E l e k t r y k a
(ostatnia aktualizacja - 21 sierpnia 2007)
Spis treści:
Historia elektryczności
Andr'e Marie Amper'e
Racjonalne użytkowanie urządzeń
Zasady eksploatacji instalacji elektrycznych
Elektryczność, to dział fizyki, którego przedmiotem badań są ładunki elektryczne i związane z nimi pola elektryczne, związki i wzajemne oddziaływania między polami elektrycznymi i magnetycznymi, rozchodzenie się fal elektromagnetycznych, lub inaczej to ogół zjawisk wynikających z oddziaływań elektromagnetycznych pomiędzy cząstkami mikroświata.
Elektryczność w czasach prehistorycznych to przede wszystkim możliwość obserwowania przez ludzi zjawisk elektrycznych związanych z wyładowaniami atmosferycznymi. Istnienie zjawisk elektrycznych znane już było w starożytności, odnosiło się jednak wyłącznie do zdolności przyciągania drobnych przedmiotów drewnianych przez potarty bursztyn.
Dwadzieścia pięć wieków temu grecki filozof i matematyk Tales z Miletu (620-540 p.n.e.) spostrzegł, że potarty suknem bursztyn przyciąga drobne, lekkie ciała jak cząsteczki drewniane, wiórki, słomki, puch itp.. Nazwa elektryczność pochodzi od greckiego słowa "elektron", a elektron po grecku oznacza bursztyn.
W trakcie prac archeologicznych prowadzonych w XX wieku na terenach starożytnego Egiptu oraz pomiędzy Eufratem, a Tygrysem odkryto ślady wskazujące na to, że zjawisko elektryczności było znane starożytnym ludom dzięki rysunkom naściennym pozostawionym m. innymi w świątyni bogini Hathor w Denderze. Na reliefach uwidocznione są zamknięte naczynia w kształcie lampy, w których zamknięte są węże, ułożone na podobieństwo dzisiejszych żarników. Do naczyń dochodzą przewody, wyprowadzane z naczyń poprzez zatopione w nich pręty (prawdopodobnie pierwotne ogniwo galwaniczne).
Materialnych dowodów na posługiwanie się starożytnych ludów elektrycznością dostarczyły wykopaliska prowadzone w latach 30 i 80 - tych XX wieku przez niemieckich archeologów w okolicach Bagdadu. W trakcie prac wykopaliskowych natknięto się tam na gliniane dzbany, w środku których zamocowano odizolowany od naczyń cylinder z miedzianej blachy, w którego środek wprowadzono stalowy pręt. Naczynia te przypominają ogniwa elektryczne. Po napełnieniu cylindra kwasem naturalnym (m.in. kwasem cytrynowym), między cylindrem, a prętem wystąpiła różnica potencjału, co w pełni potwierdziło przypuszczenia badaczy.. Najstarsze odkryte naczynia w kształcie ogniw galwanicznych odnalezione na terenie dzisiejszego Iraku pochodzą z okresu ok. 2500 lat przed naszą erą.
Wkład cywilizacji Starożytnych Greków w naukę o elektryczności to zdefiniowanie pojęcia atomu - niepodzielnej cząstki, która jest podstawą wszelkich bytów i znajduje się w ciągłym ruchu. Co więcej przyciąga się z cząstkami podobnymi, a odpycha z różnymi, może poruszać się w sposób niekontrolowany.
Odkrycia w dziedzinie elektryczności i magnetyzmu
W roku 1551, matematyk Girolamo Cordano zauważył że elektryzowanie się i siła przyciągania się bursztynu oraz naturalne właściwości magnetytu to dwie różne rzeczy. I tak zauważono różnicę miedzy elektrycznością a magnetyzmem.
W 1600 r. Wiliam Gilbert kontynuując doświadczenia Talesa odkrył, że nie tylko bursztyn ale też inne ciała (np. szkło) można naelektryzować poprzez pocieranie. Ciała te nazwał „elektrykami”. Wprowadził także pojęcie elektryczność. Zjawiska elektryczne starał się tłumaczyć istnieniem jakiegoś "fluidu" otaczającego ciało naelektryzowane, a sam proces elektryzowania tłumaczył jako wydzielanie się "fluidu" pod wpływem ciepła powstającego w czasie tarcia.
