Ma saan aru, kuidas elektrit toodetakse. Aga kust tuleb elekter? Mis on vool ja selle olemus? Kuidas elekter meie koju jõuab?

Tihti võtavad meiega ühendust lugejad, kes pole varem elektritöödega kokku puutunud, kuid soovivad asjale selgeks teha. Selle kategooria jaoks on loodud rubriik “Elekter algajatele”.

Joonis 1. Elektronide liikumine juhis.

Enne elektriga seotud töö alustamist peate selle teema kohta pisut teoreetilisi teadmisi omandama.

Termin "elekter" viitab elektronide liikumisele elektromagnetvälja mõjul.

Peaasi on mõista, et elekter on väikseimate laetud osakeste energia, mis liiguvad juhtide sees teatud suunas (joonis 1).

Alalisvool praktiliselt ei muuda aja jooksul oma suunda ja suurust. Oletame, et tavalisel akul on pidev vool. Seejärel liigub laeng muutumata miinusest plussile, kuni see otsa saab.

Vahelduvvool on vool, mis muudab suunda ja suurust teatud perioodilisusega. Mõelge voolule kui veevoolule, mis voolab läbi toru. Teatud aja möödudes (näiteks 5 s) kihutab vesi ühes suunas, siis teises suunas.

Joonis 2. Trafo konstruktsiooniskeem.

Vooluga toimub see palju kiiremini, 50 korda sekundis (sagedus 50 Hz). Ühe võnkeperioodi jooksul suureneb vool maksimumini, seejärel läbib nulli ja seejärel toimub vastupidine protsess, kuid erineva märgiga. Küsimusele, miks see nii juhtub ja milleks sellist voolu vaja on, võime vastata, et vahelduvvoolu vastuvõtmine ja edastamine on palju lihtsam kui alalisvool. Vahelduvvoolu vastuvõtmine ja edastamine on tihedalt seotud sellise seadmega nagu trafo (joonis 2).

Vahelduvvoolu tekitav generaator on disainilt palju lihtsam kui alalisvoolugeneraator. Lisaks sobib vahelduvvool kõige paremini energia edastamiseks pikkadele vahemaadele. Selle abiga läheb vähem energiat kaotsi.

Trafo (spetsiaalne seade mähiste kujul) abil muundatakse vahelduvvool madalpingest kõrgepingeks ja vastupidi, nagu on näidatud joonisel (joonis 3).

Just sel põhjusel töötab enamik seadmeid võrgust, kus vool on vahelduv. Kuid alalisvoolu kasutatakse ka üsna laialdaselt: igat tüüpi akudes, keemiatööstuses ja mõnes muus valdkonnas.

Joonis 3. Vahelduvvoolu ülekandeahel.

Paljud inimesed on kuulnud selliseid salapäraseid sõnu nagu üks faas, kolm faasi, null, maandus või maa ja teavad, et need on elektrimaailmas olulised mõisted. Kuid mitte kõik ei mõista, mida need tähendavad ja kuidas nad ümbritseva reaalsusega suhestuvad. Sellest hoolimata on hädavajalik seda teada.

Laskumata tehnilistesse detailidesse, mis pole vajalikud kodu meistrimees, võime öelda, et kolmefaasiline võrk on elektrivoolu edastamise meetod, kui vahelduvvool voolab läbi kolme juhtme ja naaseb ühe kaudu tagasi. Ülaltoodu vajab veidi selgitust. Iga elektriahel koosneb kahest juhtmest. Ühel viisil läheb vool tarbijani (näiteks veekeetja) ja teine ​​​​nagastab selle tagasi. Kui avate sellise vooluringi, siis voolu ei voola. See on kõik ühefaasilise vooluahela kirjeldus (joonis 4 A).

Traati, mille kaudu vool voolab, nimetatakse faasiks või lihtsalt faasiks ja mille kaudu see tagasi pöördub - null või null. koosneb kolmest faasijuhtmest ja ühest tagasivoolust. See on võimalik, kuna iga kolme juhtme vahelduvvoolu faas nihkub külgneva juhtme suhtes 120° võrra (joonis 4 B). Sellele küsimusele aitab täpsemalt vastata elektromehaanika õpik.

Joonis 4. Elektriskeem.

Vahelduvvoolu edastamine toimub täpselt kolmefaasiliste võrkude abil. See on majanduslikult kasulik: veel kahte nulljuhet pole vaja. Tarbijale lähenedes jagatakse vool kolmeks faasiks ja igaühele neist antakse null. Nii satub see korteritesse ja majadesse. Kuigi mõnikord tarnitakse kolmefaasiline võrk otse majja. Reeglina räägime erasektorist ja sellel asjadel on omad head ja vead.

Maandus või õigemini maandus on ühefaasilise võrgu kolmas juhe. Sisuliselt ei kanna see töökoormust, vaid toimib omamoodi kaitsmena.

