erste galvanische Batterie, bestehend aus 150 Silber- und Zinkscheiben. Ein Jahr später, im Herbst 1802, wurde eine Batterie aus 4200 Kupfer- und Zinkscheiben hergestellt, die eine Spannung von 1500 V erzeugte.

1820: Dänischer Physiker Hans Christian Oersted(Ersted, 1777-1851) stellte bei Experimenten zur Ablenkung einer Magnetnadel unter dem Einfluss eines stromdurchflossenen Leiters einen Zusammenhang zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen her. Der 1820 veröffentlichte Bericht über dieses Phänomen regte die Forschung auf dem Gebiet des Elektromagnetismus an, die schließlich zur Entstehung der Grundlagen der modernen Elektrotechnik führte.

Der erste Anhänger von H. Oersted war der französische Physiker Andre Marie Ampere(1775-1836) formulierte im selben Jahr die Regel zur Bestimmung der Wirkungsrichtung des elektrischen Stroms an einer Magnetnadel, die er „Schwimmerregel“ (Ampere- oder Rechtshandregel) nannte, woraufhin die Wechselwirkungsgesetze von elektrische und magnetische Felder wurden bestimmt (1820), in deren Rahmen erstmals die Idee formuliert wurde, elektromagnetische Phänomene zur Fernübertragung eines elektrischen Signals zu nutzen.

Im Jahr 1822 entwickelt A. Ampere den ersten Verstärker für elektromagnetische Felder- Spulen mit mehreren Windungen aus Kupferdraht, in denen Weicheisenkerne (Solenoide) untergebracht waren, die die technologische Grundlage für seine Erfindung bildeten 1829 elektromagnetischer Telegraph, der das Zeitalter der modernen Telekommunikation einläutete.

821: Englischer Physiker Michael Faraday(M. Faraday, 1791-1867) lernte die Arbeit von H. Oersted über die Ablenkung einer Magnetnadel in der Nähe eines Stromleiters (1820) kennen und stellte nach dem Studium der Beziehung zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen die Tatsache der Rotation fest eines Magneten um einen Leiter mit Strom und Drehung eines Leiters mit Strom um einen Magneten.

In den nächsten 10 Jahren versuchte M. Faraday, „Magnetismus in Elektrizität umzuwandeln“, was zu Folgendem führte: Entdeckung der elektromagnetischen Induktion im Jahr 1831, was zur Bildung der Grundlagen der Theorie des elektromagnetischen Feldes und zur Entstehung einer neuen Industrie führte - der Elektrotechnik. Im Jahr 1832 veröffentlichte M. Faraday ein Werk, in dem die Idee vertreten wurde, dass die Ausbreitung elektromagnetischer Wechselwirkungen ein Wellenprozess sei, der in der Atmosphäre mit endlicher Geschwindigkeit abläuft, was zur Grundlage für die Entstehung eines neuen Wissenszweigs wurde – des Radios Maschinenbau.

Um quantitative Beziehungen zwischen verschiedenen Arten von Elektrizität herzustellen, begann M. Faraday in den Jahren 1833–1834 mit der Erforschung der Elektrolyse. formulierte seine Gesetze. Im Jahr 1845 entdeckte M. Faraday bei der Untersuchung der magnetischen Eigenschaften verschiedener Materialien die Phänomene des Paramagnetismus und Diamagnetismus und stellte die Tatsache der Rotation der Polarisationsebene des Lichts in einem Magnetfeld fest (Faraday-Effekt). Dies war die erste Beobachtung des Zusammenhangs zwischen magnetischen und optischen Phänomenen, der später im Rahmen der elektromagnetischen Lichttheorie von J. Maxwell erklärt wurde.

Etwa zur gleichen Zeit untersuchte ein deutscher Physiker die Eigenschaften von Elektrizität. Georg Simon Ohm(G.S. Ohm, 1787-1854). Nach einer Reihe von Experimenten entwickelte G. Ohm formulierte 1826 das Grundgesetz des Stromkreises(Ohmsches Gesetz) und gab 1827 seine theoretische Begründung, führte die Konzepte „elektromotorische Kraft“, Spannungsabfall in einem Stromkreis und „Leitfähigkeit“ ein.

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass die Stärke eines elektrischen Gleichstroms ICH in einem Leiter ist direkt proportional zur Potentialdifferenz (Spannung) U zwischen zwei festen Punkten (Abschnitten) dieses Leiters, d.h. RI = U . Proportionalitätsfaktor R , der 1881 den Namen ohmscher Widerstand oder einfach Widerstand erhielt, hängt von der Temperatur des Leiters und seinen geometrischen und elektrischen Eigenschaften ab.

Die Forschungen von G. Ohm schließen die zweite Stufe der Entwicklung der Elektrotechnik ab, nämlich die Bildung einer theoretischen Grundlage für die Berechnung der Eigenschaften elektrischer Schaltkreise, die zur Grundlage der modernen elektrischen Energietechnik geworden ist.

Das moderne Leben ist ohne Beleuchtung, Autos, Ausrüstung, digitale und andere Technologien nicht möglich. Sie basieren auf einer einzigen Ressource. In diesem Zusammenhang fragen sich viele Menschen, wer den Strom erfunden hat, der überall verwendet wird. Wer war der Mensch, mit dem die Entwicklung von Wissenschaft und Produktion begann und der den heutigen Komfort des Lebens potenziell ermöglichte?

Die Elektrizität als solche wurde nicht erfunden, da es sich um ein Naturphänomen handelt und ihre Erforschung im antiken Griechenland im 7. Jahrhundert v. Chr. begann. Der Philosoph und Naturforscher Thales von Milet machte darauf aufmerksam, dass der Stein beim Reiben von Bernstein mit Schafwolle die Fähigkeit erhält, bestimmte Lichtobjekte anzuziehen. Er hat auch den Begriff formuliert. Da Bernstein im Griechischen „Elektron“ genannt wird, bezeichnete Thales die offenbarte Kraft als „Elektrizität“.