Stephen Gray, angielski badacz (1670-1736) odkrył, iż działania elektryczne mogą być przenoszone z miejsca na miejsce poprzez różne metale i wilgotne włókna. Substancje te nie elektryzują się przez pocieranie. Zostały one nazwane przez naukowca "przewodnikami". Badania Gray'a dowiodły, iż elektryczność nie może być podobna do "fluidu" Gilberta, gdyż nie jest na trwałe związana z substancją. Elektryczność może być przenoszona z miejsca na miejsce
W 1734 r. Francuz Ch.F. du Fay (1698-1739) stwierdził istnienie dwóch rodzajów ładunków elektrycznych: dodatnich (powstają w pocieranym szkle) i ujemnych (powstają w pocieranym ebonicie). Doświadczenia z nimi prowadził także Piccolo Cabeo który stwierdził, że dwa naelektryzowane elektryki odpychają się. Wkład w tę teorię mieli jeszcze inni odkrywcy: Charles Dufay który sformułował teorię o dwóch rodzajach elektryczności, podobnych do dwóch biegunów magnesu oraz Beniamin Franklin, który wprowadził pojęcie elektronów dodatnich i ujemnych. Zajmując się elektrycznością od 1736 r., obalił teorię o dwóch rodzajach elektryczności, twierdząc ze istnieje tylko jeden rodzaj płynu elektrycznego.
W słynnym eksperymencie z latawcem stwierdził, że chmury są naładowane elektrycznie, a błyskawica to wielkie wyładowanie elektryczne. W trakcie tego eksperymentu wynaleziony został przydatny dziś piorunochron. W czasie dalszych prac badawczych sformułował dwa fundamentalne prawa: zasadę zachowania ładunku elektrycznego oraz wytłumaczenie zasady indukcji elektrycznej.
W 1767 r. angielski naukowiec Joseph Priestley sformułował twierdzenie o wpływie odległości na przyciąganie się naelektryzowanych ciał.
W 1785 r. Charles Coulomb sformułował prawo opisujące oddziaływanie spoczywających ładunków elektrycznych (Coulomba prawo). Wyliczył on iż siły działające między ładunkami są wprost proporcjonalne do iloczynu ich ładunków oraz odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między nimi. Udowodnił także, ze ładunki różnoimienne przyciągają się, a jednoimienne odpychają.
Pierwszym zdarzeniem przybliżającym do odkrycia przepływu prądu elektrycznego było zjawisko które zaobserwował w 1771 r. anatom Ligi Galvani, polegające na drganiu mięśnia żaby w wyniku dotknięcia go przez dwa różne metale w tym samym czasie. To zjawisko wytłumaczył 20 lat później fizyk Aleksandro Volta (1745-1827), stwierdził on ze przyłożenie do mokrego ciała dwóch elektrod z różnego metalu powoduje reakcję chemiczną. Duże znaczenie praktyczne miały także wynalazki A. Volta: elektrofor (1775), kondensator (1782) i ogniwo złożone z elektrod srebrnej i cynkowej oraz wody morskiej jako elektrolitu (tzw. ogniwo Volty, 1800). Badał wpływ elektryczności na organizmy żywe. Odkrył też gaz błotny, czyli metan (1776) i oznaczył jego wartość opałową.
Rozwój badań zjawisk elektrycznych w XIX w.
W 1820 r. Hans Ch. Oersted odkrył wzajemny wpływ zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Zauważył, iż przepływający prąd oddziałuje na igłę magnetyczną usytuowaną w jego pobliżu.
W 1821 r. A.M. Ampere odkrył wzajemne oddziaływanie magnetyczne obwodów elektrycznych, przez które płynie prąd. Sformułował matematyczne prawo, które opisuje się pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez prąd płynący w przewodniku. W ten sposób zapoczątkowano nowa dziedzinę fizyki - elektrodynamikę.
W 1826 roku G.S. Ohm określił związek pomiędzy natężeniem prądu a napięciem w obwodzie elektrycznym. (Ohma prawo).
W 1831 r. M. Faraday oraz Joseph Henry, niezależnie od siebie odkryli, że przesuwanie magnesu w pobliżu spiralnego przewodu z prądem powoduje przepływ prądu w przewodzie. Ich prace dały początek zastosowaniu zjawisk elektromagnetycznych. Na bazie zasady indukcji elektrycznej skonstruowano generator elektryczny oraz silnik elektryczny (H.Lenz). Faraday wprowadził pojęcia pola elektrycznego i magnetycznego.
Kirchhoff Gustaw Robert (1824-1887), wybitny niemiecki fizyk, członek Berlińskiej, Petersburskiej i Paryskiej Akademii Nauk, profesor fizyki we Wrocławiu (1850-1854), Heidelbergu (1854-1875) i Berlinie (po 1875), badacz zjawisk elektrycznych, Sformułował podstawowe prawa dotyczące prądów elektrycznych w obwodach (Kirchhoffa prawa) oraz ich związków ze zjawiskami mechanicznymi (elektrostrykcja, magnetostrykcja). Był również autorem prac z dziedzin optyki i ciepła (Kirchhoffa prawo promieniowania), opracował wraz z R.W. Bunsenem metodę analizy spektralnej (spektroskopia).