Näiteks kui elekter saab kontrolli alt välja (näiteks lühis), tekib tulekahju või elektrilöögi oht. Selle vältimiseks (st voolu väärtus ei tohiks ületada inimestele ja seadmetele ohutut taset) viiakse sisse maandus. Selle juhtme kaudu läheb üleliigne elekter sõna otseses mõttes maasse (joon. 5).

Joonis 5. Lihtsaim skeem maandus.

Üks näide veel. Oletame, et pesumasina elektrimootori töös tekib väike rike ja osa elektrivoolust jõuab seadme välimisse metallkesta.

Kui maandust pole, siis see laeng tiirleb edasi. pesumasin. Kui inimene seda puudutab, muutub ta selle energia jaoks koheselt kõige mugavamaks väljundiks, see tähendab, et ta saab elektrilöögi.

Kui sellises olukorras on maandusjuhe, voolab liigne laeng seda alla ilma kedagi kahjustamata. Lisaks võime öelda, et nulljuht võib olla ka maandatud ja põhimõtteliselt on see, kuid ainult elektrijaamas.

Olukord, kui majas puudub maandus, on ohtlik. Kuidas sellega toime tulla ilma kogu maja juhtmeid muutmata, arutatakse hiljem.

TÄHELEPANU!

Mõned käsitöölised, tuginedes elektrotehnika põhiteadmistele, paigaldavad nulljuhtme maandusjuhtmena. Ärge kunagi tehke seda.

Kui nulljuhe puruneb, on maandatud seadmete korpused pinge all 220 V.

See küsimus on nagu kapsas, avad selle lahti ja teed lahti, aga “põhiline” vars on veel kaugel. Kuigi küsimus puudutab ilmselt just seda vart, tuleb siiski püüda kogu kapsast jagu saada.

Kõige pealiskaudsel pilgul tundub voolu olemus lihtne: vool on siis, kui laetud osakesed liiguvad. (Kui osake ei liigu, siis voolu pole, on ainult elektriväli.) Püüdes mõista voolu olemust ja teadmata, millest vool koosneb, valisid nad positiivsete osakeste liikumissuunale vastava voolu suuna. Hiljem selgus, et negatiivsete osakeste vastassuunas liikumisel tekib eristamatu, oma toimelt täpselt samasugune vool. See sümmeetria on voolu olemuse märkimisväärne tunnus.

Olenevalt sellest, kus osakesed liiguvad, on erinev ka voolu iseloom. Praegune materjal ise on erinev:

• Metallidel on vabad elektronid;
• Metall- ja keraamilistes ülijuhtides on ka elektronid;
• Vedelikes - ioonid, mis tekivad siis, kui keemilised reaktsioonid või kokkupuutel rakendatud elektriväljaga;
• Gaasides on jällegi ioone, aga ka elektrone;
• Kuid pooljuhtides ei ole elektronid vabad ja võivad liikuda "teatejooksus". Need. See ei ole elektron, mis ei saa liikuda, vaid pigem koht, kus seda pole - "auk". Seda tüüpi juhtivust nimetatakse aukjuhtivuseks. Erinevate pooljuhtide ristmikel põhjustab sellise voolu olemus mõjusid, mis muudavad kogu meie raadioelektroonika võimalikuks.
  Voolutugevusel on kaks mõõdikut: voolutugevus ja voolutihedus. Laengute voolu ja näiteks voolikus oleva vee voolu vahel on erinevusi rohkem kui sarnasusi. Kuid selline vooluvaade on viimase olemuse mõistmiseks üsna produktiivne. Juhis olev vool on osakeste kiiruste vektorväli (kui need on sama laenguga osakesed). Kuid me tavaliselt ei võta neid üksikasju voolu kirjeldamisel arvesse. Keskmistame selle voolu.

Kui võtta ainult üks osake (looduslikult laetud ja liikuv), siis on vool, mis võrdub laengu ja hetkekiiruse korrutisega konkreetsel ajahetkel, täpselt seal, kus see osake asub. Meenuta, kuidas oli Ivasi dueti laulus “Õlle aeg on käes”: “... kui kliima on raske ja astraal on vaenulik, kui rong on läinud ja kõik rööpad on üles võetud... ” :)

