Ученые внесшие вклад в развитие энергетики в россии – Российские ученые и их вклад в развитие электротехники.

Содержание

Российские ученые и их вклад в развитие электротехники.

Мы хорошо понимаем, что сегодняшняя жизнь без электричества была бы невозможной. Человечеству понабилось несколько веков, чтобы изучить и «приручить» это природное явление. Среди тех, кто покорял электричество, были и российские ученые, которые внесли неоценимый вклад в развитие электротехники.

 

 Павел Николаевич Яблочков 

Павел Николаевич Яблочков известен, прежде всего, изобретением электрической свечи, которая вошла в историю как «свеча Яблочкова». Деятельность ученого пришлась на вторую половину девятнадцатого века, и обозначилась значимыми изобретениями в области электротехники.

Первым опытом молодого Яблочкова стал «чернопишущий телеграфный аппарат», который он изобрел, будучи начальником телеграфа на железной дороге. Правда, об этом произведении вскоре забыли, и на сегодняшний день ничего неизвестно  о «

телеграфном аппарате» Яблочкова.  На изобретение, которое уже принесло ему славу, Павла Николаевича вдохновил опыт А.Н. Лодыгина, и Яблочков стал посвящать все больше времени на улучшение дуговых ламп: его первые попытки в этом направлении обозначились работой над совершенствованием регулятора Фуко.

Уже позже, Павлу Николаевичу удалось изобрести самую близкую предшественницу «лампочки Ильича» - электрическую свечу, которая и прославила изобретателя. Именно с электрических свечей началось наружное освещение: городские площади, витрины магазинов, театры и улицы в темное время суток были озарены светом. Применение свечей Яблочкова началось в Париже, Лондоне и Берлине. Европа была просто поражена новым изобретением, которое современники прозвали «русским светом».

Сложно представить, но такие «лампы» служили немногим больше часа, поэтому существовала необходимость менять их на новые. Правда, вскоре для этой цели придумали фонари с автоматической заменой свечей. Кроме того, в сравнении с современными

электрическими лампами, свет от свечей Яблочкова был тусклым и непостоянным. Но, несмотря на несовершенства, это изобретение стало первым, которое смогли широко применить в наружном освещении.

За свою жизнь Яблочков успел подарить человечеству еще несколько значимых изобретений. Так, ученый создал первый генератор переменного тока, а затем и трансформатор переменного тока. Именно Павел Николаевич первым применил переменный ток в промышленности.  Благодаря своим открытиям, Яблочков стал первым среди всех ученых планеты, кто создал систему «дробления» электрического света.  В его жизни было ещё много открытий и достижений, однако ученый вошел в историю своим главным триумфом – электрической свечой.

 

 

Александр Николаевич Лодыгин 

Мы уже упоминали имя этого талантливого ученого  в предыдущем рассказе, так как Александр Николаевич Лодыгин  прославился не только своими изобретениями в области

электротехники, но и оказал большое влияние на своих коллег-современников.

Прежде всего, Лодыгин стал известен как изобретатель лампы накаливания, он посветил многие годы своей жизни на изучение и совершенствование этого изобретения. Однако история не признаёт единственного создателя лампы накаливания – это продукт множества открытий разных ученых. Но Александр Николаевич занимает важное место в появлении и становлении этого изобретения – он первый стал применять вольфрам и закручивать нити в спираль, а также откачал из тела лампы воздух, чем увеличил ее срок службы в несколько раз. Таким образом, он стал родителем современной лампочки, которая широко применяется и сегодня.

В своей жизни Лодыгин уделял много времени созданию электролета, его изобретение должно было отправиться в Париж, но из-за поражения Франции в войне, Лодыгин отменил свои планы, и в дальнейшем его деятельность не касалась летательных аппаратов.

Кроме того, в его списке

изобретений числятся такие важные проекты как автономный водолазный скафандр, индукционная печь, электрический обогреватель для отопления.

 

 

Борис Михайлович Гохберг 

О самом изобретателе Гохберге известно немного:  он был советским  ученым Ленинградского физико-технического института; посвящал много времени изучению электрических  свойств газов и открыл так называемый «элегаз», который активно используется в современной энергетике.

Благодаря пристальному вниманию к шестифтористой сере, ученый открыл уникальные свойства этого соединения, которое позже получило название «электрический газ». Так, элегаз начали использовать в советской промышленности, а широкое применение он получил в 90-х годах прошлого века.

Элегаз безвреден в смеси с воздухом и является негорючим веществом. Именно им стали заменять трансформаторные масла, которые всегда несли в себе риск пожара.

Элегаз также широко используется в высоковольтной электротехнике,  а технологии с использованием элегаза до сих пор считаются передовыми.

 

 

Советские ученые

В СССР нередко труд ученых обобщался и обезличивался, поэтому  в публикации мы не сможем назвать имена  людей, которые изобрели первую атомную электростанцию.  Это открытие стало настоящим прорывом в энергетике.

Во второй половине 40-х  годов, ещё до окончания работ по созданию первой советской атомной бомбы, советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии, генеральным направлением которого сразу же стала электроэнергетика. Так, в июне 1954 года в городе Обниск была запущена первая атомная электростанция. К концу ХХ века в мире насчитывалось уже более 400 атомных электростанций.

www.i-mt.net

История развития электротехники. Ученые, внесшие вклад в развитие электротехники, и их изобретения

Электротехника – крайне обширная область знаний, которая включает в себя все, что связано с использованием электрической энергии. Это и разработка схем, устройств, оборудования и компонентов, и изучение электромагнитных явлений, их практическое использование. Область применения электротехники – все сферы нашей жизни.

С чего все начиналось

История развития электротехники крепко связана с человечеством на протяжении всей истории его развития. Людей интересовали природные явления, которые они не могли объяснить. История развития электротехники – постоянные попытки повторить то, что происходило вокруг.

Изучение продолжалось долгие и долгие столетия. Но лишь в семнадцатом веке история развития электротехники начала свой отсчет с реального использования человеком полученных знаний и навыков.

Теория

Ученые, внесшие вклад в развитие электротехники, – это тысячи и тысячи имен, всех их в рамках данной статьи указать невозможно. Но существуют личности, чьи исследования помогли сделать наш мир таким, каков он есть сейчас.

Исторические данные гласят: одним из первых, кто обратил свое внимание, что после того как янтарь потереть о шерсть, он сможет притягивать предметы, был греческий философ Фалес Милетский. Свои опыты он проводил в седьмом веке до нашей эры. Никаких фундаментальных выводов, к сожалению, он сделать не смог. Но все свои наблюдения он тщательно записал и передал потомкам.

Следующее имя в условном списке «ученые-электротехники и их изобретения» появилось лишь в 1663 году, когда в городе Магдебурге Отто фон Герике спроектировал машину, которая представляла собой шар, способный не только притягивать, но и отталкивать предметы.

Знаменитые ученые

Впоследствии начала электротехники положили такие известные ученые, как:

  • Стивен Грей, проводивший опыты по передаче электричества на расстоянии. Результатом его исследований стал вывод, что предметы по-разному передают заряд.
  • Шарль Дюфе, который выдвинул теорию о разных типах электричества.
  • Голландец Питер ван Мушенбрук. Он прославился изобретением конденсатора.
  • Активно изучали явление Георг Рихман и Михаил Ломоносов.
  • Бенджамин Франклин. Этот человек остался в истории как изобретатель громоотвода.
  • Луиджи Гальвани.
  • Василий Петров.
  • Шарль Кулон.
  • Ганс Эрстед.
  • Алессандро Вольта.
  • Андре Ампер.
  • Майкл Фарадей и многие другие.

Энергетика

Электротехника – наука, которая содержит четыре составляющих, первой и базовой из них является электроэнергетика. Это наука о генерации, передаче и потреблении энергии. Человечество смогло успешно использовать эту технологию для своих нужд лишь в 19-м веке.

Примитивные батареи позволяли приборам работать лишь какое-то время, что не удовлетворяло амбиций ученых. Изобретателем первого прообраза генератора стал венгр Аньош Йедлик в 1827 году. К сожалению, свое детище ученый не запатентовал, и его имя осталось лишь в учебниках по истории.

Позднее динамо-машину доработал Ипполит Пикси. Устройство несложное: статор, создающий постоянное магнитное поле, и набор обмоток.

История развития электротехники и энергетики не может обойтись без упоминания имени Майкла Фарадея. Именно он изобрел первый генератор, который позволял вырабатывать ток и постоянное напряжение. Впоследствии механизмы были усовершенствованы Эмилем Штерером, Генри Уайльдом, Зенобом Граммом.

