Интересные факты, удивительные факты, неизвестные факты в музее фактов. Интересные факты из мира электричества

Лечение электричеством имеет свою историю . Первые до этого додумались римляне, которые накладывали на голову больным с головными болями электрического угря. Говорят, что после этого или все проходило, или больной уже больше не признавался, что у него болит голова

Самая старая лампочка в мире

В США в одном из пожарных отделений города Ливермор (штат Калифорния) работает самая старая лампочка в мире. Это 4-ваттная лампа ручной работы, известная под именем «Столетняя лампа». Она постоянно горит уже более 100 лет, с 1901 года. Секрет ее долголетия заключается в том, что лампочку практически никогда не выключали. Столь необычайно долгий срок жизни не просто превратил лампу в местную достопримечательность, но и позволил занять ей свое место в книге рекордов Гиннеса как самой старой и работающей лампе в мире.

Долгожительница имеет свой собственный сайт www.centennialbulb.org, на котором, в числе прочего, можно следить за ее работой через веб-камеру (снимки делаются с интервалом 10 секунд). Точная дата установки этой лампы неизвестна, но скорее всего, это произошло в середине июня 1901-го года. С тех пор лампочка мощностью в 4 Вт круглосуточно работает в одном из отделений пожарной части, выполняя функцию технической подсветки оборудования. Свою работу лампочка прекратила единственный раз на 22 минуты в 1976 году, когда из соображений пожарной безопасности ее перевели на другой объект. Транспортировка осуществлялась в сопровождении полицейского и пожарного эскорта под руководством капитана пожарной части.

Для того чтобы понять феномен долгожительства этой лампочки, нужно разобраться в ее технических характеристиках. Она была выпущена компанией ShelbyElectricCo. По чертежам главного конкурента Т. Эдисона Адольфа Шайе (Adolphe A.Chaillet). Стеклянный корпус выдувался вручную, а элементом накаливания служила угольная нить. Общую причину длительной и безотказной работы таких ламп объяснила ДебораКатц (DeboraKatz), профессор физики US NavalAcademy в городе Аннаполис, на основе комплексного исследования винтажных лампочек ShelbyElectric.

«Феномен Лампы из Ливермора можно объяснить тем, что старинные лампочки накаливания имели два принципиальных отличия от современных аналогов. Во-первых, нить накаливания в них была в восемь раз толще, чем сейчас, во-вторых, материалом для ее изготовления был полупроводник, скорее всего на основе углерода. Это очень важное отличие: когда современная спираль накаливания перегревается, она перестает проводить электричество, в то время как лампочки Shelby работали тем лучше, чем сильнее они нагревались». Таким образом, объективной предпосылкой для долгожительства лампочки в пожарной части №6 городка Ливермор была ее бесперебойная работа и отсутствие циклов включения-выключения. Но тот факт ничуть не умаляет маленького чуда существования лампы, разменявшей вторую сотню лет.

Изобретатель Томас Эдисон в 1880-х годах работал над системами электрификации американских городов, однако не мог передать постоянный ток дальше нескольких кварталов. Его конкурент Джордж Вестингауз добился больших успехов, используя переменный ток, однако Эдисон всячески препятствовал его распространению, называя его током-убийцей. В то же время специальная комиссия вела поиски устройства для наиболее “гуманной” казни, и Эдисон порекомендовал в качестве него машину Вестингауза на переменном токе. Таким образом, он поспособствовал изобретению электрического стула.

Электрогенераторы южноамериканского электрического угря могут генерировать напряжение до 1200 вольт при силе тока 1,2 А. Этого хватило бы чтобы зажечь шесть стоваттных лампочек.

Напряжение внутри молнии - порядка 100 000 000 вольт на метр.

Первая батарейка в 4 вольта была найдена в Египте и состояла она из медного цилиндра и вложенного в него железного стержня. В цилиндр заливалась жидкость, но стержень при этом не прикасался к стенкам сосуда

Электрические угри могут поразить электрическим током напряжением около 500 вольт для самообороны и во время охоты.

Крупнейший в мире источник энергии для электростанций — это уголь. Сжигание угля в топках котлов нагревает воду, а поднимающийся пар вращает турбины генераторов.

Электричество играет важную роль в здоровье человека . Мышечные клетки в сердца сокращаются и производят электроэнергию. Электрокардиограмма (ЭКГ) измеряет ритм сердца благодаря этим импульсам.

В далекие 1880-е была “война токов” между Томасом Эдисоном (который придумал постоянный ток) и Никола Тесла (который открыл переменный ток). Оба хотели, чтобы их системы широко использовались, но победил переменный ток, за простоту получения, больший КПД и меньшую опасность.

Интересно, что один из отцов-основателей США Бенджамин Франклин был не только политиком, но и ученым. Он провел обширные исследования электричества в 18 веке и изобрел громоотвод.

Древние греки считали , что больше всего янтаря находят на побережье Северного моря. Именно там Фаэтон был повержен молнией на землю. Вероятно, они видели связь между молнией и свойствами янтаря.

Словарь Академии Российской издания 1794 года так описывал когда-то “электричество”: “Вообще это означает действие вещества весьма текучего и тонкого, свойствами своими весьма различного от всех жидких известных тел; имеющее способность сообщаться почти со всеми телами, но с иными более, с другими менее, движущееся с необъятной скоростью и производящее своим движением весьма странные явления”.

В конце 30-х годов 18 века член Парижской Академии Шарль Ф. Дюфе писал: “Возможно, в конце концов, удастся найти средство для получения электричества в больших масштабах и, следовательно, усилить мощь электрического огня, который во многих из этих опытов представляется... как бы одной природы с молнией”.

В старину место разряда молнии в землю указывало грабителям скифских курганов, что именно здесь зарыты сокровища. Понятно, что молнии бьют в курганы, содержащие металлическую “начинку”.

На Руси место, куда попала молния , считалось лучшим для рытья колодца. Вероятность близкой воды была очень высока!

