Шпаргалка по "Электротехнике"

Но наибольших успехов сумел  достичь французский военный  инженер Шарль О постен Кулон (1736—1806 гг.). В течение нескольких лет он проводил эксперименты с помощью  прибора, который вначале был  предназначен для изучения законов  закручивания шелковых и волосяных  нитей, а также металлических  проволок.

В 1785 г. Кулон установил, что «сила  кручения пропорциональна углу закручивания». Он решил использовать этот прибор для измерения «малых электрических  и магнитных сил». Прибор позволял измерять «мельчайшие степени силы», и Кулон назвал его «крутильными весами» (рис. 2.8). 
В результате многочисленных экспериментов он установил, что сила взаимодействия наэлектризованных тел пропорциональна «количеству электричества» (этот термин был им впервые введен в науку) заряженных тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Так был открыт Кулоном знаменитый закон, носящий его имя. Этот закон  Кулон распространил и на взаимодействие магнитных полюсов. 
Кулоном аналитически и экспериментально было доказано, что электричество распространяется по поверхности проводника, а также равномерно распределяется по поверхности изолированной проводящей сферы. 
Исследования Кулона способствовали применению математического анализа в теории электричества и магнетизма, распространению математического понятия потенциала (ранее введенного в механику) на электрическое и магнитное поля.

15.возникновение понятий потенциала напрядежения и ёмкости. Совершенствование электростатических машин и приборов

Ф. Эпинусу принадлежит открытие явления электростатической индукции. Он впервые отверг утверждение Франклина об особой роли стекла в лейденской банке и применил плоский конденсатор с воздушной прослойкой. Он правильно утверждал, что чем меньше расстояние между обкладками банки и чем больше их поверхность, тем выше «степень электричества». 
Предполагая, что «сила электрического потрясения» зависит главным образом от степени «сгущения электрической жидкости», Эпинус близко подошел к понятиям о потенциале и емкости. Эпинусом были поставлены эксперименты, воспроизводящие явления, имеющие место в приборе, названном позднее «электрофором». Изобретение электрофора обычно приписывают А. Вольта, но сам Вольта отмечал, что Эпинус осуществил на практике идею элекрофора, «хотя и не сконструировал законченного лабораторного прибора». 
В своем сочинении Эпинус предложил свою теорию электрических и магнитных явлений, которая основывалась на существовании электрической и магнитной жидкостей. Заслуживает внимания его попытка впервые применить математические расчеты для характеристики взаимодействия заряженных тел. При этом он задолго до Кулона высказал предположение о том, что силы взаимодействия электрических и магнитных зарядов изменяются обратно пропорционально квадратам расстояния между ними. Эпинусом также была высказана правильная мысль о сохранении количества электричества. Для увеличения «количества электрической материи» в одном теле ее «неизбежно нужно взять вне его и, следовательно, уменьшить ее в каком-либо другом теле»: 
Говоря о возникновении понятий потенциала ("напряжение") и емкости, необходимо отметить большой вклад выдающегося итальянского физика Алессандро Вольта (1745—1827 гг.). Его по праву можно назвать основателем электрической метрологии. В ряде своих работ (1778—1782 гг.) он четко формулирует количественные зависимости между электрическим зарядом, емкостью и напряжением: «...когда емкость больше, то данное количество электричества вызывает меньшее напряжение ... емкость и электрическое действие, или напряжение, находятся в обратном отношении»*. Причем под термином «напряжение» он понимает интенсивность или «усилие, производимое каждой точкой наэлектризованного тела». А. Вольта создал более совершенные электрофоры и электроскопы, в частности, конденсаторный электроскоп.

В последней четверти XVIII в. все  более начинает проявляться новый  образ мышления ученых, исследующих  электрические и магнитные явления. Сделанные еще в 40—50 гг. М. В. Ломоносовым  и Г. В. Рихманом первые шаги от качественных наблюдений к установлению количественных закономерностей, вызывают все больший интерес. Возможность перехода к количественным исследованиям обуславливалась как успехами математики, так и совершенствованием измерительных устройств.

