Давньогрецький філософ Фалес Мілетський один з перших дослідників електрики

Історія

Давньогрецький філософ Фалес Мілетський один з перших дослідників електрики

Електричні явища були відомі ще в давнину, давнім грекам, фінікійцям, жителям Межиріччя. Те, що при натиранні бурштин отримує властивість притягати до себе легкі предмети, описував в 600-х роках до Р. Х. Фалес Мілетський. Фалес, однак, не відрізняв електрики від магнетизму, вважаючи це одним явищем, от тільки бурштин отримує таку дивну властивість при терті, а в магнетита вона постійна.

Новий крок у вивченні електричних явищ здійснив у 1600 році англійський лікар Вільям Ґілберт. Провівши дослідження електричних і магнітних явищ, він опублікував книгу, в якій зробив висновок, що властивості постійного магніта і здатність натертого бурштину притягати предмети — безумовно різні явища. Ґілберт почав застосовувати латинське слово electricus — бурштиноподібний, для опису такої властивості. В своїй книзі Ґілберт також прийшов до висновку, що Земля є магнітом, і саме тому стрілка компаса вказує на полюс.

Постійний магніт — найпростіший приклад магнітного диполя.

У середині 17-го століття Отто фон Геріке винайшов електростатичний генератор.

Експерименти Стівена Ґрея показали, що електрику можна передавати на віддаль (до 800 футів) за допомогою провідників (зволожених ниток), якщо уникати контакту із землею і використовувати ізоляцію. Так почалися дослідження струмів і були закладені основи поділу матеріалів на провідники й діелектрики.

Шарль дю Фе відкрив два різні типи електрики, назвавши їх «склянним» і «смолистим» (тепер їх називають додатніми й від'ємними зарядами), продемонструвавши, що однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягаються. Дю Фе також поділив речовини на провідники й ізолятори, називаючи їх «електриками» і «неелектриками».

Досліди Бенджаміна Франкліна, проведені в 1752 році, продемонстрували, що блискавка має електричну природу.

Бенджамін Франклін США, політик та винахідник. Проводив дослідження електрики в 18 ст.

У 1791 році Луїджі Гальвані опублікував відкриття біоелектрики. В 1800 році Алессандро Вольта побудував першу батарею — вольтів стовп. Новий тип джерела струму був набагато надійнішим, ніж електростатичні генератори, що використовувалися до того. В 1820 році Андре-Марі Ампер відкрив зв'язок між електрикою і магнетизмом. В 1821 році Майкл Фарадей вигадав електричний двигун, а в 1827 — Георг Ом встановив математичний закон, що описує струм в електричному колі.

Томас Едісон

Важко перечислити всі наукові відкриття в області вивчення електричних явищ у першій половині 19-го століття. Відкриття електромагнітної індукції Фарадеєм у 1831 році відкрило шлях до продукування і використання електричної енергії у великих масштабах, і кінець 19-го століття став епохою численних винаходів в області електротехніки. До кінця століття зусиллями таких видатних вчених, як Нікола Тесла, Томас Алва Едісон, Вернер фон Сіменс, лорд Кельвін, Галілео Ферраріс та багатьох інших, електрика перетворилася з наукової цікавинки в провідну силу другої промислової революції.

Системи одиниць вимірювання

Метричні системи

· СІ

· СГС

· МКС

· МКГСС

Традиційні системи мір

· Руська система мір

· Англійська система мір

· Французька система мір

· Китайська система мір

· Японська система мір

· Стародавні одиниці виміру

Міжнародна система одиниць (СІ) (міжнародна абревіатура SI з фр. Système International d'Unités) — це сучасна форма метричної системи, збудована на базі семи основних одиниць[1]. СІ є найчастіше використовуваною системою одиниць при проведенні розрахунків в різних галузях науки, техніки, торгівлі тощо.

У 1960 11-ю Генеральною конференцією з мір та ваг Міжнародна система одиниць СІ була рекомендована як практична система одиниць для вимірювань фізичних величин. Головна мета впровадження такої системи — об'єднання великої кількості систем одиниць (СГС, МКГСС, МКС тощо) з різних галузей науки та техніки та усунення труднощів, пов’язаних з використанням значної кількості коефіцієнтів при перерахунках між ними та створенням великої кількості еталонів для забезпечення необхідної точності. Переваги СІ забезпечують підвищення продуктивності праці проектантів, виробників, науковців, спрощують та полегшують навчальний процес, а також практику міжнародних контактів між державами.

Міжнародна система одиниць СІ складається з набору одиниць вимірювання та набору кратних і часткових префіксів до них. Система також визначає стандартні скорочені позначення для одиниць та правила запису похідних одиниць.