Ja nüüd jõuame selle varre juurde, mida me alguses mainisime. Miks on osakesel laeng (liikumisel tundub kõik selge, aga mis on laeng)? Kõige fundamentaalsemad osakesed (nüüd juba kindlasti:) näiliselt jagamatud), mis laengut kannavad, on elektronid, positronid (antielektronid) ja kvargid. Üksiku kvarki väljatõmbamine ja uurimine on suletuse tõttu võimatu, elektroniga tundub see lihtsam, kuid see pole ka veel väga selge. Peal Sel hetkel on selge, et vool on kvantiseeritud: elektroni laengust väiksemaid laenguid ei täheldata (kvarke vaadeldakse ainult hadronite kujul, mille kogulaeng on sama või null). Laetud osakesest eraldiseisev elektriväli saab eksisteerida ainult koos magnetväljaga, nagu elektromagnetlaine, mille kvantiks on footon. Võib-olla peituvad mõned elektrilaengu olemuse tõlgendused kvantfüüsika vallas. Näiteks tema ennustatud ja suhteliselt hiljuti avastatud Higgsi väli (kui on olemas boson, on väli) selgitab paljude osakeste massi ja mass on mõõt, kuidas osake gravitatsiooniväljale reageerib. Võib-olla selgub laenguga, mis on elektriväljale reageerimise mõõdupuu, mõni sarnane lugu. Miks on mass ja miks on laeng, on mõnevõrra seotud küsimused.

Elektrivoolu olemusest teatakse palju, kuid kõige olulisem pole veel teada.

Elektriahelas, sealhulgas vooluallikas ja elektritarbijas, tekib elektrivool. Aga mis suunas see vool tekib? Traditsiooniliselt arvatakse, et välisahelas liigub vool plussist miinusesse, toiteallika sees aga miinusest plussi.

Tõepoolest, elektrivool on elektriliselt laetud osakeste korrapärane liikumine. Kui juht on metallist, on sellisteks osakesteks elektronid – negatiivselt laetud osakesed. Kuid välises vooluringis liiguvad elektronid täpselt miinusest (negatiivne poolus) plussile (positiivne poolus), mitte aga plussist miinusesse.

Kui lülitate selle välisesse vooluringi, saab selgeks, et vool on võimalik ainult siis, kui diood on ühendatud katoodiga miinuspoole poole. Sellest järeldub, et elektrivoolu suunaks ahelas võetakse elektronide tegelikule liikumisele vastupidine suund.

Kui jälgida elektrotehnika kui iseseisva teaduse kujunemislugu, saab aru, kust selline paradoksaalne lähenemine tuli.

Ameerika teadlane Benjamin Franklin esitas kord ühtse (ühendatud) elektriteooria. Selle teooria kohaselt on elektriline aine kaalutu vedelik, mis võib mõnest kehast välja voolata, teistesse kogunedes.

Franklini järgi on elektrivedelik olemas kõigis kehades, kuid kehad elektristuvad ainult siis, kui neil tekib elektrivedeliku (elektrivedeliku) liig või puudus. Elektrivedeliku puudumine (Franklini sõnul) tähendas negatiivset elektrifitseerimist ja liig - positiivset.

See oli positiivse laengu ja negatiivse laengu kontseptsioonide algus. Positiivselt laetud kehade ühendamise hetkel negatiivselt laetud kehadega voolab elektrivedelik suure koguse elektrivedelikuga kehast vähendatud kogusega kehadesse. See sarnaneb suhtlevate laevade süsteemiga. Teadusesse on jõudnud stabiilne elektrivoolu mõiste, elektrilaengute liikumine.

See Franklini hüpotees eelnes elektroonilisele juhtivuse teooriale, kuid see osutus kaugeltki veatuks. Prantsuse füüsik Charles Dufay avastas, et tegelikkuses on kahte tüüpi elektrit, mis küll eraldi alluvad Franklini teooriale, kuid kokkupuutel neutraliseerivad teineteist. On tekkinud uus dualistlik elektriteooria, mille esitas Charles Dufay katsete põhjal loodusteadlane Robert Simmer.

Hõõrumisel elektrifitseerimise eesmärgil elektrifitseeritud kehad ei lae mitte ainult hõõrutav keha, vaid ka hõõrutav keha. Dualistlik teooria väitis, et tavaseisundis sisaldavad kehad erinevas koguses kahte tüüpi elektrivedelikku, mis üksteist neutraliseerivad. Elektrifitseerimist seletati negatiivse ja positiivse elektri suhte muutumisega elektrifitseeritud kehades.

Nii Franklini hüpotees kui ka Simmeri hüpotees selgitasid edukalt elektrostaatilisi nähtusi ja isegi võistlesid omavahel.

1799. aastal leiutatud voltasammas ja avastus viis järeldusele, et lahuste ja vedelike elektrolüüsi käigus täheldatakse neis kahte liikumissuunas vastupidist laengut - negatiivset ja positiivset. See oli dualistliku teooria võidukäik, sest vee lagunemisel oli nüüd võimalik jälgida, kuidas positiivsel elektroodil eraldusid hapnikumullid, samas kui negatiivsel elektroodil eraldusid vesinikumullid.

Kuid siin ei olnud kõik sujuv. Eraldatud gaaside hulk varieerus. Vesinikku vabanes kaks korda rohkem kui hapnikku. See hämmastas füüsikuid. Sel ajal polnud keemikutel veel aimugi, et veemolekul sisaldab kahte vesinikuaatomit ja ainult ühte hapnikuaatomit.