Не зря знаменитого Луиджи Гальвани , вовсе даже не физика, прозвали когда-то волшебником. Он заставлял шевелиться трупы телят, кошек, мышей и лягушек! В его честь названы химические источники тока — гальванические элементы.

Одна из легенд о великом физике Томасе Эдисоне связана с его религиозностью, которую редко ставили под сомнение. И все потому, что на протяжении многих лет, Эдисон часто заходил в церковь неподалеку от своего дома. Недоразумение раскрылось после того, как однажды у него все же спросили о его вере в бога и периодических визитах в местную церковь. Оказалось, что церковь была прямо на пути из лаборатории к дому Эдисона, и он часто заходил в церковь в прохладные вечера просто чтобы погреться в помещении.

Изучение статического электричества начиналось с помощью простейшего прибора: металлический диск, стеклянная ручка, кошка, сургучная подушка, палец. Именно с таким “набором инструментов” работал знаменитый Алессандро Вольта.

В детстве Томас Эдисон не показывал особых дарований , считаясь трудным ребёнком. После того, как однажды учитель обозвал его “безмозглым тупицей”, мать забрала его из школы, в которой он смог проучиться только 3 месяца и решила самостоятельно обучать Томаса. При этом она читала ему книги, одними из которых были: “Краткое руководство для школ по естественной и экспериментальной философии” Ричарда Паркера и “Азбука Морзе”.

Вероятно, одной из первых электрических цепей была живая электрическая цепь, составленная из 180 взявшихся за руки солдат Людовика XV, которые содрогались от проходившего через них разряда Лейденской банки во время опыта при дворе короля.

Многие единицы физических величин в электротехнике носят имена ученых. Но, интересно, что лишь один из них, а это был Георг Ом, был дважды удостоен такой чести. Всем знакома единица измерения сопротивления «Ом», но оказывается, что в некоторых странах физическую величину, обратную сопротивлению — электропроводность, измеряют в величинах, называющихся «Мо».

В 1827 году немец по имени Георг Ом , снискавший позднее всемирную славу, не сдал экзамен и не был допущен к преподаванию физики в школе из-за крайне низкого уровня знаний и отсутствия педагогических способностей.

Интересно, что к широкому использованию переменного тока , полученного еще в 30-х годах 19 века, приступили лишь спустя 70 лет! Передачу переменного тока с помощью высоковольтных ЛЭП пытались даже запретить законом. Среди “противников переменного тока” был и Томас Эдисон!

Знаете ли вы, что в некоторых районах Южной Америки и Африки , где не было проведено электричество, можно было внутри жилища увидеть закрытые стеклянные банки, наполненные светляками! Такие «лампы» давали на зависть яркий свет!

Не все знают, что Томас Эдисон , являясь самым известным изобретателем, который только в США получил 1093 патента на изобретения и около 3 тысяч в других странах, был еще и купным предпринимателем, который в работе неизменно пользовался девизом: «Никогда не изобретай то, на что нет спроса».

Ученые считают , что мы все могли неоднократно наблюдать движение частиц со скоростью, вдвое меньшей скорости света, по каналу диаметром в 1,27 см. Это всякий раз происходит в молнии!

Великого физика Томаса Эдисона однажды спросили: нужно ли ставить громоотвод на строящуюся церковь?
- Непременно, - ответил он. - Ведь Бог бывает иногда так невнимателен.

Томас Эдисон известен как величайший изобретатель во всем мире. У него было зарегистрировано 1093 патента, которые и столетие спустя поражают нас. Но все дело в том, что не все изобретения принадлежат лично ему. Некоторые из открытий Эдисона принадлежат его невоспетым техникам - и его наиболее известное изобретение электрического света, даже не было сделано в его лаборатории. За четыре десятилетия до рождения Эдисона, английский ученый Сэр Хамфри Дэйви изобрел дуговое свечение (с использованием карбоновой нити). На протяжении многих лет, исследователи улучшали открытие Дэйви. Была одна проблема: ни одно из улучшений не горело более 12 часов (из-за разрыва нити). Достижение Эдисона заключалось в том, что он подобрал соответствующую нить, которая могла гореть много дней. Он сделал очень важное открытие, но не был первопроходцем.