Maxwell James Clerk (1831-1879), wybitny szkocki fizyk, profesor uniwersytetu w Aberdeen (1856-1860), Kings College w Londynie (1860-1865) i Cambridge (po 1871), organizator i pierwszy dyrektor Cavendish Laboratory w Cambridge. Autor wybitnych prac teoretycznych dotyczących podstaw elektrodynamiki klasycznej (Maxwella równania, 1864), kinetycznej teorii gazów (Maxwella-Boltzmanna rozkład, Maxwella prawo rozkładu 1860), optyki i teorii barw (np. Maxwella zjawisko, 1855-1872) oraz stabilności grawitacyjnej pierścieni Saturna (1859). Jamek Maxwell opisał matematyczne zależności między polem magnetycznym i elektrycznym. Sformułował teorie fal elektromagnetycznych i przypuszczał, że rozchodzą się one w przestrzeni z prędkością światła.
W 1888 H. Hertz odkrył przewidziane przez Maxwella fale elektromagnetyczne. W 1897 J.J. Thomson odkrył elektron, w 1909 R.A. Millikan wyznaczył wielkość ładunku elementarnego.
Einstein Albert (1879-1955), jeden z najwybitniejszych fizyków w historii nauki. Po opublikowaniu pierwszych doniosłych prac (o ruchach Browna i korpuskularnej teorii światła), opracował podstawy kwantowej teorii pola elektromagnetycznego, wyjaśnił zjawiska magnetyczne jako efekty relatywistyczne wywołane ruchem ładunków elektrycznych [Einsteina prawo, Einsteina współczynniki, szczególną (1905) i ogólną (1916) teorie względności]. W 1921 został laureatem Nagrody Nobla za podstawowe prace teoretyczne dotyczące natury światła. Inicjator Manhattan Project.
Marconi Guglielmo (1874 – 1937) był w tym czasie pionierem transmisji radiowej-bezprzewodowej.
W roku 1895 przesłał po raz pierwszy telegram falami radiowymi. W dniu 12 grudnia 1901 r. jako pierwszy na świecie przeprowadził pierwszą transmisję radiową przez Atlantyk. Jest również konstruktorem anteny służącej do zamiany fal elektromagnetycznych na sygnał elektryczny i odwrotnie.
Nowe dziedziny wiedzy zaczęły być w coraz szerszym zakresie wykorzystywane w praktyce.
Oto niektóre z nich:
- Samuel Morse zbudował telegraf, - Alexander Graham Bell - telefon, - Thomas Edison wynalazł żarówkę, fonograf, postawił pierwszą elektrownię i zbudował pierwszą miejską sieć elektryczną, rozpoczynając tym samym elektroenergetykę, - Nikola Tesla zbudował pierwszy silnik elektryczny,- Werner von Siemens założył pierwszą fabrykę elektrotechniczną i opracował pierwszy tramwaj elektryczny. - Powstały urządzenia takie jak radar, radio, telewizja, komputery, satelity..
Elektryczność jest wygodną i stosunkowo tanią formą przesyłania energii, bez której współczesna ludzka cywilizacja nie mogłaby istnieć. Obecnie naukowcy zajmują się opracowaniem tańszych metod wytwarzania i przekształcania energii elektrycznej, zwiększaniem wydajności istniejących urządzeń, opracowywaniem jeszcze lepszych materiałów na przewodniki i izolatory itp. Istotną sprawę stanowi ochrona życia i mienia. Mimo iż elektryczność jest już żywiołem ujarzmionym, ciągle nierozważne posługiwanie się nią może być przyczyną nieszczęścia. Choć większość praw i reguł rządzących światem elektrycznym wydaje się być znana, ciągle jeszcze pozostaje wiele do odkrycia lub rozwinięcia.
(z Monografii - Elektryka na Pomorzu Zachodnim)
"Elektryka na Pomorzu Zachodnim rozwijała się pod wpływem nowych odkryć naukowych i rozwiązań technicznych.