Kõik ei saanud neist teooriatest aru.

Kuid 1820. aastal otsustab André-Marie Ampère Pariisi Teaduste Akadeemia liikmetele esitletud ettekandes valida esmalt ühe hoovuse suuna põhisuunaks, kuid annab seejärel reegli, mille järgi magnetite mõju elektrivoolu saab täpselt määrata.

Et mitte rääkida kogu aeg mõlema elektri kahest vastassuunalisest voolust, et vältida tarbetuid kordusi, otsustas Ampere elektrivoolu suunana rangelt aktsepteerida positiivse elektri liikumissuunda. Seega oli Ampere esimene, kes võttis kasutusele siiani üldtunnustatud reegli elektrivoolu suuna kohta.

Sellest positsioonist jäi hiljem kinni ka Maxwell ise, kes mõtles välja nn. reegli, mis määrab mähise magnetvälja suuna. Kuid küsimus elektrivoolu tegeliku suuna kohta jäi lahtiseks. Faraday kirjutas, et selline asjade seis on ainult tingimuslik, see on teadlastele mugav ja aitab neil selgelt määrata hoovuste suundi. Kuid see on ainult mugav vahend.

Pärast Faraday elektromagnetilise induktsiooni avastamist tekkis vajadus määrata indutseeritud voolu suund. Vene füüsik Lenz andis reegli: kui metalljuht liigub voolu või magneti lähedal, siis tekib selles galvaaniline vool. Ja tekkiva voolu suund on selline, et statsionaarne juhe liiguks oma tegevusest algsele liikumisele vastupidises suunas. Lihtne reegel, mis muudab selle mõistmise lihtsamaks.

Isegi pärast elektroni avastamist on see konventsioon eksisteerinud rohkem kui poolteist sajandit. Sellise seadme nagu vaakumtoru leiutamisega koos pooljuhtide laialdase kasutuselevõtuga hakkasid tekkima raskused. Kuid elektrotehnika, nagu varemgi, toimib vanade määratlustega. Mõnikord põhjustab see tõelist segadust. Kuid kohanduste tegemine põhjustab rohkem ebamugavusi.

Vähesed inimesed mõtlevad sellele, millal elekter ilmus. Ja selle ajalugu on üsna huvitav. Elekter teeb elu mugavamaks. Tänu temale sai kättesaadavaks televisioon, Internet ja palju muud. Ja tänapäevast elu ilma elektrita pole enam võimalik ette kujutada. See kiirendas oluliselt inimkonna arengut.

Elektri ajalugu

Kui hakkate mõistma, millal elekter ilmus, peate meeles pidama kreeka filosoofi Thalest. Just tema juhtis esmakordselt sellele nähtusele tähelepanu aastal 700 eKr. e. Thalles avastas, et kui merevaiku hõõruti vastu villa, hakkas kivi kergeid esemeid ligi tõmbama.

Mis aastal elekter tekkis? Pärast kreeka filosoofi ei uurinud seda nähtust pikka aega keegi. Ja teadmised selles valdkonnas suurenesid alles 1600. aastal. Sel aastal võttis William Gilbert kasutusele termini "elekter", uurides magneteid ja nende omadusi. Sellest ajast peale on teadlased hakanud seda nähtust intensiivselt uurima.

Esimesed avastused

Millal elekter tekkis ja seda kasutati tehnilistes lahendustes? 1663. aastal loodi esimene elektrimasin, mis võimaldas jälgida tõrjumise ja külgetõmbe mõju. 1729. aastal viis inglise teadlane Stephen Gray läbi esimese katse, mille käigus edastati elektrit kaugelt. Neli aastat hiljem avastas prantsuse teadlane C. Dufay, et elektril on kahte tüüpi laenguid: vaik ja klaas. 1745. aastal ilmus esimene elektriline kondensaator - Leydeni purk.

1747. aastal lõi Benjamin Franklin esimese teooria selle nähtuse selgitamiseks. Ja 1785. aastal ilmus elekter. Galvani ja Volt uurisid seda pikka aega. Selle nähtuse toimest lihaste liikumise ajal kirjutati traktaat ja leiutati galvaaniline objekt. Ja avastajaks sai vene teadlane V. Petrov

Valgustus

Millal tekkis elekter majadesse ja korteritesse? Paljude jaoks on see nähtus seotud eelkõige valgustusega. Seetõttu tuleks sellele mõelda, millal leiutati esimene lambipirn. See juhtus aastal 1809. Leiutaja oli inglane Delarue. Veidi hiljem ilmusid spiraalikujulised lambipirnid, mis täideti inertgaasiga. Neid hakati tootma 1909. aastal.