Направление движения электрического тока

Если составить электрическую цепь из источника тока, потребителя энергии и соединяющих их проводов, замкнуть ее, то по этой цепи потечет электрический ток. Резонно спросить: «А в каком направлении?» Учебник теоретических основ электротехники дает ответ: «Во внешней цепи ток течет от плюса источника энергии к минусу, а в внутри источника от минуса к плюсу».
Так ли это? Вспомним, что электрическим током называется упорядоченное движение электрически заряженных частиц. Таковыми в металлических проводниках являются отрицательно заряженные частицы - электроны. Но ведь электроны во внешней цепи движутся как раз наоборот: от минуса источника к плюсу. Это можно доказать очень просто. Достаточно поставить в вышеуказанную цепь электронную лампу - диод. В случае, если анод лампы будет заряжен положительно, то ток в цепи будет, если же отрицательно, то тока не будет. Напомним, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные - отталкиваются. Поэтому положительный анод притягивает отрицательные электроны, но не наоборот. Сделаем вывод, что за направление электрического тока в науке электротехнике принимают направление ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ движению электронов.
Выбор направления, противоположный существующему, иначе как парадоксальным назвать нельзя, но объяснить причины такого несоответствия можно, если проследить историю развития электротехники как науки.
Среди множества теорий, иногда даже анекдотичных, пытающихся объяснить электрические явления, появившихся на заре науки об электричестве, остановимся на двух основных.
Американский ученый Б. Франклин выдвинул так называемую унитарную теорию электричества, по которой электрическая материя представляет собой некую невесомую жидкость, которая могла вытекать из одних тел и накапливаться в других. Согласно Франклину, электрическая жидкость содержится во всех телах, а наэлектризованным становится только тогда, когда в них бывает недостаток или избыток электрического флюида. Недостаток флюида означает отрицательную электризацию, избыток - положительную. Так появилось понятие положительного и отрицательного заряда. При соединении положительно заряженных тел с отрицательными электрическая жидкость (флюид) переходит от тела с повышенным количеством жидкости к телам с пониженным количеством. Как в сообщающихся сосудах. С этой же гипотезой в науку вошло понятие движения электрических зарядов - электрического тока.
Гипотеза Франклина оказалась в высшей степени плодотворной и предвосхитила электронную теорию проводимости, Однако она оказалась далеко не безупречной. Дело в том, что французский ученый Дюфе обнаружил, что существует два вида электричества, которые, подчиняясь каждое в отдельности теории Франклина, при соприкосновении нейтрализовывали друг друга. Причиной появления новой дуалистической теории электричества, выдвинутой Симмером на основании опытов Дюфе, была простой. Как это ни поразительно, но на протяжении многих десятилетий экспериментов с электричеством никто не заметил, что при натирании электризуемых тел, заряжается не только натираемое, но и натирающее тело. Иначе гипотеза Симмера просто бы не появилась. Но в том, что она появилась, есть своя историческая справедливость.
Дуалистическая теория считала, что в телах обычном состоянии содержатся два рода электрической жидкости в РАЗНЫХ количествах, нейтрализующих друг друга. Электризация объяснялась тем, что соотношение положительных и отрицательных электричеств в телах менялось. Не очень понятно, но надо же было как-то объяснять реально существующие явления.
Обе гипотезы с успехом объясняли основные электростатические явления и долгое время конкурировали друг с другом. Исторически дуалистическая теория предвосхитила ионную теорию проводимости газов и растворов.
Изобретение вольтова столба в 1799 г. и последовавшее за ним открытие явления электролиза позволило сделать выводы о том, что при электролизе жидкостей и растворов в них наблюдается два противоположных направления движения зарядов - положительного и отрицательного. Дуалистическая теория торжествовала, так как при разложении, например, воды наглядно можно было видеть, что на положительном электроде выделяются пузырьки кислорода, а на отрицательном - водорода. Однако и здесь было не все гладко. При разложении воды количество выделяемых газов было неодинаково. Водорода было вдвое больше кислорода. Это ставило в тупик. Как мог бы помочь ученым того времени любой нынешний школьник, знающий, что в молекуле воды на атом кислорода приходится два атома водорода (знаменитое H2O) но химики еще не сделали этого открытия.
Революционный демократ А.И. Герцен, выпускник физико-математического факультета Московского университета, писал, что эти гипотезы не помогают, а даже “делают страшный вред учащимся, давая им слова вместо понятий, убивая в них вопрос ложным удовлетворением. “Что есть электричество?” - “Hевесомая жидкость”. Не правда ли лучше было бы, если бы ученик отвечал: “Не знаю”?”. Все-таки не прав был Герцен. Ведь в современной терминологии электрический ток ТЕЧЕТ от плюса к минусу источника, а не как-нибудь по другому передвигается и мы нисколько этим не огорчены.
Сотни ученых разных стран проводили тысячи опытов с вольтовым столбом, но только через двадцать лет датским ученым Эрстедом было открыто магнитное действие электрического тока. В 1820 г. было опубликовано его сообщение о том, что проводник с током влияет на показания магнитной стрелки. После многочисленных экспериментов он дает правило, по которому можно определить направление отклонения магнитной стрелки от тока или тока от направления магнитной стрелки. “Мы будем пользоваться формулой: полюс, который видит отрицательное электричество, входящим над собой, отклоняется к востоку”. Правило настолько туманное, что современный грамотный человек не сразу и разберется как им воспользоваться, а что же говорить о том времени, когда понятия еще не устоялись.
Поэтому Ампер в труде, представленном Парижской академии наук, сначала решает принять одно из направлений токов за основное, а потом дает правило, по которому можно определить действие магнитов на токи. Читаем: “Так как мне пришлось бы постоянно говорить о двух противоположных направлениях, по которым текут оба электричества, то, во избежание излишних повторений, после слов НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, я буду всякий раз подразумевать ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО электричества”. Так впервые было введено ныне общепринятое правило направления тока. Ведь до открытия электрона еще оставалось еще более семидесяти лет.
Направление тока во всех правилах подразумевало движение ПОЛОЖИТЕЛЬНО заряженных частиц.
Этого канона придерживался позже и Максвелл, придумавший правило “пробочника” или “буравчика” для определения направления магнитного поля катушки. Однако вопрос об истинном направлении тока оставался открытым. Вот что писал Фарадей: “Если я говорю. что ток идет от положительного места к отрицательному, то лишь в согласии с традиционным, хотя до некоторой степени молчаливым соглашением, заключенным между учеными и обеспечивающим им постоянное ясное и определенное средство для указания направления сил этого тока”.
После открытия электромагнитной индукции Фарадеем (наведение тока в проводнике в изменяющемся магнитном поле) возникла необходимость для определения направления индуцированного тока. Это правило дал выдающийся русский физик Э.Х.Ленц. Оно гласит: “Если металлический проводник перемещается вблизи тока или магнита, то в нем возникает гальванический ток. Направление этого тока таково, что покоящийся провод пришел бы от него в движение, противоположное действительному перемещению»”. То есть правило сводилось к такому типу, как “спроси совет и поступи наоборот”.
Правила, известные нынешним выпускника школ, как “правило левой руки” и “правило правой руки” в окончательном виде предложил английский физик Флеминг и служат они для ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗАПОМИНАНИЯ физического явления физикам, студентам и школьникам, а не для того, чтобы им морочить головы.
Эти правила широко вошли в практику и учебники физики и после открытия электрона очень многое пришлось бы изменять и не только в учебниках, если указывать истинное направление тока. Так и живет эта условность более полутора столетий. Сначала она не вызывала трудностей, но с изобретением электронной лампы (по иронии судьбы первую радиолампу изобрел Флеминг) и широким применением полупроводников начали возникать трудности. Поэтому физики и специалисты по электронике предпочитают говорить не о направлениях электрического тока, а о направлениях движения электронов, или зарядов. Но электротехника по-прежнему оперирует старыми определениями. Иногда это вызывает путаницу. Можно было бы внести коррективы, но не вызовет ли это больше неудобств, чем существующие?