Постоянный ток

В 1873 году на выставке в Вене был наглядно продемонстрирован запуск насоса от машины, находящейся более чем в километре от него.

Электричество уверенно завоевывало мир. Человечеству стали доступны такие неведомые ранее новинки, как телеграф, электрический двигатель на автомобилях и суднах, освещение городов. Огромные динамо-машины все чаще использовали для производства электрического тока в промышленных масштабах. В городах стали появляться первые трамваи и троллейбусы. Идею постоянного тока массово внедрял известный ученый Томас Эдисон. Однако у этой технологии были и свои недостатки.

Теоретическая электротехника в трудах ученых подразумевала покрытие как можно большего количества населенных пунктов и территорий электроэнергией. Но постоянный ток имел крайне ограниченный радиус действия – порядка двух-трех километров, после чего начинались огромные потери. Немаловажным фактором перехода на переменный ток стали и габариты генерирующих машин, размером с приличный завод.

Никола Тесла

Основоположником новой технологии считается сербский ученый Никола Тесла. Всю свою жизнь он посвятил изучению возможностей переменного тока, передачу его на расстояние. Электротехника (для начинающих это будет интересным фактом) построена на основных его принципах. Сегодня в каждом доме есть одно из творений великого ученого.

Изобретатель подарил миру многофазные генераторы, асинхронный электродвигатель, счетчик и многие другие изобретения. За годы работы в телеграфной, телефонной компаниях, лаборатории Эдисона и впоследствии на своих предприятиях Тесла получил огромный опыт вследствие проведения огромного количества экспериментов.

Человечество, к великому сожалению, не получило и десятой доли открытий ученого. Владельцы нефтяных месторождений были всячески против электрической революции и любыми доступными им способами пытались остановить её продвижение.

По слухам, Никола умел создавать и останавливать ураганы, передавать электричество без проводов в любую точку земного шара, телепортировал военный корабль, и даже спровоцировал падение метеорита в Сибири. Очень неординарным был этот человек.

Как оказалось впоследствии, Никола был прав, сделав ставку на переменный ток. Электротехника (для начинающих особенно) в первую очередь упоминает о его принципах. Он оказался прав, что электричество можно подавать за тысячи километров, используя лишь провода. В случае с постоянным «собратом» электростанции необходимо располагать через каждые два–три километра. К тому же они должны постоянно обслуживаться.

На сегодняшний день постоянному току еще осталось место для электрического транспорта – трамвая, троллейбуса, электровоза, двигателей на промышленных предприятиях, в батарейках, зарядных устройствах. Однако, учитывая развитие технологий, есть вероятность что «постоянка» вскоре останется лишь на страницах истории.

Электромеханика

Второй из разделов электротехники, в котором объясняется принцип преобразования энергий из механической в электрическую и наоборот, называется электромеханикой.

Первым ученым, явившим миру свои работы по электромеханике, был швейцарский ученый Энгельберт Арнольд, который в 1891 году опубликовал труд, посвященный теории и проектированию обмоток для машин. Впоследствии мировая наука пополнилась результатами исследований Блонделя, Видмара, Костенко, Дрейфуса, Толвинского, Круга, Парка.

В 1942 году венгро-американец Габриэль Крон окончательно сумел сформулировать обобщенную теорию для всех электрических машин и объединить таким образом усилия множества исследователей за последнее столетие.

Электромеханика пользовалась стабильным интересом ученых во всем мире, и впоследствии из неё возникли такие науки, как электродинамика (изучает связь электрических и магнитных явлений), механика (изучает движение тел и взаимодействий между ними), а также теплофизика (теоретические основы энергетики, термодинамику, тепломассообмен) и другие.

Основными проблемами, которые изучались в рамках исследований, являлись изучение и разработка преобразователей, вращающегося магнитного поля, линейная токовая нагрузка, постоянная Арнольда. Основные темы – электрические и асинхронные машины, различные типы трансформаторов.

Постулаты электромеханики

Основными тремя постулатами электромеханики являются законы:

  • электромагнитной индукции Фарадея;
  • полного тока для магнитной цепи;
  • электромагнитных сил (он же Закон Ампера).

В результате исследований ученых-электромехаников, было доказано, что перемещение энергии невозможно без потерь, все машины могут работать как в режиме двигателя, так и в качестве генератора, а также то, что поля ротора и статора всегда неподвижны относительно друг друга.

Основными формулами являются уравнения:

  • электрической машины;
  • равновесия напряжений обмоток электрической машины;
  • электромагнитного момента.

Системы автоматического управления

Направление неизбежно стало популярным, после того как стало ясно, что машины с успехом могут заменить человеческий труд.

Автоматическое управление – возможность манипулировать работой иных устройств или даже целых систем. Управление может производиться температурой, скоростью, движением, углами и скоростью перемещения. Манипулирование может осуществляться как в полном автоматическом режиме, так и при участии человека.

Первой машиной подобного рода можно считать агрегат, сконструированный Чарльзом Бэбиджем. При помощи информации, заложенной в перфокарты, могло производиться управление насосами при помощи парового двигателя.

Первый компьютер был описан в трудах ирландского ученого Перси Ладгейта, которые были представлены общественности в 1909 году.

Аналоговые вычислительные устройства появились аккурат перед началом Второй мировой войны. Военные действия несколько затормозили развитие этой перспективной отрасли.

Первый прообраз современного компьютера был создан немцем Конрадом Цузе в 1938 году.

На сегодняшний день системы автоматического управления, как и было задумано их изобретателями, успешно заменяют людей на производствах, выполняя самую монотонную и опасную работу.

Электроника

Следующим этапом развития электротехники стали электронные устройства, которые в миллиарды раз точнее своих аналоговых собратьев.

Самым известным первым изобретением является немецкая шифровальная машина «Энигма». А впоследствии – британские электронные дешифраторы, при помощи которых пытались разгадать запутанные коды.

Далее были калькуляторы и компьютеры.

На текущем этапе жизни с электроникой связывают телефоны и планшеты. А каким будет развитие наших устройств завтра, мы можем только гадать. Но ученые работают день и ночь лишь для того, чтобы удивить всех нас и сделать жизнь немого интереснее и проще.

fb.ru

Российские ученые и их вклад в развитие электротехники.

Post Views: 87


Мы хорошо понимаем, что сегодняшняя жизнь без электричества была бы невозможной. Человечеству понабилось несколько веков, чтобы изучить и «приручить» это природное явление. Среди тех, кто покорял электричество, были и российские ученые, которые внесли неоценимый вклад в развитие электротехники.

Павел Николаевич Яблочков

Павел Николаевич Яблочковизвестен, прежде всего, изобретением электрической свечи, которая вошла в историю как «свеча Яблочкова». Деятельность ученого пришлась на вторую половину девятнадцатого века, и обозначилась значимыми изобретениями в области электротехники.

Первым опытом молодого Яблочкова стал «чернопишущий телеграфный аппарат», который он изобрел, будучи начальником телеграфа на железной дороге. Правда, об этом произведении вскоре забыли, и на сегодняшний день ничего неизвестно о «телеграфном аппарате» Яблочкова. На изобретение, которое уже принесло ему славу, Павла Николаевича вдохновил опыт А.Н. Лодыгина, и Яблочковстал посвящать все больше времени на улучшение дуговых ламп: его первые попытки в этом направлении обозначились работой над совершенствованием регулятора Фуко.

Уже позже, Павлу Николаевичу удалось изобрести самую близкую предшественницу «лампочки Ильича» — электрическую свечу, которая и прославила изобретателя. Именно с электрических свечей началось наружное освещение: городские площади, витрины магазинов, театры и улицы в темное время суток были озарены светом. Применение свечей Яблочкованачалось в Париже, Лондоне и Берлине. Европа была просто поражена новым изобретением, которое современники прозвали «русским светом».

Сложно представить, но такие «лампы» служили немногим больше часа, поэтому существовала необходимость менять их на новые. Правда, вскоре для этой цели придумали фонари с автоматической заменой свечей. Кроме того, в сравнении с современными электрическими лампами, свет от свечей Яблочкова был тусклым и непостоянным. Но, несмотря на несовершенства, это изобретение стало первым, которое смогли широко применить в наружном освещении.

За свою жизнь Яблочков успел подарить человечеству еще несколько значимых изобретений. Так, ученый создал первый генератор переменного тока, а затем и трансформатор переменного тока. Именно Павел Николаевич первым применил переменный ток в промышленности. Благодаря своим открытиям, Яблочковстал первым среди всех ученых планеты, кто создал систему «дробления» электрического света. В его жизни было ещё много открытий и достижений, однако ученый вошел в историю своим главным триумфом – электрической свечой.