Dzięki uczonym tej miary co Alessandro Volta, Hans Christian Oersted, Andre Marie Ampere, Michael Faraday, Georg Simon Ohm i James Clerk Maxwell wiedza ta została rozwinięta na tyle, że powstało wiele jej praktycznych zastosowań. Świat wchodził w erę elektryczności. Szczecin, położony blisko Berlina, szybko przyswajał sobie najnowsze zdobycze elektrotechniki. Coraz więcej ludzi zaczęło zajmować się tą nową dziedziną wiedzy i techniki. W proces ten włączyli się przedstawiciele zarówno starego kontynentu europejskiego, jak i Ameryki Północnej. W tym okresie – na przełomie XVIII i XIX wieku – Polacy pozbawieni byli własnej państwowości. Kształcili się i pracowali w różnych państwach europejskich., dlatego włączali się w działalność istniejących tam stowarzyszeń naukowo- technicznych. Zdobyte przez nich doświadczenie dobrze posłużyło rozwojowi kraju po odzyskaniu przez Polskę niepodległości, w okresie 20-lecia międzywojennego, w czasie II wojny światowej i odbudowy kraju ze zniszczeń wojennych, w tym – Pomorza Zachodniego".
Obecnie elektryka jest jedną z kluczowych dziedzin rozwoju współczesnego świata. Jej zastosowania występujące
obecnie we wszystkich obszarach życia społecznego i gospodarczego, związane są także z bezpieczeństwem elektrycznym jakie musi być uwzględnione przy projektowaniu, produkcji, wykonawstwie i użytkowaniu urządzeń , instalacji i sieci elektrycznych.
André Marie Ampere
André Marie Ampere urodził się 20 stycznia 1775 w zamożnej rodzinie w Lyonie. Dzieciństwo spędził na wsi w Poleymieux, 10 km od Lyonu. Mieszkał w obszernym rodzinnym domu gdzie obecnie znajduje się poświęcone mu muzeum. Początki nauki czerpał nie ze szkoły lecz z przyrody, rodzinnego domu i bogate biblioteki ojca. W wieku trzynastu lat napisał swoją pierwszą rozprawę naukową. Poświęcił ją krzywym stożkowym. Tezy rozprawy nie były jednak oryginalne o czym młody autor nie wiedział. Sądził, że opanował całą istniejącą za jego czasów wiedzę matematyczną. W tym samym roku (1788) przedstawił Académie de Lyon swój pierwszy artykuł naukowy. Przedstawił w nim próbę rozwiązania problemu konstruowania odcinka o długości równej długości okręgu. Zaproponowana w nim, samodzielnie wymyślona przez Ampere'a metoda zakładała zastosowanie wartości zdążających do zera. Jednak znowu okazało się, że autor nie zna opublikowanego już wtedy rachunku takich wartości (rachunku różniczkowego) stąd, artykułu nie dopuszczono do publikacji. Postarał się zatem o dzieła Eulera i Bernouliego, a także o wydaną właśnie wtedy "Mechanikę analityczną" Lagrange'a i rozpoczął nad nimi poważne studia. Rewolucja 14 lipca 1789 tragicznie zaważyła na losach rodziny Ampere'ów. W 1792 roku ojciec został aresztowany i zgilotynowany. Zburzyło to życie i na jakiś czas przerwało rozwój naukowy przyszłego uczonego (nie do końca wszakże, pracował on w tym czasie nad "językiem uniwersalnym" mającym do siebie zbliżyć ludzi różnych narodowości). Z depresji na dobre otrząsnął się dopiero gdy poznał Julię Carron. Zaręczył się z nią w 1797. Pobrali się w 1799 (ślubu udzielił im potajemnie ksiądz nie autoryzowany przez władze rewolucyjne), a w 1800 urodził im się syn Jean-Jacques.
Po zaręczynach przyszły mąż i ojciec rodziny, zgodnie z ówczesnym zwyczajem musiał pokazać, że potrafi samodzielnie zarabiać na życie. Rozpoczął więc udzielanie lekcji matematyki (w Lyonie). Dopiero w 1801 dostał pracę nauczyciela fizyki i chemii w l'École Centrale w Bourg-en-Bresse. Przeprowadził się tam pozostawiając żonę - najpierw samą, później z nowourodzonym synem - w Poleymieux. Podczas pobytu w Bourg prowadził badania w dziedzinie matematyki. W ich wyniku napisał traktat zatytułowany "Rozważania o matematycznej teorii gier" ("Considérations sur la théorie mathématique du jeu"), który przedstawił w paryskim Instytucie Nauk w 1803. Dojrzała i nowatorska rozprawa naukowa zwrócił uwagę paryskich autorytetów naukowych na młodego autora. Dzięki poparciu jednego z nich, Dalambre'a dostał posadę matematyka w liońskim liceum (obecnie Lycée Ampere). ...
cloudzer678