Суд над электрической лампочкой
Внедрение научно-технических достижений в повседневную практику нередко сталкивалось с таким противодействием, что поборникам нового приходилось порой использовать форму судебного процесса с обвинителями, защитниками и судьями для доказательства преимуществ новой техники.
Удивительно, но факт, что с помощью судебного процесса пришлось доказывать широкой публике, казалось бы, очевидные преимущества электрического освещения.
Для этого в марте 1879 года английский парламент учредил комиссию, которая должна была положить конец кривотолкам и нелепым слухам, распускавшимся противниками электричества - газовыми компаниями.
Комиссия обладала значительными полномочиями: она имела право вызывать всех свидетелей, каких сочтет нужными, и на тех же правах, на которых их вызывает суд. Дознание производилось так же, как судебное следствие. Ответчиком было электричество.
Свидетели давали показания относительно его свойства и действий, стенографисты записывали их. Члены комиссии занимали судейские места. Стол с вещественными доказательствами был заставлен различными электрическими приборами, с которыми тут же проводились опыты. Стены покрывали чертежи и диаграммы.
Председателем суда был избран профессор химии Л. Плейфер. Строго соблюдая процедуру суда, комиссия “допросила” свидетелей защиты - Тиндаля, Томсона, Приса, Сименса, Кука и других.
Доводы свидетелей обвинения были следующими. По мнению художников, электрический свет “холоден и представляет мало экспрессии”. Английские леди находили, что он придает “какую-то мертвенность лица и, кроме того, затрудняет выбор одежды, так как освещенные электрическим светом костюмы кажутся иными, чем при вечернем освещении”.
Торговцы Биллинсгсэтского рынка жаловались на то, что “электрический свет придает дурной вид рыбе, и просили снять устроенное у них освещение”. Многие жаловались на резь в глазах и мигание света. Свидетели защиты терпеливо разъясняли, что следует смотреть не на фонари, а на освещенные ими предметы, что смотреть прямо на солнце еще больнее, но никто не ставит это в вину солнечному свету. Что мертвенность лица замечается только “при смешении газового света с электрическим”. Что “мигание” дуги в лампах от некачественно изготовленных электродов. И т.д. и т.п.
В приговоре комиссия постановила, что электрический свет вышел из области опытов и проб и ему необходимо предоставить возможность конкуренции с газовым освещением. Комиссия запретила передавать электрическое освещение газовым компаниям, “как некомпетентным в вопросах электротехники”.
Что же касается экономичности, то электротехнике предстояло пройти еще длительный путь - к созданию центральных электрических станций, линий электропередачи и распределительных устройств.

Интересные факты из истории создания и эксплуатации электрического счетчика

Величайшим изобретением девятнадцатого века было изобретение "метода изобретений". Этот афоризм английского математика и философа Альфреда Норда Вайтхэда (1891-1947) прекрасно отражает историю создания электрического счетчика, который совершенствовался с каждым новым изобретением, следовавшим одно за другим, основываясь на научных достижениях и стимулируя дальнейшее развитие.

Первая половина девятнадцатого века принесла блестящие открытия в области электромагнетизма. В 1820 году француз Андре-Мари Ампер (1775-1836) открыл явление взаимодействия электрических токов. В 1827 году немец Георг Симон Ом (1787-1854) установил зависимость между силой тока и напряжением в проводниках. В 1831 году англичанин Майкл Фарадей (1791-1867) открыл закон электромагнитной индукции, который лежит в основе принципа действия генераторов, двигателей и трансформаторов.

Не удивительно, что когда настало время, ключевые изобретения совершаются почти одновременно в разных частях света. Венгр Отто ТитусБлати, изобретатель индукционного электросчетчика и со-изобретатель трансформатора, вспоминая в 1930 году этот захватывающий период, говорил: "В мое время было легко. Наука походила на тропический лес. Все, что было нужно, это хороший топор, и куда бы ты ни ударил, мог срубить огромное дерево".

С изобретением динамо-машины (АньошЙедлик в 1861 г., Вернер фон Сименс в 1867 г.) появилась возможность вырабатывать электроэнергию в больших количествах. Первой областью массового применения электричества стало освещение. Но когда электроэнергию - начали продавать, возникла необходимость определить цену. Однако было неясно, в каких единицах следует вести учет и какие принципы измерения были бы наиболее удобными.

Первым электросчетчиком стал счетчик часов работы лампы Самюэля Гардинера (США), запатентованный в 1872 году. Он измерял время, в течение которого электроэнергия подавалась в точку нагрузки, при этом все лампы, подключенные к этому счетчику, контролировались одним выключателем. С появлением электрической лампочки Эдисона стало практиковаться разветвление цепей освещения, и такой счетчик вышел из употребления.

Электролитические счетчики

Томас Альва Эдисон (1847-1931), который внедрил первые распределительные осветительные электросети постоянного тока, утверждал, что электричество нужно продавать как газ – в те времена широко используемый в целях освещения.

"Электрический счётчик" Эдисона, запатентованный в 1881 году, использовал электрохимический эффект тока. Он содержал электролитическую ячейку, куда в начале расчётного периода помещалась точно взвешенная пластинка меди. Ток, проходящий через электролит, вызывал осаждение меди. В конце расчетного периода, медную пластинку взвешивали снова, и разница в весе отображала количество электричества, которое прошло сквозь нее. Этот счетчик был калиброван таким образом, что счета можно было выставлять в кубических футах газа.