Александр Николаевич Лодыгин

Мы уже упоминали имя этого талантливого ученого в предыдущем рассказе, так как Александр Николаевич Лодыгинпрославился не только своими изобретениями в области электротехники, но и оказал большое влияние на своих коллег-современников.

Прежде всего, Лодыгин стал известен как изобретатель лампы накаливания, он посветил многие годы своей жизни на изучение и совершенствование этого изобретения. Однако история не признаёт единственного создателя лампы накаливания – это продукт множества открытий разных ученых. Но Александр Николаевич занимает важное место в появлении и становлении этого изобретения – он первый стал применять вольфрам и закручивать нити в спираль, а также откачал из тела лампы воздух, чем увеличил ее срок службы в несколько раз. Таким образом, он стал родителем современной лампочки, которая широко применяется и сегодня.

В своей жизни Лодыгин уделял много времени созданию электролета, его изобретение должно было отправиться в Париж, но из-за поражения Франции в войне, Лодыгин отменил свои планы, и в дальнейшем его деятельность не касалась летательных аппаратов.


Кроме того, в его списке изобретений числятся такие важные проекты как автономный водолазный скафандриндукционная печьэлектрический обогреватель для отопления.

Борис Михайлович Гохберг

О самом изобретателе Гохбергеизвестно немного: он был советским ученым Ленинградского физико-технического института; посвящал много времени изучению электрических свойств газов и открыл так называемый «элегаз», который активно используется в современной энергетике.

Благодаря пристальному вниманию к шестифтористой сере, ученый открыл уникальные свойства этого соединения, которое позже получило название «электрический газ». Так, элегаз начали использовать в советской промышленности, а широкое применение он получил в 90-х годах прошлого века.

Элегаз безвреден в смеси с воздухом и является негорючим веществом. Именно им стали заменять трансформаторные масла, которые всегда несли в себе риск пожара. Элегаз также широко используется в высоковольтной электротехнике, а технологии с использованием элегаза до сих пор считаются передовыми.

Советские ученые

В СССР нередко труд ученыхобобщался и обезличивался, поэтому в публикации мы не сможем назвать имена людей, которые изобрели первую атомную электростанцию. Это открытие стало настоящим прорывом в энергетике.

Во второй половине 40-х годов, ещё до окончания работ по созданию первой советской атомной бомбы, советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии, генеральным направлением которого сразу же стала электроэнергетика. Так, в июне 1954 года в городе Обниск была запущена первая атомная электростанция. К концу ХХ века в мире насчитывалось уже более 400 атомных электростанций.

Источник:http://www.i-mt.net


Главные новости дня читайте в нашем паблике Вконтакте

portalinweb.com

Моя Энергия: История энергетики

/ Популярная энергетика / История энергетики

Энергия в древности

Современную жизнь невозможно представить без электричества и тепла. Материальный комфорт, который окружает нас сегодня, как и дальнейшее развитие человеческой мысли накрепко связаны с изобретением электричества и использованием энергии.

С древних времен люди нуждались в силе, точнее в двигателях, которые давали бы им силу большую человеческой, для того, чтобы строить дома, заниматься земледелием, осваивать новые территории.

Первые аккумуляторы пирамид

В пирамидах Древнего Египта ученые нашли сосуды, напоминающие аккумуляторы. В 1937 году во время раскопок под Багдадом немецкий археолог Вильгельм Кениг обнаружил глиняные кувшины, внутри которых находились цилиндры из меди. Эти цилиндры были закреплены на дне глиняных сосудов слоем смолы.

Впервые явления, которые сегодня называют электрическими, были замечены в древнем Китае, Индии, а позднее в древней Греции. Древнегреческий философ Фалес Милетский в VI веке до нашей эры отмечал способность янтаря, натертого мехом или шерстью, притягивать обрывки бумаги, пушинки и другие легкие тела. От греческого названия янтаря – «электрон» – это явление стали называть электризацией.

Сегодня нам уже будет нетрудно разгадать «тайну» янтаря, натертого шерстью. В самом деле, почему янтарь электризуется? Оказывается, при трении шерсти о янтарь на его поверхности появляется избыток электронов, и возникает отрицательный электрический заряд. Мы как бы «отбираем» электроны у атомов шерсти и переносим их па поверхность янтаря. Электрическое поле, созданное этими электронами, притягивает бумагу. Если вместо янтаря взять стекло, то здесь наблюдается другая картина. Натирая стекло шелком, мы «снимаем» о его поверхности электроны. В результате на стекле оказывается недостаток электронов, и оно заряжается положительно. Впоследствии, чтобы различать эти заряды, их стали условно обозначать знаками, дошедшими до наших дней, минус и плюс.

Описав удивительные свойства янтаря в поэтических легендах, древние греки так и не продолжили его изучение. Следующего прорыва в деле покорения свободной энергии человечеству пришлось ждать много веков. Зато когда он все-таки был совершен, мир в буквальном смысле слова преобразился. Еще в 3 тысячелетии до н.э. люди использовали паруса для лодок, но только в VII в. н.э. изобрели ветряную мельницу с крыльями. Началась история ветряных двигателей. Водяные колеса использовали на Ниле, Эфрате, Янцзы для подъема воды, вращали их рабы. Водяные колеса и ветряные мельницы вплоть до ХVII века являлись основными типами двигателей.

Эпоха открытий

В истории попыток использования пара записаны имена многих ученых и изобретателей. Так Леонардо да Винчи оставил 5000 страниц научных и технических описаний, чертежей, эскизов различных приспособлений.

Джанбаттиста делла Порта исследовал образование пара из воды, что было важно для дальнейшего использования пара в паровых машинах, исследовал свойства магнита.

В 1600 году придворный врач английской королевы Елизаветы Уильям Гилберт изучил все, что было известно древним народам о свойствах янтаря, и сам провел опыты с янтарем и магнитами.

Кто придумал электричество?

Термин "электричество" ввел английский естествоиспытатель, лейб-медик королевы Елизаветы Уильям Гилберт. Впервые он употребил это слово в своем трактате «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» в 1600 году. Ученый объяснял действие магнитного компаса, а также приводил описания некоторых опытов с наэлектризованными телами.

В целом практических знаний об электричестве за XVI – XVII столетия было накоплено не так уж много, но все открытия были предвестниками по-настоящему больших перемен. Это было время, когда опыты с электричеством ставили не только ученые, но и аптекари, и врачи, и даже монархи.

Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-х годов в Париже он вместе с голландским физиком Кристианом Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нем.

В 1680 году Дени Папен приехал в Англию и создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив.

Система работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Французский учёный изобрёл паровой котёл с рычажным предохранительным клапаном.

В 1774 году Уатт Джеймс в результате ряда экспериментов создал уникальную паровую машину. Для обеспечения работы двигателя он применил центробежный регулятор, соединённый с заслонкой на выпускном паропроводе. Уатт детально исследовал работу пара в цилиндре, впервые сконструировав для этой цели индикатор.

В 1782 году Уатт получил английский патент на паровой двигатель с расширением. Он же ввёл первую единицу мощности — лошадиную силу (позднее его именем была названа другая единица мощности — ватт). Паровая машина Уатта благодаря экономичности получила широкое распространение и сыграла огромную роль в переходе к машинному производству.

Итальянский анатом Луиджи Гальвани в 1791 году опубликовал труд «Трактат о силах электричества при мышечном движении».

Это открытие через 121 год дало толчок исследованиям человеческого организма с помощью биоэлектрических токов. Обнаруживались больные органы при исследовании их электрических сигналов. Работа любого органа (сердца, мозга) сопровождается биологическими электрическими сигналами, имеющими для каждого органа свою форму. Если орган не в порядке, сигналы изменяют свою форму, и при сравнении «здоровых» и «больных» сигналов обнаруживаются причины заболевания.

Опыты Гальвани натолкнули на изобретение нового источника электричества профессора Тессинского университета Алессандро Вольта. Он дал опытам Гальвани с лягушкой и разнородными металлами иное объяснение, доказал, что электрические явления, которые наблюдал Гальвани, объясняются только тем, что определенная пара разнородных металлов, разделенная слоем специальной электропроводящей жидкости, служит источником электрического тока, протекающего по замкнутым проводникам внешней цепи. Эта теория, разработанная Вольтой в 1794 году, позволила создать первый в мире источник электрического тока, который назывался Вольтов столб.

Он представлял собой набор пластин из двух металлов, меди и цинка, разделенных прокладками из войлока, смоченного в соляном растворе или щелочи. Вольта создал прибор, способный за счет химической энергии производить электризацию тел и, следовательно, поддерживать в проводнике движение зарядов, то есть электрический ток. Скромный Вольта назвал свое изобретение в честь Гальвани «гальваническим элементом», а электрический ток, получающийся от этого элемента – «гальваническим током».