Система СІ не є незмінною, вона є набором стандартів, в якому створюються одиниці виміру та коригуються їхні визначення згідно з міжнародними угодами в залежності від рівня сучасного розвитку вимірювальних технологій.

СГС (сантиметр-грам-секунда) — система фізичних одиниць.

У СГС основною одиницею для вимірювання довжини прийнято сантиметр, маси — грам, часу — секунду.

Система СГС широко використовується в фізиці й основна маса фізичної літератури, включно з класичними роботами, написана на її основі.

Існує кілька похідних від СГС систем, у яких різним чином записуються базові рівняння електродинаміки. Серед них

СГСГ — гаусова система одиниць.

Гаусова система найприродніша з усіх систем. Її переваги полягають у тому, що у вакуумі вектори електричної та магнітної індукції збігаються із векторами напруженості електричного й магнітного поля. Крім того напруженості електричного й магнітного полів мають однакову розмірність, що природньо з огляду на те, що вони складають єдине електромагнітне поле. Фізичині формули, записані в гаусовій системі мають найприродніший вигляд.

Проте, незважаючи на фізичну доцільність і логічність чи на те, що більшість класичних книг в області фізики й наукових праць у журналах написані з використанням саме цієї системи, гаусова система не стала основною міжнародною системою одиниць, оскільки її одиниці сили струму, напруги й опору не здобули широкого визнання й ввійшли в конфлікт із одиницями, які використовувалися на практиці.

· СГСЕ — абсолютна електростатична система одиниць.

· СГСМ — абсолютна електромагнітна система одиниц

МКС — система одиниць, заснована на метрі, кілограмі та секунді.

Система запропонована 1889 року першою Генеральною конференцією з мір та ваг.

Система одиниць МКС схожа з СГС.

Згодом до системи одиниць було додано ампер. Система що утворилася, отримала назву МКСА.

На основі МКСА 1960 року було прийнято Міжнародну систему одиниць СІ, яка на теперішній час витіснила МКС та МКСА.

Руська система мір — система одиниць виміру, яка традиційно використовувалася на Русі, пізніше в Російській імперії та СРСР до 1924 року. Застосування метричної системи мір в СРСР стало обов'язковим згідно постанови РНК СРСР від 21 липня 1925 року.

Англійська система мір використовується у Великобританії, США та інших країнах. Окремі з цих мір у ряді країн трохи відрізняються за своїм розміром, тому нижче наводяться в основному округлені метричні еквіваленти англійських мір, зручні для практичних розрахунків.

3.Сегнетоеле́ктрики або фероеле́ктрики — речовина, яка має спонтанний дипольний електричний момент в одній із кристалічних фаз, що існує в певному діапазоні температур.

Загальний опис

Прикладом сегнетоелектрика є сегнетова сіль, від назви якої походить назва класу речовин, а також титанат барію.

Температурний діапазон, в якому сегнетоелектрик має спонтанний дипольний момент, називається полярною областю. Кристалічна модифікація, в якій сегнетоелектрик спонтанно поляризований називається полярною фазою. Кристалічна модифікація, в якій спонтанний момент відсутній називається неполярною фазою. Температура, при якій відбувається перехід між полярною й неполярною фазами, називається температурою Кюрі.

Більшість сегнетоелектриків мають одну температуру Кюрі, вище якої їхня фаза неполярна, а нижче — полярна. Проте існують сегнетоелектрики, в яких полярна фаза існує в певному температурному діапазоні, наприклад, сегнетова сіль.

Поведінка сегнетолектриків має багато спільних рис з поведінкою феромагнетиків.

У сегнетоелектричних кристалів існує кілька напрямків (відносно осей кристалічної ґратки), вздовж яких може бути направлений спонтанний дипольний момент. Такі напрямки називаються полярними вісями. При відсутності зовнішнього електричного поля сегнетоелектрик розділяється на області повної поляризованості відносно однієї з полярних осей — домени. Якщо полярна вісь лише одна, то можливі тільки дві орієнтації доменів, і кристал має шарувату доменну структуру. Якщо полярних осей кілька, доменна структура кристала сегнетоелектрика складніша.

Завдяки існуванню доменів при відсутності зовнішнього поля сумарний дипольний момент кристала сегнетоелектрика зазвичай дорівнює нулю, але в зовнішньому полі домени переорієнтовуються. В сегнетоелектриках спостерігається діелектричний гістерезис, аналогічний магнітному гістерезису феромагнетиків.

Застосування

Завдяки великій діелектричні проникності сегнетоелектрики широко використовуються при виготовленні конденсаторів.