Такие счетчики продолжали использовать до конца 19-го века. Однако у них был большой недостаток: считывание показаний представляло сложность для энергетической компании и было совершенно невозможным для потребителя. Позднее Эдисон добавил счетный механизм для удобства считывания показаний счетчика.

Существовали и другие электролитические счетчики, такие как водородный счётчик немецкой компании "Сименс-Шукерт" (SiemensShuckert) и ртутный счётчик Йенского стекольного завода "ШоттундГеноссен" (Schott&Gen.Jena).Но электролитические счетчики могли измерять только ампер-часы и не годились при колебаниях напряжения.

Маятниковые счётчики

Еще одним из возможных принципов конструкции счетчиков было создание некоторого движения – колебания или вращения – пропорционального энергии, которое, в свою очередь, могло бы запустить счетный механизм для отображения показаний счетчика.

Принцип работы маятникового счетчика был описан американцами Вильямом Эдвардом Эйртоном и Джоном Перри в 1881 году. В 1884 году в Германии, не зная об их изобретении, Германн Арон (1845-1902) сконструировал маятниковый счетчик.

В более усовершенствованной модели этого счетчика имелось два маятника с катушками на каждом, подключенными к источнику напряжения. Под маятниками помещались две токовые катушки с противоположными намотками. Благодаря взаимодействию катушек один из маятников двигался медленнее, а другой быстрее, чем без электрической нагрузки. Эта разность хода передавалась счетному механизму счетчика. Маятники менялась ролями каждую минуту, чтобы компенсировать разницу в исходной частоте колебаний. В этот же момент заводился часовой механизм. Но такие счетчики были дорогостоящими, потому что они содержали два часовых механизма, и их постепенно вытеснили моторные счётчики. Маятниковый счетчик позволял измерять ампер-часы или ватт-часы, но его можно было использовать исключительно для сетей постоянного тока.

Моторные счетчики

Другой альтернативой для создания электросчетчика было использование мотора. В таких счетчиках, вращающий момент пропорционален нагрузке и уравновешивается противодействующим моментом, таким образом, частота вращения ротора пропорциональна нагрузке, тогда как моменты находятся в равновесии. В 1889 году Американец Элиху Томсон (1853-1937) разработал свой "Самопишущий ваттметр" для компании "Дженерал Электрик" (GeneralElectric).

Это был двигатель с якорем без металлического сердечника, который запускался от электрического напряжения, проходящего через катушку и резистор с помощью коллектора. Статор приводился в движение током, и поэтому вращающий момент был пропорционален произведению напряжения и силы тока. Тормозной момент обеспечивался постоянным электромагнитом, который воздействовал на алюминиевый диск, прикрепленный к якорю. Такой счетчик использовался преимущественно для постоянного тока. Большим недостатком моторных электросчетчиков являлся коллектор.

Изобретение трансформаторов

Во времена, когда только началось распределение электрической энергии, было еще неясно, какие системы окажутся эффективней: системы постоянного или переменного тока. Однако вскоре выявился один важный недостаток систем постоянного тока – напряжение нельзя было изменить, а, следовательно, было невозможно создавать более крупные системы. В 1884 году француз Люсьен Голар (1850-1888) и англичанин Джон Диксон Гиббс изобрели "вторичный генератор", предшественник современного трансформатора. На практике трансформатор разработали и получили патент для компании "Ганц" (Ganz) в 1885 году трое венгерских инженеров – Карой Циперновский, Отто ТитуцБлати и Микса Дери. В том же году Вестингхаус купил патент Голара и Гибсона, а Вильям Стэнли (1858-1916) усовершенствовал дизайн. Джордж Вестингхаус (1846-1914) также приобрел патенты Николя Теслы на использование переменного тока. Благодаря этому появилась возможность применения электрических систем переменного тока. Начиная с 20-го столетия, они постепенно сменили системы постоянного тока.

Для учета электроэнергии потребовалось решить новую задачу – измерение электроэнергии переменного тока.

Индукционные счетчики

В 1885 году итальянец Галилео Феррарис (1847-1897) сделал важное открытие, что два не совпадающих по фазе поля переменного тока могут заставить вращаться сплошной ротор, такой как диск или цилиндр. В 1888 году независимо от него американец хорватского происхождения Николя Тесла (1857-1943) тоже обнаружил вращающееся электрическое поле. Шелленбергер также, случайно, открыл эффект вращающихся полей в 1888 году и разработал счётчик количества электричества для переменного тока. Противодействующий момент создавался винтовым механизмом. В таком счетчике отсутствовал элемент напряжения, чтобы учесть коэффициент мощности, поэтому он не подходил для работы с электродвигателями. Эти открытия послужили основой для создания индукционных двигателей и открыли путь индукционным счетчикам.

В 1889 году венгр Отто ТитуцБлати (1860-1939), работая на завод "Ганц" (Ganz) в г. Будапешт, Венгрия, запатентовал свой "Электрический счётчик для переменных токов" (патент Германии № 52.793, патент США № 423.210).

Как описывается в патенте, "Этот счетчик, по существу, состоит из металлического вращающегося тела, такого как диск или цилиндр, на который действуют два магнитных поля, сдвинутые по фазе друг относительно друга. Это смещение фаз является результатом того, что одно поле создается главным током, в то время как другое поле образуется за счет катушки с большой самоиндукцией, шунтирующей те точки цепи, между которыми измеряется потребляемая энергия. Однако магнитные поля не пересекаются в теле вращения, как в хорошо известном механизме Феррариса, а проходят сквозь разные его части, независимо друг от друга".