Elektri tulek Venemaal

Mõni aeg pärast mõiste "elekter" kasutuselevõttu hakati seda nähtust paljudes riikides uurima. Muutuste alguseks võib pidada valgustuse ilmumist. Mis aastal ilmus Venemaal elekter? Selle kuupäeva järgi - 1879. Siis viidi Peterburis esimest korda elektrifitseerimine lampide abil.

Kuid aasta varem paigaldati Kiievis ühes raudteetöökojas elektrivalgustid. Seetõttu on Venemaal elektrienergia ilmumise kuupäev mõnevõrra vastuoluline küsimus. Kuid kuna see sündmus jäi märkamatuks, võib ametlikuks kuupäevaks pidada Liteiny silla valgustamist.

Kuid on veel üks versioon, kui Venemaal ilmus elekter. Juriidilisest aspektist on see kuupäev 1880. aasta kolmekümnes jaanuar. Sel päeval ilmus Venemaa Tehnikaühingusse esimene elektrotehnika osakond. Tema ülesandeks oli jälgida elektrienergia kasutuselevõttu igapäevane elu. 1881. aastal sai Tsarskoje Selost esimene Euroopa linn, mis sai täielikult valgustatud.

Teine märkimisväärne kuupäev on viieteistkümnes mai 1883. Sel päeval valgustati Kreml esimest korda. Sündmus oli ajastatud Aleksander III Venemaa troonile tõusmisega. Kremli valgustamiseks paigaldasid elektrikud väikese elektrijaama. Pärast seda sündmust tekkis valgustus esmalt Peterburi peatänavale ja seejärel Talvepaleesse.

1886. aasta suvel asutati keisri määrusega Elektrivalgustuse Selts. Tegeles kogu Peterburi ja Moskva elektrifitseerimisega. Ja 1888. aastal hakati suurimatesse linnadesse ehitama esimesi elektrijaamu. 1892. aasta suvel käivitati Venemaal debüütelektritramm. Ja ilmus aastal 1895. See ehitati Peterburis, jõe kaldal. Bolšaja Okhta.

Ja Moskvas ilmus esimene elektrijaam aastal 1897. See ehitati Raushskaya muldkehale. Elektrijaam genereeris kolmefaasilist vahelduvvoolu. Ja see võimaldas edastada elektrit pikkade vahemaade taha ilma märkimisväärse võimsuse kadumiseta. Teistes linnades hakati ehitama 20. sajandi koidikul, enne Esimest maailmasõda.

Head lugejad ja lihtsalt meie ajakirja külastajad! Kirjutame üsna palju ja üsna üksikasjalikult meetoditest, milliste energiaressursside abil elektrijaamades elektrit toodetakse. Aatom, gaas, vesi - need olid meie "kangelased", välja arvatud see, et me polnud veel jõudnud alternatiivsete, "roheliste" võimaluste juurde. Kuid kui te vaatate tähelepanelikult, ei olnud lood kaugeltki täielikud. Kunagi varem pole me püüdnud üksikasjalikult jälgida elektri liikumisteed turbiinist meie pistikupesadeni ja teed meie valgustuseni. asulad ja teed, et tagada arvukate pumpade töö, mis tagavad meie kodude mugavuse.

Need teed ja rajad pole sugugi lihtsad, kohati käänulised ja korduvalt suunda muutvad, kuid teadmine, millised need välja näevad, on iga 21. sajandi kultuuriinimese kohustus. Sajand, mille välimuse määrab suuresti meid vallutanud elekter, mida oleme õppinud muutma nii, et kõik meie vajadused oleksid rahuldatud - nii tööstuses kui ka erakasutuses. Elektriliinide juhtmete vool ja meie vidinate akude vool on väga erinevad voolud, kuid need jäävad samaks. Milliseid jõupingutusi peavad elektrienergia insenerid ja insenerid tegema, et tagada kõige võimsam vool terasetehastes ja väikesed, väikesed voolud näiteks käekellades? Kui palju tööd peavad tegema kõik need, kes toetavad elektrienergia muundamise, ülekande ja jaotamise süsteemi ning millised meetodid tagavad selle süsteemi stabiilsuse? Mille poolest erineb "süsteemioperaator" "föderaalsest võrguettevõttest", miks ei kuulunud mõlemad ettevõtted Venemaal era-, vaid riigile?

Küsimusi on palju, neile on vaja teada vastuseid, et enam-vähem aru saada, miks meil nii palju energeetikatöötajaid vaja on ja mida nad laias laastus teevad? Oleme nii harjunud, et meie kodudes ja linnades on elektriga kõik ideaalses korras, et elektriinseneridest meenume alles siis, kui midagi ootamatult lakkab töötamast, kui kukume oma tavapärasest mugavustsoonist välja. On pime ja külm – just siis räägime energiajookidest ja ütleme sõnu, mida me kindlasti ei trüki.