П'єзоефект – виникнення електричних зарядів (п’єзоелектрики) на гранях деяких кристалів при їхній деформації (напруженні), або навпаки – виникнення деформації (напруження) цих кристалів внаслідок дії електричного поля.

Перші дослідження п'єзоефекту виконані П'єром Кюрі (1880) на кристалі кварцу. П'єзоефект властивий понад 1500 речовинам. Спостерігається у всіх сегнетоелектриків і у багатьох піроелектриків. На відміну від електрострикції, п'єзоефект залежить від напряму силових ліній поля, тому дія на площини кристалу змінних електричних полів приводить до його вібрації. Найбільш значна амплітуда коливання кристалу має місце у випадку, коли частота коливань поля відповідає резонансній частоті коливань кристалу.

Ступінь поляризації кристалу при п'єзоефекті прямо пропорційний механічному напруженню. Коефіцієнт пропорційності між ними називається п’єзоелектричним модулем. Для характеристики п'єзоефекту використовують відношення п’єзомодуля порід до п’єзомодуля монокристалу кварцу. Найбільший п'єзоефект має жильний кварц (10% від модуля монокристалу), п'єзомодуль кварцитів – 1% від модуля монокристалу, гнейсів і гранітів – 0,2-0,5%.

4.Пості́йний струм — електричний струм, незмінний в часі.

Необхідно відзначити деяку некоректність терміну постійний струм: насправді для постійного струму незмінним є перш за все значення напруги (вимірюється у вольтах), а не значення струму (вимірюється в Амперах), хоча значення струму також може бути незмінним. Тому термін постійний струм слід розуміти як постійну напругу. Далі використовуватимемо термін саме в цьому значенні.

Використовування терміну постійний струм (так само, як і змінний струм) підкреслює «силовий» характер даного сигналу, тобто це електричний сигнал, що передає потужність, призначений для живлення електричних пристроїв. У інших значеннях використовують точніші терміни: напруга, сигнал тощо

Нерідко цим терміном називають також електричний струм, який з часом може і змінюється за величиною, але не змінюється за напрямом (наприклад, пульсуючий електричний струм). Останнє обумовлюється можливістю розкладу одержуваного сигналу в ряд Фур'є, у якого постійна складова буде не нульова.

Постійний струм широко використовується в техніці: переважна більшість електронних схем як живлення використовує постійний струм. Змінний струм використовується переважно для зручнішої передачі від генератора до споживача.

Електричний струм у газах.

1) Електричний розряд у газах. Всі гази в природному стані не проводять електричного струму. У чому можна переконатися з наступного досвіду: Візьмемо електрометрії з приєднаними до нього дисками плоского конденсатора і зарядимо його. При кімнатній температурі, якщо повітря досить сухий, конденсатор помітно не розряджається - положення стрілки електрометра не змінюється. Щоб помітити зменшення кута відхилення стрілки електрометра, потрібен тривалий час. Це показує, що електричний струм у повітрі між дисками дуже малий. Даний досвід показує, що повітря є поганим провідником електричного струму. Видозмінимо досвід: нагріємо повітря між дисками полум'ям спиртівки. Тоді кут відхилення стрілки електрометра швидко зменшується, тобто зменшується різниця потенціалів між дисками конденсатора - конденсатор розряджається. Отже, нагріте повітря між дисками став провідником, і в ньому встановлюється електричний струм. Ізолюючі властивості газів пояснюються тим, що в них немає вільних електричних зарядів: атоми і молекули газів в природному стані є нейтральними. 2) Іонізація газів. Вищеописаний досвід показує, що в газах під впливом високої температури з'являються заряджені частинки. Вони виникають внаслідок відщеплення від атомів газу одного або декількох електронів, у результаті чого замість нейтрального атома виникають позитивний іон і електрони. Частина утворилися електронів може бути при цьому захоплена іншими нейтральними атомами, і тоді з'являться ще негативні іони. Розпад молекул газу на електрони і позитивні іони називається іонізацією газів. Нагрівання газу до високої температури не є єдиним способом іонізації молекул або атомів газу. Іонізація газу може відбуватися під впливом різних зовнішніх взаємодій: сильного нагріву газу, рентгенівських променів, a-, b-і g-променів, що виникають при радіоактивному розпаді, космічних променів, бомбардування молекул газу швидко рухомими електронами або іонами. Чинники, що викликають іонізацію газу називаються іонізаторами. Кількісною характеристикою процесу іонізації служить інтенсивність іонізації, яка вимірюється числом пар протилежних за знаком заряджених часток, що виникають в одиниці об'єму газу за одиницю часу. Іонізація атома вимагає витрати певної енергії - енергії іонізації. Для іонізації атома (або молекули) необхідно зробити роботу проти сил взаємодії між вириті електроном і іншими частками атома (або молекули). Ця робота називається роботою іонізації A i. Величина роботи іонізації залежить від хімічної природи газу й енергетичного стану вириваємо електрона в атомі або молекулі. Після припинення дії іонізатора кількість іонів у газі з часом зменшується і врешті-решт іони зникають зовсім. Зникнення іонів пояснюється тим, що іони і електрони беруть участь в тепловому русі і тому соударяются один з одним. При зіткненні позитивного іона і електрона вони можуть возз'єднатися у нейтральний атом. Точно також при зіткненні позитивного і негативного іонів негативний іон може віддати свій надлишковий електрон позитивного іону і обидва іона перетворяться на нейтральні атоми. Цей процес взаємної нейтралізації іонів називається рекомбінацією іонів. При рекомбінації позитивного іона і електрона або двох іонів звільняється певна енергія, що дорівнює енергії, витраченої на іонізацію. Частково вона випромінюється у вигляді світла, і тому рекомбінація іонів супроводжується свіченням (свічення рекомбінації).

