Ученые сделавшие открытия в области электричества

Если бы мы спросили, кто открыл электричество, то получили бы разные ответы из разных стран. То же самое произойдет, если мы спросим, кто создал двигатель внутреннего сгорания, электрический двигатель, телеграф, телефон, радио, телевизор или компьютер.

Это неудивительно, поскольку в ряде случаев приоритет изобретений, возникших почти одновременно в разных местах, был предметом долгих и сложных научных изысканий, а окончательные применения часто вызывали критику среди специалистов.

Вряд ли янтарь, натёртый комком шерсти и описанный древнегреческим математиком и философом Фалес Милетским в VII веке до н. э признается периодом открытия электричества. Только с 17 века происходит ряд открытий в области магнетизма и электричества.

Открытие электричества эволюционировало в течение длительного периода, что позволило выявить различные этапы.
Ученые занимавшиеся изучением электричества обеспечили то применение, нынешнюю структуру и эксплуатационные характеристики обусловленные электрическими зарядами сейчас.

Майкл Фарадей – основоположник закона индукции

Майкл Фарадей

Майкл Фарадей

Ученый занимавшиеся изучением электричества – великий английский физик и химик Майкл Фарадей (1791-1867). Его заслуга в изучении взаимной магнитной индукции между двумя связанными контурами как основа при производстве электричества огромна.

Будучи сыном кузнеца, он был самоучкой, благодаря книгам по химии и электричеству, которые он читал во время своего ученичества в переплетной мастерской—работу, которую он начал в возрасте 14 лет. Когда он был еще подростком, у него была возможность посещать лекции великого химика Хамфри Дэви в Королевском институте. В возрасте 21 года Дэви нанял его помощником в Королевский институт, где Фарадей оставался в течение следующих 50 лет, будучи назначен заведующим его лабораторией в 1821 году. Хотя отсутствие формального образования оставляло ему математические пробелы, они были в значительной степени компенсированы поразительной экспериментальной интуицией, которая позволила ему стать одним из самых влиятельных экспериментальных исследователей всех времен.

В 1821 году Фарадей начал исследовать взаимодействие между магнитами и токами. Он разработал концепцию силовой линии (термин, который он ввел) для обоснования фигур, образованных железными опилками вблизи магнита. Используя эту концепцию, в августе 1831 года он открыл взаимную магнитную индукцию, отметив переходный ток, индуцируемый в катушке, когда ток включался и выключался во второй катушке. Обе катушки были намотаны на один и тот же тороидальный железный сердечник.

В октябре 1831 года Фарадей наблюдал самоиндукцию, возникающую в результате тока, индуцируемого в соленоидальной катушке движением магнита внутри ее отверстия. Ученые занимавшиеся изучением электричества

Фарадей ввел термин электродвижущая сила для такого эффекта, и мы все еще видим это в использовании сегодня.

В 1831 году Фарадей также создал представление электромеханического генератора. Он ввел понятие диэлектрической проницаемости и построил первый переменный конденсатор в 1837 году. Он также изучал оптику и поляризацию света вместе со своим другом Чарльзом Уитстоуном, открыв в 1845 году эффект Фарадея (вращение поляризованного света при прохождении через намагниченную область).

Между 1846 и 1855 годами Фарадей признал магнитные свойства материи и ввел понятие диамагнетизма. Развивая идею силовых линий, он ввел понятия электрического и магнитного полей.

Не менее важными были открытия Фарадея в области химии, где он написал несколько прорывных работ. Он собрал свою колоссальную научную продукцию главным образом в экспериментальных исследованиях, опубликованных в нескольких номерах между 1839 и 1855 годами. Он выступал с памятными лекциями в Королевском институте, был назначен членом Королевского общества в 1824 году и дважды получил медаль Копли, в 1832 и 1838 годах, но отказался от дворянского титула и президентства Королевского института (1864) и не хотел регистрировать никаких патентов.

Ганс Кристиан Эрстед изучал магнитное действие электричества

Другой ученый занимавшийся изучением электричества был датский физик и химик Ганс Кристиан Эрстед (1777-1851). В 1820 году он объединил открытие магнитных эффектов электрических токов и завершил эпистемологическую основу квазистационарного электромагнетизма.

Таким образом, благодаря этим людям посвятившим себя науке была наконец найдена ключевая и скрытная особенность: для получения электрических эффектов необходимы переменные магнитные поля.