Первые законы электротехники

В начале XIX века опыты с электрическим током привлекали внимание ученых из разных стран. В 1802 году итальянский ученый Романьози обнаружил отклонение магнитной стрелки компаса под влиянием электрического тока, протекавшего по расположенному вблизи проводнику. В 1820 году это явление в своем докладе подробно описал датский физик Ганс Христиан Эрстед. Небольшая, всего в пять страниц, книжка Эрстеда в том же году была издана в Копенгагене на шести языках и произвела огромное впечатление на коллег Эрстеда из разных стран.

Однако правильно объяснить причину явления, которое описал Эрстед, первым сумел французский ученый Андре Мари Ампер. Оказалось, ток способствует возникновению в проводнике магнитного поля. Одной из важнейших заслуг Ампера было то, что он впервые объединил два разобщенных ранее явления – электричество и магнетизм – одной теорией электромагнетизма и предложил рассматривать их как результат единого процесса природы.

Воодушевленный открытиями Эрстеда и Ампера, другой ученый, англичанин Майкл Фарадей предположил, что не только магнитное поле может воздействовать на магнит, но и наоборот – двигающийся магнит будет оказывать воздействие на проводник. Серия опытов подтвердила эту блестящую догадку – Фарадей добился того, что подвижное магнитное поле создало в проводнике электрический ток.

Позже это открытие послужило основой для создания трех главных устройств электротехники – электрического генератора, электрического трансформатора и электрического двигателя.

Начальный период использования электричества

У истоков освещения с помощью электричества стоял Василий Владимирович Петров, профессор медицинско-хирургической Академии в Петербурге. Исследуя световые явления, вызываемые электрическим током, он в 1802 году сделал свое знаменитое открытие – электрическую дугу, сопровождающуюся появлением яркого свечения и высокой температуры.

Жертвы ради науки

Русский учёный Василий Петров, первым в мире в 1802 году описавший явление электрической дуги, не жалел себя при проведении экспериментов. В то время не было таких приборов, как амперметр или вольтметр, и Петров проверял качество работы батарей по ощущению от электрического тока в пальцах. Чтобы чувствовать слабые токи, учёный срезал верхний слой кожи с кончиков пальцев.

Наблюдения и анализ Петровым свойств электрической дуги легли в основу создания электродуговых ламп, ламп накаливания и много другого.

В 1875 году Павел Николаевич Яблочков создает электрическую свечу, состоящую из двух угольных стержней, расположенных вертикально и параллельно друг другу, между которыми проложена изоляция из каолина (глины). Чтобы горение было более продолжительным, на одном подсвечнике помещалось четыре свечи, которые горели последовательно.

В свою очередь, Александр Николаевич Лодыгин ещё в 1872 году предложил вместо угольных электродов использовать нить накаливания, которая при протекании электрического тока ярко светилась. В 1874 году Лодыгин получил патент на изобретение лампы накаливания с угольным стерженьком и ежегодную Ломоносовскую премию Академии наук. Устройство было запатентовано также в Бельгии, Франции, Великобритании, Австро-Венгрии.

В 1876 году Павел Яблочков завершил разработку конструкции электрической свечи, начатой в 1875 г. и 23 марта получил французский патент, содержащий краткое описание свечи в её первоначальных формах и изображение этих форм. «Свеча Яблочкова» оказалась проще, удобнее и дешевле в эксплуатации, чем лампа А. Н. Лодыгина. Под названием «русский свет» свечи Яблочкова использовались позже для уличного освещения во многих городах мира. Так же Яблочков предложил первые практически применявшиеся трансформаторы переменного тока с разомкнутой магнитной системой.

Тогда же в 1876 году в России была сооружена первая электростанция на Сормовском машиностроительном заводе, ее прародительница была построена в 1873 году под руководством бельгийско-французского изобретателя З.Т. Грамма для питания системы освещения завода, так называемая блок-станция.

В 1879 русские электротехники Яблочков, Лодыгин и Чиколев совместно с рядом других электротехников и физиков организовали в составе Русского технического общества Особый Электротехнический отдел. Задачей отдела было содействие развитию электротехники.

Уже в апреле 1879 года впервые в России электрическими фонарями освещен мост – мост Александра II (ныне Литейный мост) в Санкт-Петербурге. При содействии Отдела на Литейном мосту введена первая в России установка наружного электрического освещения (дуговыми лампами Яблочкова в светильниках, изготовленных по проекту архитектора Кавоса), положившая начало созданию местных систем освещения дуговыми лампами некоторых общественных зданий Петербурга, Москвы и других больших городов. Электрическое освещение моста устроенное В.Н. Чиколевым, где горело 12 свечей Яблочкова вместо 112 газовых рожков, функционировало всего 227 дней.

Трамвай Пироцкого

Вагон электрического трамвая изобрел Федор Аполлонович Пироцкий в 1880 году. Первые трамвайные линии в Санкт-Петербурге были проложены только зимой 1885 года по льду Невы в районе Мытнинской набережной, так как право на использование улиц для пассажирских перевозок имели только владельцы конок – рельсового транспорта, который передвигался при помощи лошадей.

В 80-е годы возникли первые центральные станции, они были более целесообразны и более экономичны, чем блок-станции, так как снабжали электричеством сразу много предприятий.

В то время массовыми потребителями электроэнергии были источники света – дуговые лампы и лампы накаливания. Первые электростанции Петербурга вначале размещались на баржах у причалов рек Мойки и Фонтанки. Мощность каждой станции составляла примерно 200 кВт.

Первая в мире центральная станция была пущена в работу в 1882 году в Нью-Йорке, она имела мощность 500 кВт.

В Москве электрическое освещение впервые появилось в 1881 году, уже в 1883 году электрические светильники иллюминировали Кремль. Специально для этого была сооружена передвижная электростанция, которую обслуживали 18 локомобилей и 40 динамо-машин. Первая стационарная городская электростанция появилась в Москве в 1888 году.

Нельзя забывать и о нетрадиционных источниках энергии.

Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт.

План ГОЭЛРО

В России создавались электростанции в конце XIX и начале XX веков, однако, бурный рост электроэнергетики и теплоэнергетики в 20-е годы XX столетия после принятия по предложению В.И. Ленина плана ГОЭЛРО (Государственной электрификации России).

22 декабря 1920 года VIII Всероссийский съезд Советов рассмотрел и утвердил Государственный план электрификации России – ГОЭЛРО, подготовленный комиссией, под председательством Г.М. Кржижановского.

План ГОЭЛРО должен был быть реализован в течении десяти-пятнадцати лет, а его результатом должно было стать создание «крупного индустриального хозяйства страны». Для экономического развития страны это решение имело огромное значение. Недаром свой профессиональный праздник российские энергетики отмечают именно 22 декабря.

В плане много уделялось проблеме использования местных энергетических ресурсов (торфа, воды рек, местного угля и др.) для производства электрической энергии.

8 октября 1922 года состоялся официальный пуск станции «Уткина заводь» - первой торфяной электростанции в Петрограде.

Первая ТЭЦ России

Самая первая тепловая электростанция, построенная по плану ГОЭЛРО в 1922 году, называлась «Уткина заводь». В день пуска участники торжественного митинга переименовали ее в «Красный октябрь», и под этим именем она проработала до 2010 года. Сегодня это Правобережная ТЭЦ ПАО «ТГК-1».

В 1925 году запустили Шатурскую электростанцию на торфе, в тот же год на Каширской электростанции начали освоение новой технологии сжигания подмосковного угля в виде пыли.

Днем начала теплофикации в России можно считать 25 ноября 1924 года – тогда заработал первый теплопровод от ГЭС-3, предназначенный для общего пользования в доме номер девяносто шесть на набережной реки Фонтанки. Электростанция № 3, которую переоборудовали для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, является первой в России теплоэлектроцентралью, а Ленинград – пионером теплофикации. Централизованное снабжение горячей водой жилого дома функционировало без сбоев, и через год ГЭС-3 стало снабжать горячей водой бывшую Обуховскую больницу и бани, находящиеся в Казачьем переулке. В ноябре 1928 года к тепловым сетям государственной электростанции № 3 подключили здание бывших Павловских казарм, располагавшихся на Марсовом поле.

В 1926 году была пущена в эксплуатацию мощная Волховская ГЭС, энергия которой по линии электропередачи напряжением 110 кВ, протяженностью 130 км поступала в Ленинград.