Wissenschaftliche Forschung

Die eigentliche wissenschaftliche Erforschung der elektrischen Natur begann erst im 17. Jahrhundert, während der Renaissance. In Magdeburg fungierte zu dieser Zeit Otto von Guericke als Bürgermeister, doch Macht war nicht die eigentliche Leidenschaft des Beamten. Seine gesamte Freizeit verbrachte er in seinem Labor, wo er nach sorgfältigem Studium der Werke von Thales von Milet die erste elektrische Maschine der Welt erfand. Ihre Anwendung war zwar nicht praktisch, sondern vielmehr wissenschaftlich; sie ermöglichte es dem Erfinder, die Auswirkungen der Anziehung und Abstoßung durch elektrische Kraft zu untersuchen. Die Maschine war ein Stab, auf dem sich eine Kugel aus Schwefel drehte; in dieser Konstruktion ersetzte sie Bernstein.

Begründer der Elektrotechnik

Ebenfalls Ende des 17. Jahrhunderts war der Hofarzt und Physiker William Gilbert am englischen Hof tätig. Er ließ sich auch von den Werken des antiken griechischen Denkers inspirieren und begann seine eigene Forschung zu diesem Thema. Dieser Erfinder entwickelte ein Gerät zur Untersuchung der Elektrizität – den Versor. Mit seiner Hilfe konnte er sein Wissen über elektrische Phänomene erweitern. So stellte er fest, dass Schiefer, Opal, Diamant, Karborund, Amethyst und Glas ähnliche Eigenschaften wie Bernstein haben. Darüber hinaus stellte Gilbert den Zusammenhang zwischen Flamme und Elektrizität her und machte eine Reihe weiterer Entdeckungen, die es modernen Wissenschaftlern ermöglichten, ihn als Begründer der Elektrotechnik zu bezeichnen.

Strom über eine Distanz übertragen

Im 18. Jahrhundert wurde die Forschung zu diesem Thema erfolgreich fortgesetzt. Zwei Wissenschaftler aus England, Grenville Wheeler und Stephen Gray, fanden heraus, dass Elektrizität durch einige Materialien (sie wurden Leiter genannt) fließt und durch andere nicht. Sie führten auch das erste Experiment zur Übertragung elektrischer Kraft über eine Distanz durch. Die Strömung legte eine kurze Strecke zurück. So kann 1729 als erstes Datum für die Beantwortung der Frage bezeichnet werden, in welchem ​​Jahr die industrielle Elektrizität erfunden wurde. Weitere Entdeckungen folgten nacheinander:

• Maschenbroek, ein Mathematikprofessor aus Holland, erfand das „Leyden-Glas“, das im Wesentlichen der erste Kondensator war;
• der französische Naturforscher Charles Dufay klassifizierte elektrische Kräfte in Glas- und Harzkräfte;
• Michail Lomonossow bewies, dass Blitze aufgrund von Potenzialunterschieden entstehen, und erfand den ersten Blitzableiter;
• Der französische Professor Charles Coulomb entdeckte das Gesetz der Beziehung zwischen stationären Ladungen im Punktformat.

Alle etablierten Fakten wurden von Benjamin Franklin unter einem Deckmantel gesammelt, der auch mehrere vielversprechende Theorien vorschlug, beispielsweise dass Ladungen sowohl positiv als auch negativ sein können.

Von der Theorie zur Praxis

Alle festgestellten Fakten waren korrekt und bildeten die Grundlage für praktische Entwicklungen. Im 19. Jahrhundert fanden wissenschaftliche Forschungen nacheinander praktische Umsetzung:

• Der italienische Wissenschaftler Volt entwickelte eine Gleichstromquelle;
• der dänische Wissenschaftler Oersted stellte elektrische und magnetische Beziehungen zwischen Objekten her;
• ein Wissenschaftler aus St. Petersburg Petrov entwickelte eine Schaltung, die es ermöglichte, Räume mit elektrischem Strom zu beleuchten;
• Der Engländer Delarue erfand die erste Glühlampe der Welt

• Ampere entdeckte die Tatsache, dass das Magnetfeld nicht durch statische Ladungen, sondern durch ein elektrisches Feld gebildet wird;
• Faraday entdeckte die elektromagnetische Induktion und konstruierte den ersten Motor;
• Gauß entwickelte die Theorie des elektrischen Feldes;
• Der italienische Physiker Galvani stellte das Vorhandensein von Elektrizität im menschlichen Körper fest, insbesondere die Ausführung von Muskelbewegungen durch elektrischen Strom.

Die Arbeiten jedes der oben genannten Wissenschaftler dienten als Grundlage für bestimmte Richtungen, sodass jeder von ihnen mit Sicherheit als der erste Wissenschaftler der Welt bezeichnet werden kann, der die Elektrizität erfunden hat.

Das Zeitalter der „großen Entdeckungen“

Die gemachten Entdeckungen und durchgeführten Entwicklungen ermöglichten eine systematische Analyse des Phänomens und seiner Fähigkeiten, wodurch Projekte verschiedener elektrischer Systeme und Geräte möglich wurden. Zur Ehre Russlands können wir übrigens sagen, dass Zarskoje Selo im Jahr 1881 das erste besiedelte Gebiet der Erde war, das mit Elektrizität beleuchtet wurde. So können wir dank der Arbeit mehrerer Generationen in einer möglichst komfortablen Welt leben.

Geschichte der Elektrizität: Video