Oleme kindlad, et meil vedas ausalt öeldes – tõeline professionaal nõustus selle raske, vajaliku ja isegi tohutu teema ette võtma. Palume armastada ja soosida – Dmitri Talanov, insener suure algustähega. Teate, on riik - Soome, kus inseneri ametinimetus on nii märkimisväärne, et omal ajal ilmus igal aastal kataloog, kus oli nimekiri spetsialistidest, kellel see oli. Tahaksin, et kunagi Venemaal ilmuks selline kuulsusrikas traditsioon, kuna meie elektroonika- ja Internetiajastul on sellist iga-aastaselt uuendatavat kataloogi palju lihtsam luua.

Artikkel, millele juhime teie tähelepanu inseneriteaduste kohta, on lühike, täpne ja sisutihe. Muidugi saab kõike, mida Dmitri kirjutas, palju üksikasjalikumalt kirjeldada ja omal ajal alustas meie ajakiri artiklite sarja sellest, kuidas 19. sajandil elektri vallutamine toimus.

Georg Ohm, Heinrich Hertz, Andre-Marie Ampère, Alessandro Volt, James Watt, Faraday, Jacobi, Lenz, Gramm, Fontaine, Lodygin, Dolivo-Dobrovolsky, Tesla, Yablochkov, Depreux, Edison, Maxwell, Kirchhoff, vennad Siemens ja Westinghouse'i vennad – elektriajaloos on palju kuulsusrikkaid nimesid, mis väärivad meenutamist. Üldiselt, kui keegi soovib meenutada üksikasju, kuidas see kõik algas, olete teretulnud ja Dmitri artikkel on täiesti erineva loo algus. Loodame väga, et see teile meeldib ja lähitulevikus näeme Dmitri Talanovi artiklite jätku.

Kallis Dmitri, minu enda nimel - debüüdiga palume kõigil lugejatel - ärge koonerdage kommentaaridega!

Mis on elektrivool, kust see tuleb ja kuidas see meie kodudesse jõuab?

Miks meil elektrit vaja on ja kui palju see meil elada aitab, saab igaüks teada oma kodu ja töökoha kriitilise pilguga üle vaadates.

Esimene asi, mis silma hakkab, on valgustus. Ja on tõsi, et ilma selleta muutuks isegi 8-tunnine tööpäev piinamiseks. Paljudesse suurlinnadesse tööle jõudmine on juba väike õnn, aga mis siis, kui pead seda tegema pimedas? Ja talvel läheb see mõlemale poole! Peamagistraalidel aitavad gaasilambid, aga keerasid veidi külili ja ei näe midagi. Võite kergesti keldrisse või auku kukkuda. Ja väljaspool linna looduses, ainult tähtede valgusega valgustatud?

Öine tänavavalgustus, Foto: pixabay.com

Ilma elektrita pole ka mitte millegagi soojust eemaldada kontoritest, kuhu oli raske ligi pääseda. Muidugi võib aknad avada ja märja rätiku pähe siduda, aga kaua see aitab? Vett pumpavad pumbad vajavad ka elektrit, vastasel juhul peate regulaarselt minema käsitsi koppaga pumba juurde.

Kohv kontoris? Unusta ära! Ainult siis, kui kõik teevad seda korraga ja mitte sageli, et söe põlemisel tekkiv suits tööõhkkonda ei mürgitaks. Või saate selle lisaraha eest lähedalasuvast kõrtsist.

Kas saata kiri järgmisesse kontorisse? Peate võtma paberi, kirjutama käsitsi kirja, seejärel kandma seda jalgadega. Linna teise otsa? Helistame kullerile. Kas teise riiki? Kas sa tead, kui palju see maksma läheb? Lisaks ärge oodake vastust varem kui kuus kuud naaberriikidest ja aastast kuni viie kuuni välismaalt.

Jõudsime koju tagasi, peame küünlad süütama. Nende ees lugemine on silmadele piin, nii et peate midagi muud tegema. Millega? Pole televiisorit, arvuteid ega nutitelefone – isegi need on kadunud, sest pole millegagi toita. Lama pingil ja vaata lakke! Kuigi sündimus tõuseb kindlasti.

Olgu lisatud, et kõik plastid ja väetised saadakse praegu maagaasist tehastes, kus pöörlevad tuhanded mootorid, mida juhib sama elektrienergia. Siit lüheneb saadaolevate väetiste nimekiri oluliselt nendele, mida saab valmistada looduslikust toorainest vaatides, segades neis olevat mürgist läga käsitsi, vee- või auruajamiga labadega. Selle tulemusena väheneb oluliselt toodetavate toodete maht.

