Откуда берётся электричество
Откуда берётся электричество: обзор способов получения электроэнергии
В книге И. И. Труба представлен всесторонний обзор различных способов получения электричества, начиная с исторических открытий и заканчивая современными альтернативными источниками энергии. Автор рассматривает как традиционные, так и инновационные подходы к генерации электроэнергии, уделяя внимание как физическим принципам, лежащим в их основе, так и историческому контексту развития электротехники.
Статическое электричество и первые опыты
Книга начинается с описания ранних наблюдений за статическим электричеством, начиная с опытов Фалеса Милетского с янтарем. Автор подробно рассматривает природу электрического заряда, взаимодействие заряженных тел и развитие первых приборов для обнаружения и измерения электричества, таких как электроскоп и электрометр. Отдельное внимание уделяется электрофорной машине и лейденской банке, как первым устройствам для накопления и генерации статического электричества. Также рассматриваются практические применения статического электричества в современных технологиях, таких как окраска изделий и электрокопчение.
Электричество из небес: молнии и грозы
Вторая глава посвящена атмосферному электричеству, в частности, молниям и грозам. Автор описывает исторические исследования, включая эксперименты Бенджамина Франклина и Георга Рихмана, и объясняет физическую природу молнии, ее опасные факторы и способы защиты от нее. Рассматривается образование электрических зарядов в облаках, механизм возникновения молнии и шаровой молнии. Также обсуждаются мифы и заблуждения, связанные с молниями, и даются рекомендации по безопасности во время грозы.
Химические источники: гальванические элементы и аккумуляторы
В книге подробно рассматривается история открытия гальванических элементов, начиная с опытов Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта. Описывается принцип работы гальванических элементов, устройство батареек и аккумуляторов, а также различные типы батареек и их применение. Автор также затрагивает тему аккумуляторов, их устройство, принцип работы и применение в различных областях.
Электричество из живой природы и света
В книге также рассматриваются нетрадиционные источники электроэнергии. Описывается способность электрических угрей генерировать электричество, принцип работы их электрических органов и способы электролокации. Отдельная глава посвящена фотоэлементам, их устройству, принципу работы и применению в солнечных батареях. Рассматривается история создания солнечных батарей, фотоэффект и перспективы развития гелиоэнергетики.
Традиционные и альтернативные источники энергии
В заключительных главах автор рассматривает традиционные способы получения электроэнергии, такие как тепловые, гидроэлектростанции и атомные электростанции. Подробно описывается принцип работы каждой из них, их устройство и применение. Также обсуждаются альтернативные источники энергии, такие как ветроэнергетика, биотопливо, геотермальная энергетика, приливные и волновые электростанции, а также перспективы их развития в России. Автор анализирует преимущества и недостатки различных источников энергии, а также рассматривает вопросы экологической безопасности и экономической целесообразности.
И. И. Труб ОТКУДА БЕРЁТСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Москва Берлин 2020
УДК 621.31
ББК 31.282.5
Т77
Труб, И. И.
Т77
Откуда берётся электричество / И . И. Труб. — Москва ;
Берлин : Директ‐медиа, 2020. — 59 с.
ISBN 978‐5‐4499‐1540‐5
В книге описаны все способы получения электричества. Приведены
страницы истории электротехники, посвящённые открытию этих способов.
Для широкого круга читателей.
Текст печатается в авторской редакции.