16.Выявления связи между  температурой воздуха и его  проводимостью. Открытие закона  кулона

В. В. Петров подверг специальному изучению явления статического электричества  в разряженном воздухе и в  атмосфере различных газов. С  этой целью он построил совершенно оригинальную электростатическую машину (рис, 2.7), помещавшуюся под колоколом  воздушного насоса. Установленный там  же термометр фиксировал интенсивность  электрических разрядов при разных температурах.

В частности Петров убедительно  подтвердил возрастание электрической  проводимости воздуха при его  нагревании, обнаружил образование  окислов азота при электрических  разрядах в воздухе.

Но наибольших успехов сумел  достичь французский военный  инженер Шарль О постен Кулон (1736—1806 гг.). В течение нескольких лет он проводил эксперименты с помощью  прибора, который вначале был  предназначен для изучения законов  закручивания шелковых и волосяных  нитей, а также металлических  проволок.

В 1785 г. Кулон установил, что «сила  кручения пропорциональна углу закручивания». Он решил использовать этот прибор для измерения «малых электрических  и магнитных сил». Прибор позволял измерять «мельчайшие степени силы», и Кулон назвал его «крутильными весами» (рис. 2.8). 
В результате многочисленных экспериментов он установил, что сила взаимодействия наэлектризованных тел пропорциональна «количеству электричества» (этот термин был им впервые введен в науку) заряженных тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Так был открыт Кулоном знаменитый закон, носящий его имя. Этот закон  Кулон распространил и на взаимодействие магнитных полюсов. 
Кулоном аналитически и экспериментально было доказано, что электричество распространяется по поверхности проводника, а также равномерно распределяется по поверхности изолированной проводящей сферы. 
Исследования Кулона способствовали применению математического анализа в теории электричества и магнетизма, распространению математического понятия потенциала (ранее введенного в механику) на электрическое и магнитное поля.

17.Открытие электрического  тока. Живое электричесво гальвани

В течение многих столетий вплоть до последней четверти XVIII ученым были известны только явления статического электричества . Промышленный переворот XVIII в. дал мощный толчок развитию различных  отраслей науки, в том числе науке  об электричестве. В изучении электрических  явлений были достигнуты определенные успехи, ими начинают все более  интересоваться не только физики, но естествоиспытатели, в особенности врачи, пытавшиеся (и не безуспешно) применять электричество  для лечебных целей (см. гл. 2).

Отдельные ученые высказывали предположение, что если «вся природа электрическая», то и в организмах человека и животных по жилам и мускулам должна протекать  эта таинственная материя. Одним  из подтверждений указанных воззрений  были «электрические» рыбы, известные  еще с древних времен. Так возникло представление о новом виде электричества, названного «животным». 
И нё случайно исследованием мышечных движений лягушек под воздействием электричества занялся в 1773 г. профессор анатомии Болонского университета Луиджи Гальвани (1737—1798 гг.). Первые электрофизиологические опыты Гальвани над лягушками относятся к 1780 г. Спустя 11 лет он опубликовал результаты своих исследований в знаменитом «Трактате о силах электричества при мышечном движении», получившем широкую известность. 
Во время одного из экспериментов, когда препарированная лягушка лежала на столе, на котором находилась электростатическая машина, Гальвани заметил, что, если прикоснуться скальпелем (или любым проводником) к бедренному нерву лягушки в момент, когда из кондуктора машины извлекается искра, то мышцы лягушки судорожно сокращаются. Естественно было предположить, что и атмосферное электричество должно действовать аналогично. И, действительно, при «вспыхивании молнии» мышцы «... впадали в сильнейшие сокращения». Желая выяснить, какие явления будут наблюдаться «при ясном небе», Гальвани прикрепил медный крючок к спинному мозгу лягушки и подвесил крючок к железным перилам балкона. Прижимая другой конец крючка к перилам, он снова наблюдал сокращение мышц. Подозревая, что состояние атмосферы не действует на лягушку, он повторил эксперимент в своей домашней лаборатории: положив препарированную лягушку на металлическую обшивку стола и  прижав медный крючок, продетый через спинной мозг лягушки к ученым были известны только явления статического электричества столу, он снова увидел сильные сокращения. Однако при замене одного из металлов непроводником сокращений не происходило.