С таким устройством Блати удалось достичь внутреннего смещения фаз почти ровно на 90°, поэтому счетчик отображал ватт-чаты более или менее корректно. В счетчике использовался тормозной электромагнит для обеспечения широкого диапазона измерений, а также был предусмотрен циклометрический регистр. В том же году компания "Ganz" приступила к производству. Первые счетчики крепились на деревянной основе, делая 240 оборотов в минуту, и весили 23 кг. К 1914 году вес снизился до 2,6 кг. В 1894 году Оливер БлэкбурнШелленбергер (1860-1898) разработал счетчик ватт-часов индукционного типа для компании "Вестингхаус" (Westinghouse). В нем катушки тока и напряжения располагались на противоположных сторонах диска, и два постоянных магнита замедляли движение этого диска. Этот счетчик тоже был большим и тяжелым, весом в 41 фунт. У него был барабанный счетный механизм.

В 1899 году Людвиг Гутманн, работая на фирму "Сангамо" (Sangamo), разработал счётчик ватт-часов активной энергии переменного тока типа "A". Ротор состоял из цилиндра со спиральной прорезью, расположенного в полях катушек напряжения и тока. Диск, прикрепленный ко дну цилиндра, использовался для торможения с помощью постоянного магнита. Регулировка коэффициента мощности не была предусмотрена.

Дальнейшие усовершенствования

В последующие годы было достигнуто много усовершенствований: уменьшение веса и габаритов, расширение диапазона нагрузки, компенсация изменения коэффициента нагрузки, напряжения и температуры, устранение трения путем замены подпятников шарикоподшипниками, а затем двойными камнями и магнитными подшипниками, а также продление срока стабильной работы за счет улучшения качественных характеристик тормозных электромагнитов и удаления масла изопоры и счетного механизма. К очередному столетию, были разработаны трехфазные индукционные счетчики, использующие две или три системы измерения, установленные на одном, двух или трех дисках.

Новые функциональные возможности Индукционные счётчики, известные также как счетчики Феррариса, и счетчики, основанные на принципах счетчика Блати, все еще производятся в больших количествах и выполняют основную работу по учету энергии, благодаря их низкой стоимости и отличным показателям надёжности.

По мере распространения электричества, быстро появилась концепция многотарифного электросчетчика с локальным или дистанционным управлением, счетчика максимальной нагрузки, счётчика предварительно оплаченной электроэнергии и "Максиграфа".

Первая система контроля пульсаций была запатентована в 1899 году французом Сезаром Рене Лубери, и ее совершенствовали во многих компаниях: "Компани де Комптёр" (CompagniedesCompteurs) (позднее "Шлюмберже" (Schlumberger)), "Сименс" (Siemens), "АЕГ" (AEG), "Ландис и Гир" (Landis&Gyr), "Цельвегер" (Zellweger) и "Саутер" (Sauter) и "Браун Бовери" (BrownBoveri), - и это перечень только некоторых из них.

В 1934 году компания "Ландис и Гир" (Landis&Gyr) разработала счетчик "Тривектор", измеряющий активную и реактивную энергию и потребляемую мощность.

Электронные счётчики и дистанционное считывание показаний

Выдающийся период первоначальной разработки счетчиков подошел к концу. Как сказал Блати, продолжая свою метафору: "Теперь ты бродишь сутками напролет, не натыкаясь даже на куст".

Электронные технологии не находили применения в учете энергии до тех пор, пока в 1970-х годах не появились первые аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Это можно легко понять, если задуматься об ограниченном расходе энергии в замкнутом корпусе электросчетчика и ожидаемой надёжности. Новая технология дала новый толчок к развитию электрических счетчиков. Сначала были разработаны точные стационарные счетчики, главным образом использующие принцип время-импульсного умножения. Также применялись ячейки Холла, в основном для коммерческих и квартирных электросчетчиков. В 1980-х годах были разработаны гибридные счетчики, состоящие из индукционных счетчиков и электронных тарифных единиц. Эта технология использовалась относительно недолго.

Дистанционные измерения

Идея считывания показаний счетчиков на расстоянии появилась в 1960-х годах. Первоначально использовалась дистанционная импульсная передача, но постепенно вместо нее стали использовать различные протоколы и средства передачи данных.

В настоящее время счетчики с развитыми функциональными возможностями основываются на новейших электронных технологиях, с применением цифровой обработки сигналов, причем большинство функций предусмотрены встроенным программным обеспечением.

Стандарты и точность измерения

Необходимость в тесном сотрудничестве между производителями и энергетическими компаниями осознана относительно рано. Первый стандарт измерений, Код C12 Американского Национального Института Стандартов (ANSI) для измерения электроэнергии, был разработан еще в 1910 году. В его предисловии сказано: "При том, что этот Код, естественно, основывается на научно-технических принципах, мы всегда осознавали большую важность коммерческой стороны измерений ".

Первый известный стандарт измерения Международной Электротехнической Комиссии (МЭК), Издание 43, датируется 1931 годом.

Высокий стандарт точности – это отличительная характеристика, которую установила и продолжает сохранять измерительная индустрия. Уже в 1914 году в проспектах описываются счетчики с точностью 1.5% при диапазоне измерений от 10% и менее до 100% максимального тока. Стандарт МЭК 43:1931 устанавливает класс точности 2.0. Такой уровень точности до сих пор считается удовлетворительным для большинства счетчиков, находящихся сегодня в коммунально-бытовом применении, даже для стационарных счетчиков.

Друзья, активно готовимся к Олимпиаде по теоретической и общей электротехнике!

Сегодня публикуем интересные факты об электричестве, вы уже знаете все, но вдруг мы сумеем вас удивить?

Электрические угри могут поразить электрическим током напряжением около 500 вольт для самообороны и во время охоты.

Молния - разряд электричества в атмосфере, достигающий десятков тысяч вольт.

Ученые считают, что мы все могли неоднократно наблюдать движение частиц со скоростью, вдвое меньшей скорости света, по каналу диаметром в 1,27 см. Это всякий раз происходит в молнии!

ЭКГ

Электричество играет важную роль и в здоровье человека. Мышечные клетки сердца сокращаются и производят электроэнергию. Электрокардиограмма (ЭКГ) измеряет ритм сердца благодаря этим импульсам.

