 В настоящее время абсолютно нормально войти в дом, включить свет, телевизор, зарядить телефон и воспользоваться работой различной бытовой техники, благодаря широко распространенному распространению электричества. Действительно, размышляя о том, как еще совсем недавно жили наши предки, мы не можем себе представить жизнь без электричества. Конечно, распространение электричества по всему миру позволило человеческому обществу совершить гигантский скачок вперед, позволив беспрецедентному увеличению численности населения мира, которое уже много лет достигло своего исторического рекорда. Но как мы пришли к этой очень эффективной системе транспортировки электроэнергии?
Это было непросто и даже недешево: история полна открытий, неудач, интуиций, а также вовлеченности, а ещё была жесткая битва, как юридическая, так и научная, между двумя гигантами науки прошлого века.
Хотите узнать захватывающую эпопею глобального распределения электроэнергии? Продолжайте читать!
Алессандро Вольта и разница в потенциале
В 1800 году итальянский учёный Алессандро Вольта, изучавший тогда загадочные явления за годы изучения электромагнетизма ему удалось создать первую, элементарную, но эффективную электрическую батарею. Изучая с помощью того, что мы теперь могли бы назвать «научным методом», явления электропроводности животных, Вольта пришел к убеждению, что электроны, атомное происхождение которых было давно известно, раньше двигались как если их притягивает заряд, равный и противоположный им. Вольт осознал существование точной зависимости между скоростью, с которой движутся электроны, и потенциалом двух концов проводника и первым назвал это значение «электрическим напряжением».
В электрическом поле разность потенциалов, также называемая электрическим напряжением или «напряжением», представляет собой не что иное, как работу, необходимую для старта (меньшая энергия). Его точно можно сравнить с натянутой резиновой лентой, состоящей в данном случае из электронного потока точку прибытия B (с более высокой энергией) в переносит электрон из начальной точки A.
Электроны, субатомные частицы, имеющие отрицательный электрический заряд, согласно закону Кулона (полярности) единственном направлении формируется цепь, и электроны естественным образом вынуждены двигаться по ней в проводящий элемент через специальный разными электронными энергиями значение. Обеспечивая электрическую связь двух областей с положительное» с пробелы естественным образом притягиваются к областям, где электрические заряды имеют меньшую интенсивность.
Чем больше разница в энергетическом потенциале между двумя областями, тем быстрее электроны перемещаются по проводнику: следовательно, напряжение возрастает.
В Международной системе мерой разности электрических потенциалов является вольт (символ V), в честь великого ученного, которому впервые удалось «обуздать» электрическую энергию и использовать ее.
Фарадей и электродвижущая сила
В 1831 году молодой британский учёный Майкл Фарадей, изучавший явления электромагнетизма в течение многих лет обнаружил, что проводник, вращающийся параллельно внутри магнитного поля, генерирует постоянный поток электронов, который можно использовать для совершения работы.
Более того, тогда была открыта электромагнитная индукция, которая продемонстрировала, как электрические поля и магнитные поля были двумя сторонами одной медали, то есть электромагнитной силы. Несмотря на то, что Фарадей был превосходным изобретателем и необычайно одаренным умом, он обладал элементарными познаниями в алгебре и поэтому не мог математически перевести в форму уравнения свои открытия. Несколько десятилетий спустя один из его соотечественников, Джеймс Клерк Максвелл, напишет четыре уравнения основы, которые точно объясняют феномены электромагнетизма.
В 1860 году итальянский учёный Антонио Пачинотти, идя по стопам Вольты и узнав об открытиях Фарадея, собрал первый работающий прототип машины, которая, используя механическую энергию, могла преобразовывать ее в стабильный поток электронов, благодаря электрической индукции.
Практически сразу Пачинотти понял, что его динамо было обратимым: оно подавало электрическую энергию (от свинцово-кислотной батареи) на рукоятку, которая приводила в движение машину, она начала вращаться задним ходом. Поэтому Пачинотти понял, что электромагнитную индукцию можно использовать не только для производства электрической энергии, но и для выполнения механической работы. Фактически, был построен первый электродвигатель в истории, и вскоре люди стали интенсивно использовать электрическую энергию, чтобы заменить большую часть работы, которую ранее традиционно осуществляли за счет силы животных или мускулов.
Никола Тесла и распространение переменного тока
В 1887 году эклектичный сербский натурализованный американский учёный Никола Тесла сумел построить первый прототип асинхронный двигатель, работающий благодаря определенному виду электрического тока, в котором электроны меняют направление потока (полярность) согласно периодическим чередованиям.
Работая в компании Томаса Альвы Эдисона, Тесла заметил, что генераторы переменного тока того времени, то есть генераторы, которые вращаются, производя электрическую энергию, в отличие от динамо-машины, самопроизвольно излучал электрический поток, который менял полярность несколько раз за определенный интервал времени. Основная проблема того времени, над которой интенсивно работали крупные электроэнергетические компании, заключалась в том, чтобы найти эффективный и удобный способ перенести электронику от электростанций в промышленность.