Атомная энергетика XX века

20 декабря 1951 года, ядерный реактор впервые в истории произвел пригодное для использования количество электроэнергии — в нынешней Национальной Лаборатории INEEL Департамента энергии США. Реактор выработал достаточную мощность, чтобы зажечь простую цепочку из четырех 100-ваттных лампочек. После второго эксперимента, проведенного на следующий день, 16 участвовавших в нем учёных и инженеров «увековечили» свое историческое достижение, написав мелом свои имена на бетонной стене генератора.

Советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии ещё во второй половине 1940-х годов. А 27 июня 1954 года в городе Обниск была запущена первая атомная электростанция.

Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева). К концу ХХ века в мире насчитывалось уже более 400 атомных электростанций.

Современная энергетика. Конец XX века

Конец XX века ознаменован различными событиями, связанными как с высокими темпами строительства новых станции, началом развития возобновляемых источников энергии, ак и с появлением первых проблем от сформировавшейся огромной мировой энергосистемы и попытками их решить.

Блэкаут

Американцы называют ночь на 13 июля 1977 «Ночью страха». Тогда случилась огромная по своим размерам и последствиям авария на электрических сетях в Нью-Йорке.  Из-за попадания молнии в линию электропередачи на 25 часов была прервана подача электричества в Нью-Йорк и 9 млн жителей оказались без электроснабжения. Трагедии сопутствовал финансовый кризис, в котором пребывал мегаполис, необыкновенно жаркая погода, и небывалый разгул преступности. После отключения электричества на фешенебельные кварталы города набросились банды из бедных кварталов. Считается, что именно после тех страшных событий в Нью-Йорке понятие «блэкаут» стало повсеместно использоваться применительно к авариям в электроэнергетике. 

Так как современное сообщество всё больше зависит от электроэнергии, аварии на электросетях наносят ощутимые убытки предприятиям, населению и правительствам. Во время аварии выключаются осветительные приборы, не работают лифты, светофоры, метро. На жизненно важных объектах (больницы, военные объекты и т. д.) для функционирования жизнедеятельности во время аварий в энергосистемах используются автономные источники питания: аккумуляторы, генераторы. Статистика показывает значительное увеличение аварий в 90-е гг. XX — начале XXI вв.

В те годы продолжалось развитие альтернативной энергетики. В сентябре 1985 года состоялось пробное включение генератора первой солнечной электростанции СССР в сеть. Проект первой в СССР Крымской СЭС был создан в начале 80-х в рижском отделении института «Атомтеплоэлектропроект» при участии тринадцати других проектно-конструкторских организаций Министерства энергетики и электрификации СССР. Полностью станция вступила в строй в 1986 году.

В 1992 году началось строительство крупнейшей в мире ГЭС «Три ущелья» в Китае на реке Янцзы. Мощность станции — 22,5 ГВт. Напорные сооружения ГЭС образуют крупное водохранилище площадью 1 045 км², полезной ёмкостью 22 км³. При создании водохранилища было затоплено 27 820 га обрабатываемых земель, было переселено около 1,2 млн человек. Под воду ушли города Ваньсянь и Ушань. Полное завершение строительства и ввод в официальную эксплуатацию состоялся 4 июля 2012 года.

Развитие энергетики неотделимо от проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. В Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата был принят Киотский протокол. Он обязывает развитые страны и страны с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов в 2008 – 2012 годах по сравнению с 1990 годом. Период подписания протокола открылся 16 марта 1998 года и завершился 15 марта 1999 года.

По состоянию на 26 марта 2009 Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов). Заметным исключением из этого списка являются США. Первый период осуществления протокола начался 1 января 2008 года и продлится пять лет до 31 декабря 2012 года, после чего, как ожидается, на смену ему придёт новое соглашение.

Киотский протокол стал первым глобальным соглашением об охране окружающей среды, основанным на рыночном механизме регулирования — механизме международной торговли квотами на выбросы парниковых газов.

XXI век, а точнее 2008 год, стал знаковым для энергетической системы России, было ликвидировано Российское открытое акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС России» (ОАО РАО «ЕЭС России»)-российская энергетическая компания, существовавшая в 1992—2008 годах. Компания объединяла практически всю российскую энергетику, являлась монополистом на рынке генерации и энерготранспортировки России. На её месте возникли государственные естественно-монопольные компании, а также приватизированные генерирующие и сбытовые компании.

В XXI веке в России строительство электростанций выходит на новый уровень, начинается эра применения парогазового цикла. Россия способствует наращиванию новых генерирующих мощностей. 28 сентября 2009 года началось строительство Адлерской теплоэлектростанции. Станция будет создана на основе 2-х энергоблоков парогазовой установки общей мощностью 360 МВт (тепловая мощность — 227 Гкал/ч) с КПД 52%.

Современная технология парогазового цикла обеспечивает высокий КПД, низкий расход топлива и снижение уровня вредных выбросов в атмосферу в среднем на 30% по сравнению с традиционными паросиловыми установками. В будущем ТЭС должна стать [space] не только источником тепла и электричества для объектов зимних Олимпийских игр 2014 года, но и весомым вкладом в энергобаланс г. Сочи и прилегающих районов. ТЭС включена в утвержденную Правительством РФ Программу строительства олимпийских объектов и развития г. Сочи как горноклиматического курорта.

24 июня 2009 года в Израиле заработала первая гибридная солнечно-газовая электростанция. Построена она из 30 солнечных отражателей и одной "цветочной" башни. Для сохранения мощности системы 24 часа в сутки, она может переключиться на газовую турбину во время наступления темноты. Установка занимает относительно немного места, и может работать в удалённых районах, которые не подключены к центральным энергетическим системам.

Новые технологии, используемые в гибридных станциях, постепенно распространяются по всему миру, так в Турции планируется построить гибридную электростанцию, которая будет работать одновременно уже на трех источниках возобновляемой энергии - на ветре, природном газе и солнечной энергии.

Альтернативная электростанция спроектирована так, что все ее составляющие дополняют друг друга, поэтому американские специалисты сошлись во мнении, что в будущем у подобных станций есть все шансы стать конкурентоспособными, и поставлять электричество по умеренной цене.

Узнайте последние новости современной энергетики:

www.myenergy.ru

Вклад ученых в развитие ядерной физики и освоение атомной энергии

В 1896 г. Антуан Анри Беккерель открыл, что урановая руда испускает какие-то невидимые лучи с большой проникающей способностью (позднее это явление было названо радиоактивностью).

В 1898 г. Мария Склодовская и Пьер Кюри выделили несколько сотых грамма нового вещества — элемента, который излучал альфа-частицы. Они назвали его полонием. В декабре того же года они открыли новый элемент — радий.

В 1911 г. Эрнест Резерфорд предложил планетарную модель атома. Он же доказал, что почти вся масса атома сосредоточена в его ядре.

В 1913 г. Нильс Бор создал модель атома водорода и теорию строения атома. С этого времени и началось быстрое развитие квантовой механики, фактическое рождение ядерной физики.

В 1932 г. Джеймс Чедвик обнаружил не имеющую электрического заряда нейтральную ядерную частицу — нейтрон, будущий микроключ к большой атомной энергетике.

В 1932 г. Дмитрий Дмитриевич Иваненко предложил гипотезу строения атомного ядра из протонов и нейтронов.

В 1933 г. Ирен Кюри и Фредерик Жолио открыли искусственную бэтта-радиоактивность, т.е, новый вид радиоактивности. Это сыграло исключительную роль в создании новых радиоактивных элементов.

В 1934 г. Энрико Ферми обнаружил, что при бомбардировке урана нейтронами образуются радиоактивные элементы. Итальянские исследователи приняли их за элементы более тяжелые, чем уран, и назвали трансурановыми.

В 1934 г. Павел Алексеевич Черенков и Сергей Иванович Вавилов открыли одно из фундаментальных физических явлений — свечение жидкости при движении в ней электронов со скоростью, превышающей фазовую скорость в ней.

В 1935 г. Игорь Васильевич Курчатов с группой сотрудников открыли явление ядерной изомерии искусственных радиоактивных атомных ядер и разработали теорию этого явления.

В 1936 г. Яков Ильич Френкель предложил капельную модель ядра и ввел термодинамические понятия в ядерную физику, выдвинул первую теорию ядерного деления.

В 1938 г. Отто Ган и Ф. Штрассман, повторяя опыты Ферми, обнаружили, что в облученном нейтронами уране появляются элементы, стоящие в середине периодической системы элементов Дмитрия Ивановича Менделеева.

В 1938 г. Фредерик Жолио-Кюри также установил, что при попадании нейтрона в ядро урана ядро разваливается — делится на два меньших ядра.

В 1939 г. Юлий Борисович Харитон и Яков Борисович Зельдович теоретически показали возможность осуществления цепной реакции деления ядер урана-235.