Unustage plastid! Eboniit on meie kõrgeim õnn pikast nimekirjast. Ja metallide hulgas muutub malm kõige taskukohasemaks. Meditsiinist kerkivad põhiinstrumendina lavale taas stetoskoop ja kiiresti roostetav skalpell. Ülejäänu vajub unustusehõlma.

Võib pikalt jätkata, aga mõte peaks juba selge olema. Vajame elektrit. Ilma temata saame hakkama, aga mis elu see oleks! Kust see maagiline elekter siis tuli?

Elektri avastamine

Me kõik teame füüsilist tõde, et miski ei kao kuhugi jäljetult, vaid läheb ainult ühest olekust teise. Kreeka filosoof Thales Mileetosest puutus selle tõega kokku 7. sajandil eKr. e. elektri kui energiavormi avastamine merevaigutüki villaga hõõrudes. Osa mehaanilisest energiast muutus elektrienergiaks ja merevaik (vanakreeka keeles "elektron") elektriseeriti ehk omandas kergeid objekte ligi tõmbavad omadused.

Seda tüüpi elektrit nimetatakse nüüd staatiliseks ja see on leidnud laialdast rakendust, sealhulgas elektrijaamade gaasipuhastussüsteemides. Aga sisse Vana-Kreeka sellest polnud kasu ja kui Mileetose Thales poleks oma katsete ülestähendust maha jätnud, poleks me kunagi teadnud, kes oli esimene mõtleja, kes keskendus sellele energiatüübile, mis on võib-olla kõige puhtam energia tüübist. tuttav tänaseni. Seda on ka kõige mugavam hallata.

Termini "elekter" ise, see tähendab "merevaigu", võttis kasutusele William Gilbert 1600. aastal. Sellest ajast peale hakati elektriga laialdaselt katsetama, püüdes lahti harutada selle olemust.

Selle tulemusena järgnes aastatel 1600–1747 rida põnevaid avastusi ja ilmus esimene elektriteooria, mille lõi ameeriklane Benjamin Franklin. Ta tutvustas positiivse ja negatiivse laengu mõistet, leiutas piksevarda ja tõestas selle abil välgu elektrilist olemust.

Seejärel avastati 1785. aastal Coulombi seadus ja 1800. aastal leiutas itaallane Volta galvaanilise elemendi (esimene alalisvoolu allikas, kaasaegsete patareide ja akude eelkäija), mis kujutas endast paberiga eraldatud tsingist ja hõbedast ringidest koosnevat sammast. soolaga maitsestatud vees leotatud. Selle, tolle aja kohta stabiilse elektriallika tulekuga järgnesid üksteise järel kiiresti uued ja olulised avastused.

Michael Faraday peab oma jõululoengut kuninglikus institutsioonis. Litograafia fragment, Foto: republic.ru

1820. aastal avastas Taani füüsik Oersted elektromagnetilise vastastikmõju: alalisvooluga ahelat sulgedes ja avades märkas ta juhi lähedal asuva kompassinõela tsüklilisi võnkumisi. Ja 1821. aastal avastas prantsuse füüsik Ampere, et vahelduva elektrivooluga juhi ümber moodustub vahelduv elektromagnetväli. See võimaldas Michael Faradayl 1831. aastal avastada elektromagnetilise induktsiooni, kirjeldada võrranditega elektri- ja magnetvälja ning luua esimene vahelduvvoolu elektrigeneraator. Faraday lükkas traadipooli magnetiseeritud südamikusse ja selle tulemusena tekkis mähisesse elektrivool. Faraday leiutas ka esimese elektrimootori, elektrivoolu kandva juhi, mis pöörleb ümber püsimagneti.

Siin artiklis on võimatu mainida kõiki “elektri võidujooksus” osalejaid, kuid nende jõupingutuste tulemuseks oli elektrit ja magnetismi üksikasjalikult kirjeldav eksperimentaalselt tõestatav teooria, mille kohaselt toodame nüüd kõike, mis vajab toimimiseks elektrit. .

Alalis- või vahelduvvool?

1880. aastate lõpus, enne tööstusliku elektri tootmise, jaotamise ja tarbimise ülemaailmsete standardite tulekut, puhkes alalis- ja vahelduvvoolu kasutamise pooldajate vahel lahing. Tesla ja Edison seisid vastasarmeede eesotsas.

Mõlemad olid andekad leiutajad. Välja arvatud see, et Edisonil olid palju arenenumad ärilised võimed ja "sõja" alguseks oli tal õnnestunud patenteerida palju alalisvoolu kasutavaid tehnilisi lahendusi (sel ajal oli USA-s alalisvool vaikestandardiks; konstant on vool mille suund ei muutu vastavalt ajale).