Но сокращения были «энергичнее  и продолжительнее», если лягушка  лежала не на железном листе, а на серебряной пластине. 
Гальвани сделал правильное предположение о том, что сокращение мышц вызывается действием электрических сил, что мышцы к нервы образуют как бы две обкладки лейденской банки. Но нужно было решить очень важный вопрос: как и где во всех этих опытах возникает электричество? Ни железная пластинка, ни медный крючок, соприкасавшийся с телом лягушки, не могли, по представлениям физиков того времени, служить источником электричества, так как на металлы смотрели только как на проводники, считая, что они могут становиться «электрическими» лишь через прикосновение к другим наэлектризованным  телам. Тогда оставалось предположить, что таким источником является сама лягушка. Все это создавало почву для представлений о существовании особого — «животного» электричества. Такую мысль и высказал Гальвани для объяснения наблюдавшихся им фактов. Этому предположению Гальвани придал форму теории, изложенной в упомянутом «Трактате о силах электричества при мышечном движении». Тело животного являлось согласно взглядам Гальвани своеобразной лейденской банкой, способной на непрерывное повторное действие

18.Вольтов столб

Вольтов столб был создан итальянским  ученым А. Вольта в 1799 г. Изучая опыты  итальянского анатома Л. Гальвани, обнаружившего сокращение мышц препарированной лягушки при соприкосновении их и вскрытого нерва с двумя разнородными металлами и объяснявшего это явление действием особого, присущего животному организму так называемого «животного» электричества, Вольта пришел к другому выводу.Отвергая идею «животного» электричества, Вольта утверждал, что лягушка в опытах Гальвани «есть чувствительнейший электрометр», а источником электричества является контакт двух разнородных металлов.Эти соображения и были положены Вольта в основу его теории «контактного электричества». Однако многочисленные эксперименты убедили Вольта в том, что простого контакта металлов недостаточно для получения сколько-нибудь заметного тока; выяснилось, что непрерывный электрический ток может возникнуть лишь в замкнутой цепи, составленной из различных проводников: металлов (которые он называл проводниками первого класса) и жидкостей (названных им проводниками второго класса).Конструкция "вольтого столба"Вольтов столб представлял собой простейшую батарею гальванических элементов с одной жидкостью: между парами цинковых и медных пластин (дисков) прокладывались суконные кружки, смоченные щелочью или кислотой. Вольта не удалось понять того факта, что электрический ток возникает в результате химических процессов между металлами и жидкостями.Вольтов столбОн по-своему объяснял необходимость применения наряду с твердыми проводниками — металлами — жидких проводников. По его мнению, при соприкосновении двух различных металлов возникает «электровозбудительная» или «электродвижущая» сила, под действием которой электричество одного знака сосредоточивается на одном из металлов, а электричество противоположного знака — на другом.Если составить столб из нескольких пар различных металлов, например цинка и серебра (без прокладок), то каждая цинковая пластина, заряженная электричеством одного знака, будет находиться в соприкосновении с двумя одинаковыми серебряными пластинами, заряженными электричеством противоположного знака, и их общее действие будет взаимно уничтожаться.Для того чтобы действие отдельных пар суммировалось, необходимо обеспечить соприкосновение каждой цинковой пластины только с одной серебряной, т. е. исключить встречный металлический контакт. Это осуществляется с помощью проводников второго класса (влажных суконных кружков); такие кружки разделяют пары металлов и в то же время не препятствуют движению электричества.Таким образом, Вольта, не поняв действительной причины возникновения тока, практически пришел к созданию гальванического элемента, действие которого основывалось именно на превращении химической энергии в электрическую. Создание первого иточника электрического тока сыграло громадную роль как в развитии науки об электричестве и магнетизме, так и в расширении их практических приложений.Самый замечательный прибор, когда-либо изобретенным людьми, не исключая телескопа и паровой машиныСовременник Вольта французский ученый Д. А. Араго считал вольтов столб "самым замечательным прибором, когда-либо изобретенным людьми, не исключая телескопа и паровой машины". В течение 2—3 лет после создания вольтова столба рядом ученых было разработано несколько различных модификаций батарей гальванических элементов.Среди разнообразных конструкций вольтова столба особенного внимания заслуживает гальваническая батарея, построенная в 1802 г. В. В. Петровым. Изучив труды своих предшественников в области электричества, Петров пришел к логичному выводу о том, что более полное и всестороннее изучение явлений электрического тока возможно при наличии крупных гальванических батарей, действия которых будут более интенсивными и легче наблюдаемыми.В то время как распространенные за рубежом гальванические батареи состояли из нескольких десятков или сотен пластин, Петров построил батарею, состоявшую из 4200 медных и цинковых пластин, или 2100 медно-цинковых элементов, соединенных последовательно.Эта батарея располагалась в большом деревянном ящике, разделенном по длине на четыре отделений; для изоляции пластин стенки ящика и разделяющих перегородок были покрыты сургучным лаком. Общая длина батареи составляла 12 м - это был уникальный для своего времени источник электрического тока. Как показали современные эксперименты с моделью батареи Петрова, э. д. с. ее составляла около 1 700 В, а максимальная полезная мощность — 60—85 Вт.