Джеймс Клерк Максвелл математически описал основные законы электричества и магнетизма

Джеймс Клерк Максвелл

Джеймс Клерк Максвелл

Математическая формулировка электромагнитной индукции была разработана немецким физиком и математиком Францем Эрнстом Нейманом (1798-1895) в 1945 году. Эти открытия проложили путь к фундаментальной теоретической композиции, выполненной Джеймсом Клерком Максвеллом (1831-1879), начиная с “силовых линий Фарадея”. Однако работа Максвелла изначально вызывала недоверие у большинства физиков и игнорировалась инженерами.

Только к концу XIX века, после памятного эксперимента с электромагнитными волнами, проведенного Генрихом Герцем в 1887 году, теория Максвелла стала общепринятой и позволила обратиться как к физике, так и к технике.

Николас Джозеф Каллан изобрел индукционную катушку

Ученые занимавшиеся изучением электричества подхватили идею ирландского священника Николас Джозеф Каллан (1799-1864) по изменению взаимно связанной индукции.

После посвящения в сан Каллан изучал физику в Римском университете, который окончил в 1826 году. По возвращении в Ирландию он был назначен профессором естественной философии (которую мы теперь называем физикой) в Колледже Святого Патрика в Мейнуте, недалеко от Дублина, где он основал свою лабораторию.
В 1836 году Каллан построил первое устройство, способное эффективно эксплуатировать взаимную связь электричества. Его устройство состояло из двух катушек: с малым числом витков и большим из хорошо изолированных проводов, намотанных на железный сердечник. Резкое прекращение тока первой катушки вызывало высокое напряжение во второй (возможно, до нескольких десятков киловольт).

В 1854-1855 годах Каллан разработал электрохимические ячейки, которые собрал в большие батареи для питания электромагнитов.
Каллан также построил ранние электрические двигатели и в 1853 году запатентовал гальванический процесс, направленный на предотвращение окисления железа. Тем не менее он не пренебрегал своим религиозным призванием, написав около 20 книг на подобные темы. Каллан построил свое устройство, потому что ему нужны были высокие напряжения в его экспериментах, трансформируя их из низкого напряжения, обеспечиваемого его батареями, но он не смог внедрить изобретения в широкую эксплуатацию.

Даниэль Румкорф – получение импульсов высокого напряжения

В 1851 году Генрих Даниэль Румкорф (1803-1877) запатентовал устройство и широко использовал, так что он стал известен как “катушка Румкорфа”.

Несколько других изобретателей работали над его усовершенствованием, вводя “разделенный” железный сердечник для уменьшения потерь и автоматические прерыватели.
Рюмкорф был немецким приборостроителем, который переехал на заработки за границу, сначала в Англию, а затем во Францию. В Париже он открыл мастерскую по изготовлению научных приборов. Напряжение, наведенное в его вторичной обмотке 1851 года вызывало искры 5 см, но в его усовершенствованной модели 1857 года они могли достигать и 30 см. Эти устройства обеспечили Даниэлю Румкорфу успех: Наполеон III присудил ему премию в 50 000 франков в 1858 году.

Он также изобрел другие инструменты, такие как лампа Румкорфа, которая включала его катушку и термоэлектрическую батарею. В последующие годы катушка Румкорфа была использована в телеграфии и сыграла фундаментальную роль в экспериментальных исследованиях как источник высоких напряжений, более эффективный, чем электростатические машины.

Уильям Крукс – генерация электронов в газоразрядных трубках

Уильям Крукс

Уильям Крукс

С 1861 года источник высоких напряжений использовался английским физиком и химиком Уильямом Круксом (1832-1919) для питания своих вакуумных ламп, которые он использовал для проведения ранних экспериментов с катодными лучами. Его результаты привели его к предположению, что лучи состоят из частиц с отрицательным зарядом (очень ранняя интуиция электрона).

Исследования с использованием подобных приборов вывели на свет концепцию рентген лучей (получаемых при воздействии катодного луча на мишень), которые систематически изучались немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном (1845-1923) с 1895 года.

За эти достижения Рентген был удостоен первой Нобелевской премии по физике.

Джозеф Джон Томсон – открытие электрона

Британский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940), нобелевский лауреат (1906), использовал источник высоких напряжений в дальнейших экспериментах, которые привели его к открытию электрона в 1897 году признав его в тысячу раз легче чем атом водорода.
Этот результат был предсказан в 1895 году французским физиком Жаном-Батистом Перреном (1870-1942) после его экспериментов с аналогичной аппаратурой. Перрен также был удостоен Нобелевской премии по физике в 1926 году. Все эти экспериментальные устройства использовали трансформатор, введенный Калланом для получения повторяющихся высоковольтных импульсов, питаемых от батарей постоянного тока.