«Война токов»

В далекие 1880-е была «война токов» между Томасом Эдисоном (который придумал постоянный ток) и Николой Теслой (который открыл переменный ток). Оба хотели, чтобы их системы широко использовались, но победил переменный ток за простоту получения, больший КПД и меньшую опасность.
Интересно, что американский президент Бенджамин Франклин провел обширные исследования электричества в 18 веке и изобрел громоотвод .

Электричество в словаре Академии России

Словарь Академии Российской 1794 года издания так описывал когда-то электричество: «Вообще это означает действие вещества весьма текучего и тонкого, свойствами своими весьма различного от всех жидких известных тел; имеющее способность сообщаться почти со всеми телами, но с иными более, с другими менее, движущееся с необъятной скоростью и производящее своим движением весьма странные явления».

В старину место разряда молнии в землю указывало грабителям скифских курганов, что именно здесь зарыты сокровища. Понятно, что молнии бьют в курганы, содержащие металлическую «начинку».

Аналогично, что на Руси место, куда попала молния, считалось лучшим для рытья колодца. Вероятность близкой воды была очень высока!

Вероятно, одной из первых электрических цепей была живая электрическая цепь, составленная из 180 взявшихся за руки солдат Людовика XV, которые содрогались от проходившего через них разряда Лейденской банки во время опыта при дворе короля.

Казус, но!

В 1827 году немец по имени Георг Ом, снискавший позднее всемирную славу, не сдал экзамен и не был допущен к преподаванию физики в школе из-за крайне низкого уровня знаний и отсутствия педагогических способностей.

Интересно, что к широкому использованию переменного тока, полученного еще в 30-х годах 19 века, приступили лишь спустя 70 лет!

Передачу переменного тока с помощью высоковольтных ЛЭП пытались даже запретить законом. Среди противников переменного тока был и Томас Эдисон!

Знаете ли вы, что…

В некоторых районах Южной Америки и Африки, где не было проведено электричество, можно было внутри жилища увидеть закрытые стеклянные банки, наполненные светляками! Такие «лампы» давали на зависть яркий свет!

Удачи на Олимпиаде и, конечно, любите электроэнергетику! 🙂

Спасибо автору тематической подборки, подготовленной Л.А. Поповой специально для сайта ИГЭУ, на базе которого и проходит Олимпиада!

У какого насекомого обнаружен механизм преобразования солнечной энергии в электричество?

Осы и шершни обычно наиболее активны ранним утром, но восточный шершень является исключением - его пик активности приходится на полдень. Учёные изучали его строение, пытаясь понять, как это насекомое может использовать дневной свет. Оказалось, что внешняя текстура коричневых и жёлтых полос их панцирей, а также содержащиеся в них пигменты способствуют эффективному поглощению солнечной энергии. Более того, между внешним и внутренним слоями жёлтой полосы существует разность потенциалов, увеличивающаяся при воздействии света, то есть можно предположить способность восточного шершня к преобразованию солнечной энергии в электричество. Как именно оно используется телом насекомого, пока неясно - или напрямую увеличивает мышечную активность, или запасается днём и тратится на метаболические процессы в тёмное время суток.

Почему в Японии существуют две энергосети с разными частотами?

Обычно в пределах одного государства сетевое напряжение имеет строго определённую частоту - либо 50 Гц, либо 60 Гц. А в Японии существуют две системы - в западной части частота составляет 60 Гц, в восточной - 50 Гц, и между ними действуют четыре конвертера частоты. Такое положение дел возникло из-за того, что для энергосистемы Токио в 1895 году закупили генераторы немецкой компании AEG, а для Осаки год спустя - американские генераторы General Electric. С тех пор каждая из этих сетей развивалась по своим стандартам, и проводить унификацию оказалось слишком затратно.

Каким образом пауки используют силу электричества для ловли жертв?

Клей, которым пауки покрывают нити паутины, не просто удерживает пролетающих насекомых. Благодаря своим электростатическим свойствам он способствует ещё и тому, что нити паутины сами вытягиваются к насекомым, которые в процессе полёта и трения о воздух накопили на себе статический заряд (неважно, положительный или отрицательный). Нити могут отклоняться до 2 мм, но с огромной скоростью - 2 м/с. Также было обнаружено, что клейкие спирали паутины деформируют электростатическое поле Земли на расстоянии нескольких миллиметров. Могут ли насекомые, например, пчёлы, заблаговременно чувствовать эту деформацию и корректировать свой курс, чтобы не стать жертвой паука, ещё предстоит выяснить.

Какая продукция сельского хозяйства увеличивается при воздействии молнии?

Многие поколения японских фермеров, выращивающих грибы, замечали увеличение их роста в том месте, куда попала молния. В 2010 году учёные Иватского университета опубликовали результаты исследований, в ходе которых подвергали грибы воздействию искусственно созданных молний. Оказалось, что электрические разряды от 50 до 100 тысяч вольт действительно увеличивают продуктивность для 8 из 10 исследованных видов, причём в некоторых случаях более чем в два раза. Чёткого объяснения природы данного феномена нет, однако есть предположение, что грибы реагируют на молнию как большую опасность для выживания и поэтому ускоряют свой рост.

Каким образом можно использовать воду в качестве диэлектрика?

Многим известно, что вода является хорошим проводником электричества - именно поэтому, например, нельзя купаться во время грозы, так как можно стать жертвой попавшей в водоём молнии. Однако ток проводят не сами молекулы воды, а содержащиеся в ней примеси, ионы различных минеральных солей. Дистиллированная вода, в которой почти нет солей, является диэлектриком.

Какую информацию могут извлекать пчёлы из электрического поля цветов?