19.огромная наипаче батарея

Указанные эксперименты положили начало исследованию химических действий гальванического тока, получивших впоследствии важное практическое применение.

Тепловые действия тока были обнаружены в накаливании тонких металлических проводников и  воспламенении посредством  искр легко воспламеняющихся веществ. Световые явления наблюдались в виде искр различной длины и яркости.

В 1802 г. итальянский физик  Джованни Д. Романьози обнаружил, что электрический ток, протекающий по проводнику, вызывает отклонение свободно вращающейся магнитной стрелки, находящейся вблизи этого проводника. Однако тогда, в первые годы изучения электрического тока, явление, открытое Романьози, имевшее, как

впоследствии выяснилось., громадное значение, не Подучило должной  оценки. Только позднее, в 1820 г., когда  наука об электричестве достигла более высокого уровня, магнитное  действие тока, описанное датским  физиком Гансом Христианом Эретедом (1777—1851 гг.), стало предметом глубокого « всестороннего изучения.

В своих трудах по электричеству  Петров собрал обширный опытный материал, который им был тщательно проанализирован. Петров глубоко понимал значение эксперимента для всестороннего  изучения явлений природы. Он писал: «...гораздо надежнее искать настоящего источника электрических явлений  не в Умствованиях, к которым доселе только прибегали почти все физики, но в непосредственных следствиях самих  опытов».

Будучи хорошо знакомым с  опытами, производящимися с вольтовым  столбом как в России, так и  за границей, Петров пришел к правильному  выводу о том, что наиболее полное и всестороннее изучение гальванических явлений возможно только при условии  создания большой батареи т.е. по современной терминологии — источника  тока высокого напряжения. Поэтому  он добивается перед руководством Медико-хирургической  академии выделения средств для  постройки «такой огромной величины батареи, чтобы оною можно было надежнее производит» такие новые опыты», каких не производил никто из физиков.

В апреле 1802 г. батарея В. В. Петрова, состоявшая из 4200 медных в  Юшковых кружков или 2100 медно-цинковых элементов (Петров называл ее «огромная  наипаче батарея» была готова. Она  располагалась в большом деревянном ящике, разделенном по длине на четыре отделения (рис 3.3). Стенки ящика и  разделяющих перегородок были покрыты  сургучным лаком. Общая длина  гальванической батареи  Петрова составляла 12м — это был крупнейший в мире источник электрического тока. Как показали современные экспериментальные исследования с моделью батареи Петрова, электродвижущая сила этой батареи составляла около 1700 В, а максимальная полезная мощность 60 — 85 Вт. Ток короткого замыкания батареи не превышал 0,1 —- 0,2 А. В. В. Петров вначале производил, как он указывал, уже известные опыты другая физиков, а после старался производить и такие опыты, «...о которых дотоле не имел... никакого известия». 
Долгое время точная дата первых экспериментов с огромной наипаче батареей» была неизвестна. Но в 1950 г. одним из авторов настоящей книги была обнаружена статья в журнале «Северный вестник» (1804 г.), в котором указывается дата первых публичных опытов Петрова