Kuid oli üks probleem: tollal oli alalisvoolu väga raske muuta kõrgemaks või madalamaks pingeks. Lõppude lõpuks, kui täna saame elektrit 240 volti ja meie telefon vajab 5 volti, ühendame pistikupessa universaalse karbi, mis muudab kõik vajalikuks vajalikuks, kasutades kaasaegseid transistore, mida juhivad keeruka tarkvaraga pisikesed loogikaahelad. Mida sai siis teha, kui kõige primitiivsemate transistoride leiutamiseni oli jäänud veel 70 aastat? Ja kui elektrikadude tingimuste tõttu oli vaja pinget tõsta 100 000 voldini, et elektrit 100 või 200 kilomeetri kaugusele tarnida, olid kõik Volta postid ja primitiivsed alalisvoolugeneraatorid jõuetud.

Sellest aru saades pooldas Tesla vahelduvvoolu, mille muutmine mistahes pingetasemeteks polnud ka tol ajal keeruline (vahelduvvooluks loetakse voolu, mille suurus ja suund muutuvad ajas perioodiliselt ka pideva takistuse korral sellele voolule; võrgu sagedus 50 Hz juhtub see 50 korda sekundis). Edison, kes ei tahtnud endale patenditasusid kaotada, käivitas kampaania vahelduvvoolu diskrediteerimiseks. Ta väitis, et seda tüüpi vool on eriti ohtlik kõigile elusolenditele, ning selle tõestuseks tappis ta avalikult hulkuvaid kasse ja koeri, rakendades neile vahelduvvooluallikaga ühendatud elektroode.

Edison kaotas lahingu, kui Tesla pakkus, et valgustab kogu Buffalo linna 399 000 dollari eest Edisoni pakkumise vastu teha sama 554 000 dollari eest. Päeval, mil linn oli valgustatud elektriga, mis saadi Niagara juga juures asuvast jaam, mis toodab vahelduvvoolu, sai ettevõte General Electric jättis oma tulevastes äriprojektides alalisvoolu tähelepanuta, toetades täielikult oma mõjuvõimu ja rahaga vahelduvvoolu.

Thomas Edison (USA), joon.: cdn.redshift.autodesk.com

Võib tunduda, et vahelduvvool on maailma igaveseks vallutanud. Tal on aga pärilikud haigused, mis kasvavad välja juba varieeruvuse faktist. Esiteks on need elektrikaod, mis on seotud kadudega elektriülekandeliinide juhtmete induktiivses komponendis, mida kasutatakse elektri edastamiseks pikkade vahemaade taha. Need kaod on 10-20 korda suuremad kui võimalikud kaod samades elektriliinides, kui neid läbib alalisvool. Lisaks on elektrisüsteemi sõlmede sünkroniseerimise keerukus (näiteks üksikute linnade paremaks mõistmiseks), kuna see nõuab mitte ainult sõlmede pingete, vaid ka nende faasi võrdsutamist, kuna vahelduvvool on siinuslaine. .

See näitab ka märksa suuremat pühendumist sõlmede üksteise suhtes “kiikumisele”, kui pinge ja sagedus hakkavad üles-alla muutuma, millele tavatarbija oma korteris valguse vilkudes tähelepanu pöörab. Tavaliselt on see sõlmede ühise töö lõpu kuulutaja: nendevahelised ühendused katkevad ja mõned sõlmed leiavad end energiadefitsiidiga, mis viib nende sageduse vähenemiseni (st sõlme pöörlemiskiiruse vähenemiseni). samad elektrimootorid ja ventilaatorid) ja mõned liigse energiaga, mis põhjustab ohtlikult kõrgeid pingeid kogu objektil, sealhulgas meie pistikupesades, kus on ühendatud seadmed. Ja piisavalt pika elektriliiniga, mis on näiteks Vene Föderatsiooni jaoks kriitiline, hakkavad ilmnema muud elektrikute tuju rikkuvad efektid. Detailidesse laskumata võime märkida, et vahelduvvoolu elektri edastamine juhtmete kaudu väga pikkade vahemaade tagant muutub keeruliseks ja mõnikord võimatuks. Teadmiseks, lainepikkus sagedusega 50 Hz on 6000 km ja poolele sellest pikkusest – 3000 km – lähenedes hakkavad mõjuma liikuvate ja seisvate lainete ning resonantsiga seotud efektid.

Need mõjud alalisvoolu kasutamisel puuduvad. See tähendab, et energiasüsteemi stabiilsus tervikuna suureneb. Võttes arvesse seda, aga ka seda, et arvutid, LED-id, päikesepaneelid, akud ja palju muud kasutavad töötamiseks alalisvoolu, võime järeldada: sõda alalisvooluga pole veel kaotatud. Kaasaegsetel alalisvoolumuunduritel mis tahes võimsuse ja pinge jaoks, mida tänapäeval kasutatakse, on inimkonnale tuttavate vahelduvvoolutrafode hinnaga võrdväärseks jäänud väga vähe. Pärast seda algab ilmselt võidukas marss üle alalisvoolu planeedi.