У явищах електричного розряду в газах велику роль грає іонізація атомів електронними ударами. Цей процес полягає в тому, що електрон, що рухається, що володіє достатньою кінетичною енергією, при зіткненні з нейтральним атомом вибиває з нього один або кілька атомних електронів, у результаті чого нейтральний атом перетворюється в позитивний іон, а в газі з'являються нові електрони (про це буде розглянуто пізніше).

Історія

Давньогрецький філософ Фалес Мілетський один з перших дослідників електрики

Електричні явища були відомі ще в давнину, давнім грекам, фінікійцям, жителям Межиріччя. Те, що при натиранні бурштин отримує властивість притягати до себе легкі предмети, описував в 600-х роках до Р. Х. Фалес Мілетський. Фалес, однак, не відрізняв електрики від магнетизму, вважаючи це одним явищем, от тільки бурштин отримує таку дивну властивість при терті, а в магнетита вона постійна.

Новий крок у вивченні електричних явищ здійснив у 1600 році англійський лікар Вільям Ґілберт. Провівши дослідження електричних і магнітних явищ, він опублікував книгу, в якій зробив висновок, що властивості постійного магніта і здатність натертого бурштину притягати предмети — безумовно різні явища. Ґілберт почав застосовувати латинське слово electricus — бурштиноподібний, для опису такої властивості. В своїй книзі Ґілберт також прийшов до висновку, що Земля є магнітом, і саме тому стрілка компаса вказує на полюс.

Постійний магніт — найпростіший приклад магнітного диполя.

У середині 17-го століття Отто фон Геріке винайшов електростатичний генератор.

Експерименти Стівена Ґрея показали, що електрику можна передавати на віддаль (до 800 футів) за допомогою провідників (зволожених ниток), якщо уникати контакту із землею і використовувати ізоляцію. Так почалися дослідження струмів і були закладені основи поділу матеріалів на провідники й діелектрики.

Шарль дю Фе відкрив два різні типи електрики, назвавши їх «склянним» і «смолистим» (тепер їх називають додатніми й від'ємними зарядами), продемонструвавши, що однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягаються. Дю Фе також поділив речовини на провідники й ізолятори, називаючи їх «електриками» і «неелектриками».

Досліди Бенджаміна Франкліна, проведені в 1752 році, продемонстрували, що блискавка має електричну природу.

Бенджамін Франклін США, політик та винахідник. Проводив дослідження електрики в 18 ст.

У 1791 році Луїджі Гальвані опублікував відкриття біоелектрики. В 1800 році Алессандро Вольта побудував першу батарею — вольтів стовп. Новий тип джерела струму був набагато надійнішим, ніж електростатичні генератори, що використовувалися до того. В 1820 році Андре-Марі Ампер відкрив зв'язок між електрикою і магнетизмом. В 1821 році Майкл Фарадей вигадав електричний двигун, а в 1827 — Георг Ом встановив математичний закон, що описує струм в електричному колі.

Томас Едісон

Важко перечислити всі наукові відкриття в області вивчення електричних явищ у першій половині 19-го століття. Відкриття електромагнітної індукції Фарадеєм у 1831 році відкрило шлях до продукування і використання електричної енергії у великих масштабах, і кінець 19-го століття став епохою численних винаходів в області електротехніки. До кінця століття зусиллями таких видатних вчених, як Нікола Тесла, Томас Алва Едісон, Вернер фон Сіменс, лорд Кельвін, Галілео Ферраріс та багатьох інших, електрика перетворилася з наукової цікавинки в провідну силу другої промислової революції.