Пчёлы во время полёта из-за трения воздуха о волоски на теле накапливают на себе положительный заряд, а цветы обычно имеют отрицательный заряд. Уже давно известно, что благодаря такой разнице пыльца с цветка буквально перелетает на тело пчелы. Но недавние эксперименты помогли обнаружить, что пчёлы и шмели могут извлекать из характеристик электрических полей полезную для себя информацию. Например, изменённое поле растения после визита одной пчелы может сообщить другой, что новой порции нектара в цветке ещё нет.

Какие заключённые сами себе невольно устроили казнь на электрическом стуле?

В истории американских тюрем имеются два случая, когда подсудимым изменяли меру наказания со смертной казни на пожизненное заключение, но смерть от электричества все равно находила их. В 1989 году Майкл Андерсон Годвин сам себе устроил электрический стул, сидя на металлическом унитазе в своей камере и одновременно ремонтируя телевизор. Замыкание произошло, когда он перекусил проводок. В 1997 году похожее происшествие случилось с Лоуренсом Бейкером - он тоже сел на металлический унитаз, смотря телевизор в самодельных наушниках.

Какой учёный измерял скорость электрического тока на соединённых в цепь живых людях?

Скорость электрического тока почти равна скорости света. В 1746 году, когда это ещё не было известно, французский священник и физик Жан-Антуан Нолле захотел измерить скорость тока экспериментально. Он расставил 200 монахов, соединённых друг с другом железными проводами, по окружности длиной свыше полутора километров, а затем разрядил в эту цепь батарею из лейденских банок, изобретённых годом ранее. Все монахи среагировали на ток в одно мгновение, что убедило Нолле в очень высоком значении искомой величины.

Какой узор может оставить молния на теле человека?

Если между электродами поместить твёрдый диэлектрик, то можно создать условия, когда вдоль поверхности раздела диэлектрика и газа возникнет скользящий искровой разряд. При достаточной силе разряда возникают высокие давления и температуры, которые деформируют поверхность диэлектрика. На ней фиксируются особые узоры, называемые фигурами Лихтенберга. Такие фигуры могут возникать и естественным образом - например, на коже человека после попадания в него молнии. Получившийся красноватый рисунок может сохраняться несколько дней.

Какой учёный и с какой целью срезал кожу со своих пальцев?

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. А чтобы чувствовать очень слабые токи, учёный специально срезал верхний слой кожи с кончиков пальцев.

У каких животных доминирующий самец определяется частотой электрического сигнала?

Самцы разных видов животных вырабатывают условные сигналы, позволяющие выявить доминирующего самца без проведения боя. Например, у лосей показателем доминанты служит размер рогов. А у слабо электрических рыб отряда гимнотообразных, обитающих в Южной Америке, самцы заявляют о своём превосходстве электрическим сигналом с более высокой, чем у конкурентов, частотой.

Почему сидящая на проводе птица не погибает от удара током?

Сидящая на проводе высоковольтной ЛЭП птица не страдает от тока, потому что её тело - плохой проводник тока. В местах прикосновения птичьих лап к проводу создаётся параллельное соединение, а так как провод гораздо лучше проводит электричество, по самой птице бежит очень малый ток, который не может причинить вреда. Однако стоит птице на проводе коснуться ещё какого-нибудь заземлённого предмета, например металлической части опоры, она сразу погибает, ведь тогда уже сопротивление воздуха по сравнению с сопротивлением тела слишком велико, и весь ток идёт по птице.

Где находится колокольчик, непрерывно звенящий уже более 150 лет?

В Оксфордском университете имеется электрический колокольчик, который непрерывно звонит с 1840 года. Он использует электростатическое притяжение, поэтому потребляет очень малый ток. Сухие элементы, питающие его, облиты серой для герметичности, и никто точно не знает, как именно они устроены.

Что жители Амазонки делают перед тем, как начинают ловить электрических угрей?

Электрический угорь из Амазонки бьёт током с напряжением более 500 вольт. Местные жители перед тем, как ловить их, загоняют в реку стадо коров, чтобы угри истратили на них весь свой заряд.

Птица не погибает, потому что по её телу проходит ничтожно малый ток. Однако, стоит ей коснуться какого-либо заземлённого предмета (например, металлической опоры), как возникшее напряжение моментально её убьёт.

2) Многие животные способны вырабатывать электричество. Например, электрические угри в целях самообороны или охоты могут вырабатывать электрический ток напряжением до 500 В. Поэтому жители некоторых районов Амазонки, охотясь на них, защищаются от ударов тока, предварительно “разряжая” угрей при помощи стада коров.

3) Рыбы из отряда гимнотообразных (Южная Америка) определяют доминирующего самца по самой высокой частоте электрического сигнала.

4) Тело человека, в частности мышцы сердца, способно вырабатывать электроэнергию. Именно благодаря этому Электрокардиограмма позволяет измерять ритм биения сердца. 5) Первая электрическая цепь была построена ещё при дворе Людовика XV. Она была “живой”, так как во время опыта через тела 180 солдат был пропущен разряд, полученный при помощи Лейденской банки.

6) В конце 19 века между изобретателями постоянного и переменного тока Т. Эдисоном и Н. Теслой разгорелась настоящая война. Была предпринята попытка в законодательном порядке исключить возможность передачи переменного тока при помощи ЛЭП. Однако, как известно, предпочтение впоследствии всё-таки было отдано переменному току.

7) В 1874 году в России была предпринята попытка сократить расходы электроэнергии при её транспортировке, используя для этого железнодорожные рельсы. Инженер Ф. Пироцкий использовал один из рельсов как прямой провод, а второй — как обратный. Идея создания на этой основе городского транспорта оказалась небезопасной для пешеходов и получила своё применение гораздо позже в современном метро.

8) При попадании в человека разряда молнии на его теле образовывается особый рисунок, носящий название фигуры Лихтенберга.

9) В самом начале исследований электрических явлений, не имея специальных приборов, учёные вынуждены были жертвовать свои здоровьем ради науки. В. Петров, впервые давший научное описание явлению электрической дуги срезал верхний слой кожи на пальцах, чтобы лучше чувствовать слабые токи.