Свеча Яблочкова

Павел Николаевич Яблочков

Павел Николаевич Яблочков

В 1876 году появилась простая, дешевая и эффективная дуговая лампа-свеча Яблочкова, которая вскоре получила большой успех в Европе и Америке.

Чтобы обеспечить равное потребление двух параллельных углеродных стержней, между которыми была установлена дуга, ток должен был непрерывно изменяться, и с этой целью производители начали строить генераторы переменного тока, полученные из их динамомашин постоянного тока. Появилась технология переменного тока.свеча яблочкова

Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс – изобретатели трансформатора

Идея применения связанных катушек в системах переменного тока была впервые задумана Яблочковым, изобретателем свечи, но она прошла незамеченной. Вместо этого устройство со связанными катушками впервые реализовано в Лондоне в 1881 году французским химиком Люсьеном Голаром (1850-1888) и британцем Джоном Диксоном Гиббсом (1834-1912).

Их устройство, полученное из катушки Румкорфа и получившее название вторичного генератора, имело соотношение витков 1:1 и открытый железный сердечник. Несколько таких устройств питались на своих первичных устройствах, соединенных последовательно, в то время как их вторичные устройства питали независимых пользователей при низком напряжении. Они запатентовали и продемонстрировали устройство в Лондоне в 1882 году на Туринской Международной выставке 1884 года на линии переменного тока, протянувшейся на рекордное расстояние в 34 км.

Уильям Стэнли-младший

В Америке ученым занимавшимся изучением электричества и практически воплощавшим его возможности был Уильям Стэнли-младший (1858-1916), инженер компании Westinghouse Electric.

В 1886 году он ввел в эксплуатацию первую американскую систему переменного тока в Баррингтоне, штат Массачусетс. Он питал освещение лампами накаливания и впервые использовал повышающие трансформаторы.

В 1890 году он открыл свой собственный трансформаторный завод, который в 1903 году был приобретен компанией General Electric. В 1893 году Уильям Стэнли-младший поставил первые трехфазные трансформаторы на первую американскую многофазную электростанцию в Редленде, штат Калифорния. Он также изобрел счетчик для переменного тока и лампу накаливания с обугленной шелковой нитью.

Элиу Томсон

Еще один шаг вперед сделал ученый занимавшийся изучением электричества в 1887 году химик и электрик британского происхождения Элиу Томсоном (1853-1937).

Бывший учитель средней школы, в 1880 году вместе с профессором Эдвардом Дж. Хьюстоном (1847-1914) основал американскую Электрическую компанию (позже Thomson-Houston Electric Company), производившую системы для дугового освещения, которые имели большой успех. В 1886 году они начали производить системы переменного тока для ламп накаливания и, работая на этой линии Томсон в 1887 году построил первый трансформатор с масляной изоляцией, способный к лучшей изоляции и охлаждению.

В 1888 году Элиу Томсон задумал трансформатор постоянного тока и электрическую контактную сварку, которая позволяла проводить ранее невозможные сварочные операции. Изобретение было использовано новой компанией -Thomson Electric Welding.
В 1892 году Элиу Томсон способствовал слиянию Thomson-Houston Electric Company и Edison General Electric Company, дав жизнь General Electric Company (GE). Он руководил исследовательской лабораторией компании, лабораторией Томсона, где разрабатывал тяговые двигатели, электрические счетчики, защитные устройства, рентгеновские аппараты и трехфазные генераторы переменного тока.

Элиу Томсон зарегистрировал почти 700 патентов и был одним из основателей Международной электротехнической комиссии и президентом Массачусетского технологического института с 1920 по 1923 год.

Никола Тесла – идеи беспроводного электричества

Великим ученым занимавшимся изучением электричества был Никола Тесла (1856-1943), американец сербского происхождения.Ученые занимавшиеся изучением электричества
Изобретатель, отец асинхронного двигателя, многофазных систем, радиоаппаратуры и других электрических инноваций как изобретения Теслы.
Одной из интересных инноваций была катушка Теслы, состоящая из двух слабо связанных катушек с воздушным сердечником, обе резонансные на одной и той же высокой частоте и способные производить чрезвычайно высокие напряжения (миллионы вольт), которые он использовал в эффектных экспериментах, генерируя молнии длиной в несколько метров.Ученые занимавшиеся изучением электричества
После десятилетий пренебрежения эта концепция в настоящее время привлекает внимание все большего числа исследователей, поскольку она является основой передачи электроэнергии без проводов среднего уровня.