В 1940 году Георгий Николаев Флёров и К. А. Петржак открыли спонтанное деление ядер урана, т.е, доказали, что ядра урана могут самопроизвольно распадаться. Когда подсчитали энергию, которую можно получить при расщеплении 1 кг урана, то оказалось, что она равна количеству энергии, которое выделяется при сжигании 2 300 000 кг самого лучшего каменного угля.

В 1940 году Юлий Борисович Харитон и Яков Борисович Зельдович предложили расчет цепной реакции деления ядер урана, установив, таким образом, принципиальную возможность ее осуществления.

Перечень научных открытий в области ядерной физики можно было бы и продолжить. Постараюсь сделать это позже. Все это можно найти в различных научных и научно-популярных книгах. Подчеркнем, что период с 1932 по 1940 год был очень плодотворным для советских физиков. Работы И. В. Курчатова, Я. И. Френкеля, Ю. Б. Харитона, Я. Б. Зельдовича, Д. Д. Иваненко, Г. Н. Флёрова, К. А. Петржака, о которых говорилось выше, а также А. И. Алиханова, А. И. Алиханьяна, Л. А. Арцимовича, доказавших сохранение импульса при аннигиляции позитрона с электроном, работы Н. Н. Семенова по исследованию механизма химических и теории разветвленных цепных химических реакций и многих других приблизили практическое осуществление реакции деления ядер урана. В этот период советские физики опубликовали более ста работ по ядерной физике. Коллективы институтов в Ленинграде, Москве Харькове, Свердловске выполнили много интересных работ, приоткрывших тайну цепной реакции деления ядер.

atombit.org

РАН присудила золотые медали за вклад в развитие атомной энергетики России 

МОСКВА, 16 фев — РИА Новости. Президиум Российской академии наук присудил золотые медали имени Игоря Курчатова и Анатолия Александрова 2018 года выдающимся отечественным ученым, внесшим большой вклад в развитие советской и российской атомной энергетики. Постановления президиума об этих награждениях опубликованы на сайте РАН. Золотая медаль имени Игоря Курчатова присуждена советнику президента Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Николаю Кухаркину за цикл исследований и разработок перспективных ядерно-энергетических установок для авиации и космоса, в том числе высокотемпературных газовых реакторов, и за общий вклад в развитие атомной энергетики СССР и Российской Федерации.

Николай Кухаркин в конце 1950-х— начале 1960-х годов участвовал, в числе прочего, в создании ядерной силовой установки для самолета ТУ-95ЛАЛ ("летающая атомная лаборатория"), затем был участником разработок бортовых ядерных реакторов для космических аппаратов. Один из реакторов разрабатывался для работы на Луне с целью обеспечения лунных исследований.

Опыт авиационных и ракетных ядерных реакторов был использован в проектах высокотемпературных реакторов для электроэнергетики и промышленности.

Золотая медаль имени Анатолия Александрова присуждена академику РАН Николаю Пономареву-Степному за выдающиеся работы, внесшие большой вклад в исследования и разработки в области двухкомпонентной атомной энергетики и атомно-водородной энергетики, и многолетнюю плодотворную деятельность.

Под руководством и при непосредственном участии Пономарева-Степного был создан первый в мире реактор-преобразователь для космоса «Ромашка» с термоэлектрическим генератором. В новом поколении реакторов-преобразователей с термоэмиссионными элементами ядерно-энергетическая установка «Топаз-2» достигла показателей, значительно превосходящих мировой уровень. Был создан высокотемпературный газоохлаждаемый испытательный реактор, на котором проводились натурные испытания элементов ядерных ракетных двигателей.

Пономарев-Степной внес большой вклад в обоснование необходимости перехода российской атомной энергетики к новому технологическому укладу — двухкомпонентной ядерной энергетической системе, в которой энергоблоки с реакторами на тепловых нейтронах, составляющими основу современной атомной энергетики, будут эксплуатироваться в сочетании с реакторами на быстрых нейтронах. При этом будет обеспечено замыкание ядерного топливного цикла, в котором за счет расширенного воспроизводства ядерного «горючего» существенно расширится топливная база атомной энергетики, а также появится возможность уменьшить объемы радиоактивных отходов благодаря «выжиганию» опасных радионуклидов. Россия, как отмечают эксперты, занимает первое место в мире в технологиях строительства реакторов на быстрых нейтронах.

Золотая медаль имени Курчатова присуждается за выдающиеся работы в области ядерной физики и ядерной энергетики. В разные годы этой награды были удостоены такие прославленные ученые, как Юлий Харитон, Яков Зельдович, Анатолий Александров, Георгий Флеров, Исаак Кикоин, Николай Доллежаль, Юрий Оганесян, Юрий Трутнев, Евгений Аврорин.

Золотая медаль имени Александрова присуждается за выдающиеся научные работы, открытия и изобретения, серии научных работ в области атомной науки и техники. Эту награду в свое время получили знаменитые специалисты Николай Хлопкин, Ашот Саркисов, Игорь Спасский.

Церемония вручения медалей лауреатам состоится на общем собрании РАН в марте нынешнего года.

Читайте также

news.rambler.ru

2. ИСТОРИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

Рис.2. Ветряная мельница

Рис.1. Водяная мельница

18

С тех пор как существует мирозданье такого нет кто б не нуждался в знаньи.

Какой мы не возьмём язык и век, всегда стремился к знанью человек.

А. А. Д. Рудаки

2.1.Общая энергетика

Сдревнейших времен люди нуждались в силе, в двигателях, которые помогали бы выкорчевывать деревья, приводили бы в действие приспособления для подачи воды на поля, пахали землю, вращали жернова, мелющие зерно и т.п.

Встранах Древнего Востока, в Египте, Индии, Китае для этой цели уже в 3-мтыс. до н.э. использовались животные и рабы. Затем на смену живым двигателям пришло водяное колесо – два диска на одном валу, между которыми помещались дощечки – лопасти.

Поток воды в реке давил на лопасти, пово-

рачивая колесо, а через вал колеса движение

передавалось жерновами (рис. 1).

В 3-мтысячелетии до н.э. люди использовали паруса для движения лодок, но только в VII в. н. э. персы изобрели ветряную мельницу с крыльями (рис. 2). Началась история ветряных двигателей.

Водяные колеса использовались на Ниле, Евфрате, Янцзы для подъема воды, вращали их рабы. Затем древние греки и римляне использовали водяные колеса в качестве двигателя для привода насосов и мельниц, для выжимания масла. Позднее водяные колеса стали широко использоваться в ремесле, затем в промышленности.

Римский писатель Марк Витрувий Полион в I в. до н. э. впервые опи-

Рис. 4. Эолипил Герона

Рис. 3. Архимед

19

сал водяное колесо. Водяные колеса и ветряные мельницы вплоть до XVII века являлись основными типами двигателей.

В конце XVII – начале XVIII веков в Италии, Франции, Англии, России, Испании и других государствах делались неоднократные попытки создать двигатель, не зависящий от движущейся воды рек и ветра. Идея использования пара для создания двигателя возникла благодаря размышлениям и опытам древних мыслителей.

Архимед (ок. 287 – 212 гг. до н.э.) (рис. 3), один из гениальных исследователей античного периода, творец древней механики, великий математик. Открыл гидростатический закон, теорию рычага. Создал начала математического

анализа, придумал катапульту, паровую пушку, водоподъемный «архимедов винт», зубчатый редуктор, приборы для измерения размеров удаленных тел и многое другое.

Герон из Александрии еще в70-егг. н.э. изобрел простейшую паровую турбину – эолипил Герона (рис. 4).

Сила пара, вырывающегося из шарообразного сосуда, в котором кипела вода, через Г- образные трубки, вращала этот сосуд.

Всередине XVIII века человечество вплотную подошло к одному из важнейших моментов

вистории технического творчества – использованию водяного пара для приведения в действие различных механизмов

Вистории попыток использования пара записаны имена многих ученых и изобретателей:

итальянцев – Леонардо да Винчи, Порта; французов – де Ко, Папена; англичан – Т. Сэвери, Т. Ньюкомена; русских – И.И. Ползунова, отца и сына Черепановых и многих других.

Леонардо да Винчи (1452 -1519) – гениальный мыслитель, многогранный талантливый изобретатель, художник (рис. 5).

20

Он оставил 5000 страниц научных и технических описаний, чертежей, эскизов: шлюзовые ворота со створками, текстильные станки, роликовые подшипники, центробежный

 

насос, паровая пушка, пистолет с колес-

 

ным затвором, гидравлический пресс,

 

механизмы, преобразующие возвратно-

 

поступательное движение во вращатель-

 

ное и наоборот, и многое другое.