УДК 621.31
ББК 31.282.5
ISBN 978‐5‐4499‐1540‐5
© Труб И. И, текст, 2020
© Издательство «Директ‐Медиа», оформление, 2020
Предисловие На встрече с космонавтами поэт Евгений Евтушенко честно признался: «Я не знаю, откуда берётся электричество». Юрий Гагарин удивился: «Ведь Вы изучали в школе физику». Этот разговор получил неожиданное продолжение. Академик П.Л. Капица к всеобщему изумлению заявил: «А я тоже не знаю, откуда берётся электричество». По‐видимому, прославленный академик имел в виду следующее. Мы хорошо знаем, что электрический ток представляет собой движение электронов, несущих отрицательный заряд. Но что такое заряд? Чем же заполнен электрон? Что придаёт ему определённые свойства? Вряд ли вы задумывались над этим. Несомненно, со временем наука даст ответ и на эти вопросы. А здесь мы предлагаем читателю познакомиться со всеми способами получения электричества. На избранных страницах из истории электротехники будет рассказано об истории открытий в этой области, об альтернативной энергетике. Автор будет благодарен за все отзывы и замечания. Их следует направлять по адресу: iosiftrub@yandex.com
1. Из волосяного покрова Одним из первых, чьё внимание привлекло электричество, был греческий философ Фалес Милетский, который в VII веке до н. э. обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.‐ греч. ἤλεκτρον: электрон) приобретает свойства притягивать лёгкие предметы. Напомним, что нам известно о статическом электричестве. Электрический заряд вызван положительными элементарными частицами атома (протонами) либо отрицательными элементарными частицами (электронами). Создать заряд можно путём натирания поверхностей некоторых твёрдых тел. Отрицательный заряд может быть создан натиранием эбонитовой палочки клочком шерсти. При этом электроны перейдут из шерсти на палочку и зарядят её отрицательно. Ясно, что сама шерсть, потерявшая электроны, будет заряжена положительно. Подобным образом, натирая стеклянную палочку полоской шёлковой ткани, мы зарядим её положительно, так как электроны перейдут из стеклянной палочки на шёлк. Шёлк же получит отрицательный заряд. Прикоснувшись палочкой к небольшой поверхности лёгкого тела (например, бумажная гильза), мы передадим ему этот заряд. Подвесив вблизи на небольшое расстоянии друг от друга две заряженные картонные гильзы мы обнаружим следующее. Между гильзами, заряженными разноимёнными зарядами существует сила притяжения, а между гильзами, заряженными одноимённо, существует сила отталкивания (рис 1.1). Перед исследователями статического электричества возникли следующие проблемы: Измерить или хотя бы оценить величину заряда; накопить электрический заряд найти более эффективный способ генерирования статического электричества; Рис. 1.1. Взаимодействие заряженных тел. накопить электрический заряд найти более эффективный способ генерирования статического электричества Дальнейшие разработки привели к созданию электрометра, лейденской банки и электрофорной (электростатической) машины. Электроскоп (от греческих слов «электрон» и skopeo – наблюдать, обнаруживать) – прибор для обнаружения электрических зарядов. Электроскоп состоит из металлического стержня, к которому подвешены две полоски бумаги или алюминиевой фольги. Стержень укреплён при помощи эбонитовой пробки внутри металлического корпуса цилиндрической формы, закрытого стеклянными (рис. 1.2). Устройство электроскопа основано на явлении электрического отталкивания заряженных тел. При соприкосновении заряженного тела, например натёртой стеклянной палочки, со стержнем электроскопа электрические заряды распределяются по стержню и листочкам. Так как одноимённо заряженные тела отталкиваются, то под действием силы отталкивания листочки электроскопа разойдутся на некоторый угол. Причём чем больше величина заряда электроскопа,
тем больше сила отталкивания листочков и тем на больший угол они разойдутся. Следовательно, по углу расхождения листочков электроскопа можно судить о величине заряда, находящегося на электроскопе. Рис. 1.2. Работа электроскопа. Если к заряженному электроскопу поднести тело, заряженное противоположным знаком, например, отрицательно, то угол между его листочками начнёт уменьшаться. Следовательно, электроскоп позволяет определить знак заряда наэлектризованного тела. Для обнаружения и измерения электрических зарядов применяется также электрометр (рис. 1.3). Его принцип действия существенно не отличается от электроскопа. Основной частью электрометра является лёгкая алюминиевая стрелка, которая может вращаться вокруг вертикальной оси.
Рис. 1.3. Электрометр
По углу отклонения стрелки электрометра можно судить о величине заряда,
переданного стержню электрометра.
Проградуированным прибором можно определять значения электрического заряда, а
также разность потенциалов.
Лейденская банка (рис. 1.4) – это конденсатор, имеющий форму банки, то есть цилиндра
с более или менее широким горлом или же просто стеклянного цилиндра.
Банка оклеена внутри и снаружи листовым оловом (наружная и внутренняя обкладки)
примерно до 2/3 её высоты и прикрыта деревянной крышкой. Банка может не иметь внутренней
обкладки, но тогда в ней должна быть жидкость, например вода; банка может не иметь и
внешней обкладки, но в таком случае при заряжении надо её обхватить ладонями рук; такова и
была банка в первоначальном виде, когда её устроил (1745) голландский физик Мушенбрук и
когда впервые испытал удар от разряда банки лейденский гражданин Кюнеус». Сквозь крышку в
банку был воткнут металлический стержень. Лейденская банка позволяла накапливать и хранить
сравнительно большие заряды, порядка микрокулона
Рис. 1.4 Лейденская банка
Электрофорная машина (рис.1.5) состоит из двух соосных дисков (А и В) из
изолирующего материала, на которые нанесены проводящие секторы (см. схему). Диски
приводятся во встречное вращение с равной угловой скоростью. Предположим, что сектор A1
вначале несёт небольшой избыточный положительный заряд, а сектор B1 — отрицательный.
Похожие