В то время электрический ток распространялся так, как он выходил из динамо-машин и аккумуляторов, т.е. в непрерывный режим: поток электронов никогда не менял направление, а положительный и отрицательный полюса оставались неизменными с течением времени. Этот метод распределения тока по-прежнему представляет собой существенную проблему: на больших расстояниях он производит много тепла в проводящем кабеле, вызывая явление затраты, существенно увеличивая силу тока. Чтобы преодолеть это, необходимо рассеяние энергетические отходы, переменный ток однако может распространяться на большие расстояния при очень высоких напряжениях (до 380 кВ) без значительных потерь энергии.
Учитывая, что это очень высокое напряжение смертельно для любого живого существа (не из-за самого напряжения, а из-за большой интенсивности движущихся с ним электронов), оно, тем не менее, необходимо для снижения напряжения перед его распределением по домам или заводам с помощью трансформатора.
Tesla предложил своему боссу Эдисону, основателю General Electric, внедрить эту систему распределения в переменный ток для решения проблемы передачи на большие расстояния, но американский изобретатель, отец лампы накаливания, он категорически отказался пересмотреть свою веру в доброту распределения постоянного тока. В действительности упрямство Эдисона имело чисто экономические корни: система распределения, изобретенная им и его компанией, была единственной, использовавшейся на заводах того времени, а General Electric владела коммерческой монополией.
До изобретения Теслы не было двигателей переменного тока, а аккумуляторы того времени можно было заряжать только постоянным током. Следовательно, изменение всей системы стоило бы Эдисону слишком дорого, как с экономической точки зрения, так и с точки зрения чисто технической осуществимости.
Джордж Вестингауз и «война течений»
Вытесненный Эдисоном, Тесла нашел финансиста в лице Джорджа Вестингауза, предпринимателя, который стал богатым и популярным благодаря изобретению, Тесла решил продемонстрировать, что его идея не опасна, поток переменного тока, он пропустил через себя первый электрический поток переменного тока.
В 1889 году компания Westinghouse построила первую в мире гидроэлектростанцию переменного тока в Орегоне, проложив длинную линию электропередачи 20 км, с напряжением распределения 400 вольт, затем сниженным для коммерческого использования. Эта первая электростанция имела большой коммерческий успех: потери электроэнергии были незначительными, а система распределения работала стабильно. Распределение переменного тока высокого напряжения, таким образом, выиграло «войну токов», определив коммерческий успех идеи Николы Теслы.
Сегодняшнее распределение электроэнергии распределение по модели, созданной Westinghouse Electric, с небольшими изменениями, до сих пор применяемый во всем мире. Хотя коммерческие и промышленные рабочие напряжения в отдельных странах изменяются, применяемые концепция та же самая. Электрический ток производится на электростанциях, преобразующих различные виды энергии (атомную, тепловую, гидравлическую, ветровую, солнечную) в постоянном движении, вращающиеся вокруг проводящего элемента, способные генерировать электродвижущую силу, магнитные роторы, то есть гигантские генераторы переменного тока
Генераторы переменного тока самопроизвольно создают электронный поток переменной полярности, который соответствующим образом сочетается с двумя другими потоками равного напряжения, образуя минимальные теплопотери, где ток доставляется практически в целости и сохранности, с соответствующего распределительного центра. Благодаря этой системе электроэнергия передается при очень высоком напряжении по линиям электропередачи на многие километры, система определяется как «трехфазная».
Собственно с развитием электричества, появились разно типа электрокабели, например, как кабель ввгнг ls гост цена доступна на сайте.
В распределительных центрах, обычно расположенных на окраинах городов или в промышленных зонах, электрический ток понижается по напряжению благодаря мощным трансформаторам, которые приводили напряжение в безопасное состояние для использования: для промышленных систем на 400 В (трехфазных), а для 230 В в жилые системы, как это происходит, например, в Италии. В жилых системах трехфазное напряжение дополнительно преобразуется в однофазное с частотой 50 Гц. Таким образом, распределение электроэнергии происходит по подземным кабелям и шунтирующим станциям до конечных потребителей. В Италии разъемы (электрические розетки) бытовых сетевых систем не поляризованы: поэтому розетку можно вставлять в любом направлении.
В бытовых системах напряжение передается по одному кабелю, известному как "фазный", традиционно коричневого или черного цвета. Чтобы замкнуть цепь и, следовательно, обеспечить возможность использования электрической энергии, фаза подключается к кабелю, определенному как «нейтраль» (синего или голубого цвета). Перед распределением в домашней системе фаза подключается к автоматизированному счетчику, способному установить точное потребление электроэнергии пользователем. В настоящее время старые магнитные счетчики практически полностью заменены современными электронными счетчиками, способными к дистанционному управлению, которые, следовательно, больше не требуют периодического контроля со стороны человека.
Многие бытовые приборы и все электронные устройства не могут работать с переменным током, что, следовательно, должно быть преобразовано выпрямителем.
Более того, напряжение 230 В является чрезмерным для многих электронных устройств, которым требуется бесконечно более низкое рабочее напряжение. Задача решается комбинированным устройством выпрямитель-трансформатор. Обычно этот компонент включен непосредственно в устройство, требующее питания, или является внешним по отношению к нему: в этом случае он называется "источник питания".
|