 

Джамбаттиста делла Порта (1538-

 

1616) исследовал образование пара из

 

воды, что было важно для дальнейшего

 

использования пара в паровых машинах,

 

исследовал свойства магнита.

 

Инженер де Ко в 1615 году описал

Рис. 5. Леонардо да Винчи

паровые устройства для подъема воды.

 

Отто фон Герике (1602-1686) поста-

вил и описал опыты, демонстрирующие силу атмосферного давления на «магдебургских полушариях», из которых был удален воздух, а разряжение это достигалось с помощью конденсации пара. Для того, чтобы разъединить эти полушария, использовали восьмерку лошадей.

Дени Папен (1647-1714) по-

 

строил первую технически реализо-

 

ванную

пароатмосферную прими-

 

тивную

машину, представляющую

 

собой паровой котел в виде цилинд-

 

ра с поршнем, который поднимался

 

при помощи пара, а опускался под

 

действием атмосферного

давления.

Рис. 6. Схема насоса Сэвери:

Цилиндр был и котлом,

и рабочим 1 – охладительный сосуд; 2 – котел;

механизмом одновременно.

3 – соединительная труба;

Томас Сэвери (1650-1715) соз-

4 – кран; 5 – нагнетательная труба;

6 – клапаны

дал паровой насос, в котором паро-

вой котел был отделен от цилиндра (рис.6). Царь Петр I купил насос Сэвери для приведения в действие фонтанов в Летнем саду.

21

Томас Ньюкомен (1663-1729)усовершенствовал паровой насос, связал поршень с балансиром и штангой водоотливного насоса. Охлаждающая вода подавалась в цилиндр сверху для опускания поршня (рис. 7).

Машины Ньюкомена были приобретены Петром I для откачки воды из дока в Кронштадте.

Пароатмосферные машины и Сэвери и Ньюкомена были громоздки и имели малый коэффициент полезного дей-

ствия (≈ 0,3 %).

Иван Иванович Ползунов (1729-

 

1766), талантливый русский механик,

 

сконструировал и построил первую па-

Рис. 7. Устройство машины

ровую машину с универсальным тепло-

Ньюкомена

вым двигателем, (рис. 8). Она имела два

 

цилиндра с поршнями и отдельный паровой котел, из которого пар поочередно поступал в цилиндры через автоматический распре-

 

делитель – это первое применение автома-

 

тики в подобных машинах. Рабочее усилие

 

непрерывно подавалось на общий шкив,

 

вал которого передавал момент на привод

 

заводских механизмов – насоса или возду-

 

ходувного меха.

 

Это была первая универсальная паро-

 

вая машина, но все же она имела малый

 

КПД (≈ 1 %), потребляла большое количе-

 

ство топлива; она проработала около года

 

на рудниках; после смерти создателя сло-

 

малась и была забыта.

 

Первые паровые устройства и машины

Рис. 8. Схема двигателя

имели низкий КПД, так как не было теоре-

И. И. Ползунова

тических знаний о теплоте, давлении пара и

 

др.

Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765) – гениальный русский ученый, мыслитель, экспериментатор, поэт (рис. 9).

Ломоносов много сделал в области различных наук и в каждой из них исследовал самые фундаментальные вопросы. Он изучал агре-

22

гатное состояние вещества, изучал термометрию, внедрял физические и химические методы исследования. Он экспериментально доказал и сформулировал в 1748 г. закон сохранения вещества. Это было за 18 лет до подобных опытов француза Лавуазье, которому мировая наука приписала откры-

тие закона сохранения материи. Ломоносов впервые дал правильное

объяснение теплоте, как движению мельчайших частиц – корпускул.

М. В. Ломоносов был не только выдающимся и разносторонним учёным, но и страстным пропагандистом научных знаний. Он понимал необходимость обучения для народа и уделял этому боль-

Рис. 9. М. В. Ломоносов шое внимание, помня завет Петра I : «…науки производить и оные распро-

странять.» Приведем обращение Ломоносова в стихотворной форме к своим ученикам:

Овы, которых ожидает Отечество от недр своих

Ивидеть таковых желает, Каких зовет от стран чужих. О, ваши дни благословенны! Дерзайте ныне ободренны Раченьем вашим показать,

Что может собственных Платонов

Ибыстрых разумом Невтонов Российская земля рождать.

ОЛомоносове гениальный поэт и философ А.С. Пушкин писал: “Соединяя необыкновенную силу воли с необыкновенной силой понятия, Ломоносов объял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшею страстью его души. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец – он всё испытал и во всё проник. ”

Ученые, изобретатели, гениальные самоучки, механики продолжали работать над устройством и совершенствованием паровых машин и их применением, имея уже какое-топредставление о теплоте.

Рис.10. Джеймс Уатт

23

Джеймс Уатт (1736-1819),(рис. 10), английский механик, создал паровую машину двойного действия, рабочий ход поршня в ней производился не атмосферным давлением, а дав-

лением пара.

Машина Уатта управлялась золотниковым устройством, (центробежным регулятором пара). Содержала маховик и шатуннокривошипный механизм, совершала непрерывное вращательное движение. Конденсация пара производилась в отдельном устройстве – конденсаторе. Общий КПД машины равнялся 8 %. Во второй половине XVIII в. устройство паровой машины было отработано, она нашла широкое применение в промышленности крупных стран. В честь Д. Уатта единица мощности была названа “Ватт”.

ВРоссии паровые машины начали строиться в Петербурге (на Галерном острове), на Олонецком и других заводах.

Американец Р.Фултон в 1803 г. установил паровой двигатель на судне; такие суда стали называться пароходами.

ВПетербурге с 1800 по 1825 г.

было изготовлено более 100 паровых машин заводских и 11 пароходных. Первый российский пароход “Елизавета” совершал рейсы «Петербург – Кронштадт» уже в 1815 г.

Черепанов Ефим Алексеевич вместе со своим сыномМироном Ефимовичем – механики нижнетагильских заводов – с 1820 г. по 1835 г. построи-

ли 20 различных паровых машин, а в 1833 году построили первый в России Рис. 11. Паровоз Черепановых

паровоз, (рис. 11), который двигался по чугунному рельсовому пути. Первая железная дорога в России “Петербург – Царское село”

была построена в 1837 году.

Д. Стефенсон в Англии, начиная с 1829 года, построил серию паровозов.

Рис. 12. Турбина Фурнейрона: 1-направляющий аппарат; 2-лопатки рабочего колеса; 3-вал

24

Создавались и изобретались различные конструкции паровых машин, появилась необходимость в теории и машин, и теплоносителя.

Французский ученый Сади Карно (1796-1832)в 1824 г. разработал основы теории паровых машин – циклы Карно. Он установил, что, чем больше разность температур подводимого и отводимого тепла у теплоносителя, тем выше эффективность тепловой машины. Со времен С. Карно тепловые (паровые, газовые и др.) машины стали развиваться в направлении повышения параметров теплоносителя – температуры и давления. Этими вопросами занимались Р. Стирлинг, Эриксон и др.

Водяные колеса и паровые двигатели совершенствовались, все больше внедрялись в промышленность, но они имели довольно низкий коэффициент полезного действия и сравнительно небольшую мощность. Требовалось создание новых машин с большим числом оборотов, с большей мощностью и большим КПД. Такими машинами стали различные модификации водяных, паровых, а позднее и газовых турбин (“турбо” – волчок).

Теорией турбин занимался Д. Бернулли (1700-1782), который исследовал динамику различных потоков энергии.

Во многих странах ученые, исследователи, механики предлагали различные варианты конструкций турбин. Был объявлен конкурс на лучшую теорию и лучшую конструкцию турбины.

Б. Фурнейрон (1802-1867) сконст-

руировал быстроходную турбину с подводом воды на лопатки радиально от центра турбины, (рис. 12). Такая турбина получила широкое использование.

Подобные активные турбины различного рода строили И. Сафонов в России, Ховд в США, Жирар во Франции и др.

25

Д. Френсис (1815-1892) построилрадиально-осевуюреактивную тур-

бину со специально изогнутыми лопатками (рис. 13),

получившую

 

широкое

примене-

 

ние.

 

 

 

 

А. Пельтоном (1829

 

-1908) была создана

 

активная

ковшовая

 

турбина

для

боль-

 

ших напоров воды.

 

Ж. Понселе (1788-

Рис.13. Радиально-осеваятурбина Френсиса (1)

1867)

создал

тео-

и осевая поворотно-лопастнаятурбина Каплана (2)

рию

турбин.

Она

послужила толчком

к созданию новых типов машин.

Современные гидравлические турбины созданы на основе отбора и совершенствования турбин, построенных многими талантливыми изобретателями и конструкторами. Турбины вращались под действием движущейся воды. Затем появились паровые турбины, в которых использовался перегретый пар, подаваемый на лопатки турбин под повышенным давлением. Прообразом таких турбин был эолипил Герона Александрийского рис. 4. Паровые турбины имели целый ряд преимуществ по сравнению с паровыми поршневыми машинами: быстроходность, равномерность вращения, экономичность. Появились идеи и конструкции целого ряда новых турбин.

К. Лаваль (1845-1913) разра-

 

ботал одноступенчатую активную

 

турбину с

четырьмя

паровыми

 

соплами, пар из которых пода-

 

вался

на

лопатки

турбины

 

(рис. 14), но использование ее

 

было

экономически

невыгодно,

 

хотя принцип очень ценен.

Рис.14. Турбина Лаваля

 

 

 

 

Ч. Парсонс (1854-1931) изо-

брел многоступенчатую осевую реактивную турбину большой мощности с особыми группами лопаток – подвижными и неподвижными. Такая конструкция была более удачной и получила дальнейшее развитие в работах конструкторов многих стран (Франции, Англии, Рос-

26

сии, Америки и др.). Дальнейшее развитие паровых турбин было связано помимо прочего с повышением температуры пара.

Паровые машины и турбины требовали устройства, в котором была бы топка, котел, охлаждающий агрегат. Они выполняли свое назначение, однако были очень громоздки и неудобны в эксплуатации.

Уже в конце XVII в. появилась идея создания двигателя внутреннего сгорания – ДВС, в котором не нужен котел и топка, так как газообразное рабочее тело получает энергию от сжигания топлива внутри рабочего цилиндра.

В двигателях внутреннего сгорания главная часть – цилиндр с поршнем, но на поршень давит не пар, а раскаленный сжатый газ, образовавшийся в результате сжигания топлива внутри цилиндра – отсюда и название ДВС – двигатель внутреннего сгорания.

В основе первой попытки создания ДВС легла идея Х.Гюйгенса (1629-1695) – пороховая машина. Однако она не была построена, так как в то время еще не было подходящего топлива. В последующие годы было много разработано моделей различных ДВС, но все они по тем или иным причинам не были реализованы.

Французский механик Э.Ленуар (1822-1900) изобрел горизонтальный двигатель внутреннего сгорания двойного действия. Он работал на смеси светильного газа и воздуха, имел КПД около 4 % и требовал хорошего охлаждения. Двигатель Ленуара получил довольно высокое распространение, хотя был далек от совершенства и тре-

бовал серьезных доработок. Первый четырёхтактный двига-

тель внутреннего сгорания был построен немцем Николаем Отто в 1876 году, затем он был усовершенствован русским инженеромО.Костовичем, который разработал карбюратор для сжигания легких фракций продуктов перегонки нефти. Этими же вопросами занимались немецкие изобретателиДаймлер и Бенц (основатели концерна

«Мерседес»).

Рис.15. Р. Дизель Немецкий инженер Рудольф Дизель (1858-1913) (рис. 15), разработал ДВС на тяжелом топливе – мазуте, соляровом масле. Работал он по принципу самовоспламене-

27

ния. Двигатели внутреннего сгорания, работающие по принципу самовоспламенения топлива в цилиндре, называются дизельными, по имени их изобретателя. Первый дизель-моторбыл изготовлен в 1897 году, он содержал все основные элементы современного мотора, являлся самым экономичным из ДВС.

Г.В.Тринклер – инженер Путиловского завода, усовершенствовал процесс сжигания топлива, создал в 1889 г. двигатель со смешанным сгоранием, и с начала XX в. завод Нобеля («Русский дизель) стал выпускать в России дизельные моторы.

Большой вклад в развитие энергетики, создание двигателей, работающих на органическом топливе, вносили ученые, открывающие и разрабатывающие законы и теорию различных процессов в области химии и физики.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) (рис. 16) – выдающийся русский ученый, автор фундаментального периодического закона химических элементов, открытие которого способствовало развитию химии, атомной и ядерной физики. Д.И. Менделеев разработал теорию горения топлива, которая позволяла определить теплотворную способность топлив различного состава, выбрать оптимальные режимы горения и многое другое. Помимо этого, Д.И. Менделеев разработал промышленные способы разделения нефти по фракциям – бензин, керосин, мазут, открыл и сформулировал положение о критическом состоянии вещества и многое другое. Он был разносторон-

ним ученым, патриотом своей стра- Рис.16. Д. И. Менделеев ны, пропагандистом научных откры-

тий, профессором Петербургского университета и других учреждений. Учебник Д.И.Менделеева “Основы химии” (1868) переиздавался много раз и является одним из лучших учебников по химии.

Работы ученых способствовали развитию прогресса, промышленности, энергетики.

28

В ХХ веке появляется турбореактивный двигатель и газовая турбина. Начало развитию таких двигателей положил англичанин Д. Барбер еще в 1791 году, когда он получил патент на тепловой двигатель, в котором продукты сгорания смеси воздуха и газа подавались на лопатки турбины.

Первый работающий газотурбинный двигатель был сконструирован и испытан в 1897 году русским изобретателем инженером П.Д. Кузьминским (1840-1900), топливом для этого двигателя служил керосин; в том же году им была построенагазо-пароваятурбина с постоянным давлением сгорания.

Работы по созданию турбореактивных двигателей, газовых турбин велись в Германии (Штольце), в США (Мосс), во Франции (Арменго), в России (Н. Герасимов, В.И. Базаров и др.).

Однако строительство такого рода двигателей и их длительная работа требовали жаропрочных материалов и разработки теории газовых турбин. Этими вопросами, а также созданием высокоэффективного компрессора, необходимого для этих двигателей, занимались в Англии, Германии (фирма Хейнкеля), Советском Союзе (А.А. Саблуков, Б.С. Стечкин), Франции, Италии, Швейцарии и других странах.

Газотурбинные двигатели нашли себе широкое применение в авиации, на парогазовых электростанциях и др.

После того как были изобретены различного рода двигатели – ветровые, водяные, паровые, турбореактивные, внутреннего сгорания

– встал вопрос о передаче энергии на расстояние.

Передачи придумывали самые разные – ременные (с помощью ремней), гидравлические (с помощью жидкости), пневматические (с помощью воздуха, газов). Все они могли передавать энергию, но на небольшие расстояния и со значительными потерями. Развитие промышленности, строительство фабрик, заводов, рост крупных городов требовали все большей энергии и передачи ее на дальние расстояния.

Важнейшим этапом в развитии энергетической базы промышленности, сельского хозяйства, бытовых удобств явилось изобретение и применение электрических двигателей.

Электрические двигатели удобнее и надежнее других двигателей

– паровых, ветряных, водяных. Они всегда готовы к работе, могут управляться на расстоянии, позволяют регулировать скорость и т.п.

29

Благодаря электрическим двигателям появились: высокопроизводительные машины, станки, заводы-автоматы,электрифицированный инструмент, электрический транспорт (электрички, трамваи, метро, троллейбусы), бытовые приборы (холодильники, стиральные машины, швейные машины) и многое другое.

Открытие электричества и использование электрической энергии было одним из величайших событий. Этому предшествовали усилия многих и многих людей, начиная с древних времен и до наших дней.

Для передачи энергии на большие расстояния и распределения ее между потребителями – самой удобной является именно электрическая энергия.

Считается, что полезной электрической энергии в природе нет, хотя существуют такие электрические атмосферные явления как молнии, северные сияния, имеют электрические заряды некоторые морские обитатели, например, электрический угорь, электрический скат.

Энергия движущейся воды, ветра, энергия топлива, производящего пар и газы, использовалась уже давно и продолжает использоваться человеком. Совершенствуются установки, устройства, двигатели, но увеличивается и энергопотребление. Этим обусловлена необходимость совершенствования методов использования энергоисточников и поиск новых возобновляемых природой источников.

Рост потребления человеком энергии в целом ряде случаев приводит к вредным итоговым воздействиям производства энергии на окружающую среду. Это касается органических видов топлива – угля, нефти, мазута, газа, которые при сгорании загрязняют воздух, воду, почву; это касается и ядерного топлива, загрязняющего атмосферу радиоактивными выбросами и требующего для своих радиоактивных отходов сооружения специальных могильников длительного хранения. В результате всего этого человечество все большее внимание обращает на использование энергии солнца – гелиоэнергетику, энергию морских приливов и биологическую энергетику, которая реализуется в результате переработки органических отходов – биомассы, общая масса которой составляет примерно 3,2 млрд т в год.

В дальнейшем изложении рассмотрим историю появления электричества и развития энергетики.

studfiles.net

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *