Меню

Что такое электрический ток ссср



Как в СССР появилось электричество?

Жизнь

Когда большевики окончательно сосредоточили всю власть в своих руках, им досталась разрушенная пожарами двух войн страна, отсталая в техническом плане, полная сирот, с подорванной экономикой и полунищим населением.

И среди всего этого мини-апокалипсиса, просто таки невероятно звучал план Владимира Ильича Ленина о том, что в течении следующих 10-ти лет нужно обеспечить весь СССР светом и электричеством даже в самых отдаленных уголках огромного государства. Тогда в этот план никто не верил. Даже делегации иностранных послов, которых принимал у себя Вождь революции, считали подобную затею полнейшой авантюрой и не стеснялись открыто выражать свои сомнения. Но энтузиазм и запал Ленина это никак не охлаждало — он был полон идей и планов по реализации проекта.

Как в СССР появилось электричество?

И вот, спустя почти столетие после принятия решения об электрификации СССР, можно с уверенностью сказать — затея полностью удалась.

  1. Пережитки империи
  2. ГОЭЛРО
  3. Догнать и перегнать
  4. Заключение

Пережитки империи

Несмотря на плачевное положение в Союзе с электроэнергией, нельзя сказать, что не было совсем никаких наработок. Уже в конце 19-го столетия на рассмотрение царской семье предлагались несколько проектов по проведению электричества в жилые дома. Правда, дома эти принадлежали только знати, а другие помещения, которые также планировалось освещать с помощью диковинных тогда технологий, были публичные места, типа театров и так далее, но все же проект был в некоторой степени реализован. Что самое интересное, наибольшим препятствием по сооружению электростанций было сопротивление духовенства, которые называла подобные мероприятия не иначе как происками сатаны.

Как в СССР появилось электричество?

Но все же, к тому моменту, когда большевики окончательно утвердились во власти, были построены полностью рабочие предприятия по производству электричества. Правда, было их всего пару штук, а выдаваемой энергии едва хватало, чтобы осветить Кремль. Естественно, что для всего государства подобные мощности были смехотворными.

ГОЭЛРО

Именно так назвали учрежденную государственную структуру, которая должна была решить вопрос с обеспечением ⅙ Евразии бесперебойным светом. Был объявлен конкурс на лучший проект, который бы позволили реализовать задуманное в максимально краткие сроки и за наиболее дешевую цену. Впрочем, несмотря на попытки экономии, все влетело в копеечку.

Как в СССР появилось электричество?

В центральном штабе ГОЭЛРО даже построили макет, изображающий СССР со всеми его более-менее крупными населенными пунктами и со встроенными лампочками на тех местах, на которых планировали построить новые электростанции. Примечательно, что со светом было все настолько туго, что чтобы лампочки на стенде горели, пришлось забрать часть энергии у Кремля, который теперь стоял в полумраке.

Догнать и перегнать

Несмотря на то, что СССР на тот момент только-только начал существовать, ему уже было свойственно соперничество с Западом, в особенности — с США. Там на тот момент функционировала дамба Гувера, которая являлась самым мощным источником по производству электроэнергии. В задачу ГОЭЛРО также ставилось построить ГЭС, которая обойдет американского оппонента и покажет всю мощь социалистического строя. И это в условиях полуразрушенной страны.

Заключение

Несмотря на то, что первоначальные планы ГОЭЛРО не уложились в срок, и окончательная электрификация затянулась на несколько десятилетий, все же за относительно краткое время была проведена просто таки колоссальная работа. Большинство населенных пунктов, даже сел, было освещено и обеспечено энергией. Подобное можно считать настоящим подвигом!

Источник

Электричество

Электри́чество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества [1] .

Содержание

История

Одним из первых электричество привлекло внимание греческого философа Фалеса в VII веке до н. э., который обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч. ἤλεκτρον : электрон) приобретает свойства притягивать легкие предметы [2] . Однако долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году появился сам термин электричество («янтарность»), а в 1650 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания [3] . В 1729 году англичанин Стивен Грей провел опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество [4] . В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть [5] . В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создает первый электрический конденсатор — Лейденская банка.

Первую теорию электричества создает американец Б. Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения над электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний [6] . Изучение электричества переходит в плоскость точной науки после открытия в 1785 году Закона Кулона.

Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой [1] . В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу.

В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).

Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 году.

В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).

В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества — электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.

В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединенную теорию электрослабых взаимодействий.

Теория

Электрический заряд — это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся прежде всего в способности создавать вокруг себя электрическое поле и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела [7] . Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (выбор, какой именно заряд назвать положительным, а какой отрицательным, считается в науке чисто условным, однако этот выбор уже исторически сделан и теперь — хоть и условно — за каждым из зарядов закреплен вполне определенный знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют, таким образом, место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм) (Эрстед, Фарадей, Максвелл). В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, электрон имеет отрицательный заряд, а протон и позитрон — положительный.

Читайте также:  Определение группы соединения обмоток методом постоянного тока

Наиболее общая фундаментальная наука, имеющая предметом электрические заряды, их взаимодействие и поля, ими порождаемые и действующие на них (то есть практически полностью покрывающая тему электричества, за исключением таких деталей, как электрические свойства конкретных веществ, как то электропроводность итп) — это электродинамика. Квантовые свойства электромагнитных полей, заряженных частиц итп изучаются наиболее глубоко квантовой электродинамикой, хотя часть из них может быть объяснена более простыми квантовыми теориями.

Электричество в природе

Ярким проявлением электричества в природе служат молнии, электрическая природа которых была установлена в XVIII веке. Молнии издавна вызывали лесные пожары. По одной из версий именно молнии привели к первоначальному синтезу аминокислот и появлению жизни на земле (Эксперимент Миллера — Юри и Теория Опарина — Холдейна).

Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 — 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия.

Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Разряды напряжения южноамериканского электрического угря могут достигать величины напряжения в 500 Вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создает напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде [8] .

Образ электричества в культуре

В мифологии существуют боги, способные метать разряды молнии: у греков Зевс, Волгенче из марийского пантеона, Агни — бог индусов, одна из форм которого — молния, Перун — бог-громовержец в древнерусском пантеоне, Тор — бог грома и бури в германо-скандинавской мифологии.

Одной из первых попыталась осмыслить образ электричества Мэри Шелли в драме «Франкенштейн, или Современный Прометей», где оно предстает силой, с помощью которой можно оживлять трупы. В диснеевском мультфильме Чёрный Плащ существует повелевающий электричеством антигерой Мегавольт, а в японской анимации — электрический покемон (Пикачу).

Практическое использование

Начиная с XIX века электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют для освещения [9] (электрическая лампа) и передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте [10] (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).

В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения — аккумуляторы и электрические батареи.

Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка), умерщвления преступников (электрический стул) и создания музыки (электрогитара).

Хронология основных открытий и изобретений

Примечания

  1. 12 Спиридонов О. П. «Универсальные физические постоянные», М., «Просвещение», 1984, с. 52, ББК 22.3 С72
  2. Электричество до Франклина
  3. Электростатическая машина Герике
  4. Первые опыты по передаче электричества на расстояние
  5. История электричества
  6. Открытие электричества
  7. Это не единственное свойство заряженных тел; например, заряженные тела при движении способны создавать еще и магнитное поле, а также подвергаются воздействию последнего (также в случае своего движения).
  8. Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. — М.: «Наука», Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986, 144 с. (Б-чка «Квант», Вып. 49) тир. 135000 экз., ББК 22.3 + 28 Гл. 1. Живое электричество.
  9. Жителям Подмосковья электричество не светит
  10. Из-за отключения электричества в Санкт-Петербурге встал электротранспорт

Литература

  • Калашников С. Г. Электричество. — М., Наука, 1985. — 576 с.
  • Максвелл Дж. К. Трактат об электричестве и магнетизме / пер. с англ. — М.: Наука, 1989.
  • Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм. — М., Высшая школа, 1983. — 463 с.
  • Поль Р. В. Учение об электричестве / пер. с нем. — М.: ГИФМЛ, 1962.
  • Тамм И. Е. Основы теории электричества. — М.: Наука, 1989. — 504 с.
  • Томилин А. Н. Рассказы об электричестве. — М., ДЛ, 1984.
  • Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству / пер. с англ. — М.: Издательство АН СССР, 1947
  • Франклин В. Опыты и наблюдения над электричеством / пер. с англ. — М.: Издательство АН СССР, 1956
  • Эйхенвальд А. А. Электричество. — М., Государственное технико-теоретическое издательство, 1933

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Электричество» в других словарях:

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — (от греч. elektron янтарь, так как янтарь притягивает легкие тела). Особенное свойство некоторых тел, проявляющееся только при известных условиях, напр. при трении, теплоте, или химических реакциях, и обнаруживающееся притягиванием более легких… … Словарь иностранных слов русского языка

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, электричества, мн. нет, ср. (греч. elektron). 1. Субстанция, лежащая в основе строения материи (физ.). || Своеобразные явления, сопровождающие движение и перемещение частиц этой субстанции, форма энергии (электрический ток и т.п.) … Толковый словарь Ушакова

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц носителей электрических зарядов. Связь электричества и магнетизма взаимодействие неподвижных электрических зарядов осуществляется… … Большой Энциклопедический словарь

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — (от греч. elektron янтарь) совокупность явлений, в которых обнаруживается существование, движение и взаимодействие (посредством электромагнитного поля) заряженных частиц. Учение об электричестве один из основных разделов физики. Часто под… … Большой Энциклопедический словарь

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, форма энергии, существующая в виде статических или подвижных ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ. Заряды могут быть положительными или отрицательными. Одинаковые заряды отталкиваются, противоположные притягиваются. Силы взаимодействия между… … Научно-технический энциклопедический словарь

электричество — лепиздричество, электроток, лепестричество, лепистричество, ток, электроэнергия, освещение Словарь русских синонимов. электричество сущ., кол во синонимов: 13 • актиноэлектричество … Словарь синонимов

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — в самом общем смысле представляет одну из форм движения материи. Обычно же под этим словом понимают или электрический заряд как таковой или самое учение об электрических зарядах, их движении и взаимодействии. Слово Э. происходит от греч. электрон … Большая медицинская энциклопедия

электричество — (1) [IEV number 151 11 01] EN electricity (1) set of phenomena associated with electric charges and electric currents NOTE 1 – Examples of usage of this concept: static electricity, biological effects of electricity. NOTE 2 – In… … Справочник технического переводчика

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, а, ср. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Электричество — – 1. Проявление одной из форм энергии, присущая электрическим зарядам как движущимися, так и находящимися в статическом состоянии. 2. Область науки и техники, связанная с электрическими явлениями. [СТ МЭК 50(151) 78] Рубрика термина:… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — совокупность явлений, в которых обнаруживаются существование, движение и взаимодействие (посредством электромагнитного поля) электрических зарядов (см. (4)). Учение об электричестве один из основных разделов физики … Большая политехническая энциклопедия

Источник

Плюс и минус

Сегодня во всём мире растёт интерес к линиям электропередачи на постоянном токе (ЛЭП ПТ), которые в ряде случаев обладают заметными техническими и экономическими преимуществами по отношению к линиям электропередачи переменного тока той же мощности.

Переход на постоянный ток выгоден по многим причинам. Затраты на строительство самих линий снижаются — замена трёх фаз на два полюса позволяет резко сократить стоимость проводов или кабелей. В случае воздушных линий опоры конструктивно проще и легче, а трасса линии — уже. Также заметно снижается расход строительных и конструкционных материалов. Однако преобразовательные подстанции ЛЭП ПТ сложнее и дороже подстанций ЛЭП переменного тока, поскольку содержат много дополнительного оборудования. Это мощные преобразовательные установки со своими системами регулирования, защиты, сигнализации, охлаждения и т. д. Также на подстанциях должны быть синхронные компенсаторы или мощные батареи конденсаторов для компенсации реактивной мощности, потребляемой самими преобразователями. Там же монтируются фильтры высших гармоник, сглаживающие реакторы и другое оборудование.

Читайте также:  Номинальный сварочный ток а что это такое

Точка невозврата

Существует понятие критической длины линии. Это длина, при которой суммарная стоимость решений на постоянном и переменном токе (подстанции плюс линия) одинакова. При длине линии больше критической экономически выгоднее строить ЛЭП ПТ. По данным Всероссийского электротехнического института (ВЭИ), критическая длина воздушной линии, в зависимости от передаваемой мощности и конкретных географических условий, составляет 600-800 км, кабельной — 30-50 км.

В некоторых случаях постоянный ток оказывается безальтернативным вариантом. Например, если нужно соединить две системы переменного тока, работающие асинхронно или имеющие разные частоты (50 и 60 Гц). В таких случаях используют вставки постоянного тока.

Также отметим, что мощность и длина линии переменного тока ограничиваются эффектами статической и динамической неустойчивости, а мощность и длина ЛЭП ПТ — только параметрами преобразовательного оборудования. Более того, постоянный ток облегчает работу системного оператора: передаваемую по ЛЭП ПТ мощность можно регулировать очень быстро и практически от нуля до максимума.

ЛЭП ПТ также снижают вероятность серьёзных системных аварий и облегчают послеаварийное восстановление сетей. Если при повреждении провода одной фазы линия переменного тока отключается целиком, то при повреждении провода одного из полюсов ЛЭП ПТ по проводу другого полюса можно передавать половинную мощность. Земля заменяет повреждённый провод. Подобный режим, допустимый лишь ограниченное время, обычно позволяет сохранить энергоснабжение потребителей первой категории.

Поле для внедрения

В современных крупных городах, где возможности строительства новых воздушных линий ограничены, используются «глубокие вводы» на кабелях постоянного тока. Подводные кабельные линии, работающие на постоянном токе, могут иметь длину до 500 км. Подобные решения на переменном токе невозможны в принципе из-за повышенной реактивной составляющей кабельной линии.

Конечно же, перспективы применения ЛЭП ПТ зависят от общей конфигурации энергосистемы. В 1960-х годах в СССР сложилась такая ситуация, что основные энергетические ресурсы страны размещались за Уралом, а центры электрической нагрузки — в Европейской части страны. Нужно было перебрасывать большие мощности на огромные расстояния. На тот момент уже были отработаны методы разработки и технологии строительства классических ЛЭП ПТ с высоковольтными ртутными и тиристорными преобразователями напряжения.

В середине 1960 гг. в СССР была разработана государственная программа, конечной целью которой было создание сверхмощной (6 ГВт) линии электропередачи постоянного тока Экибастуз — Центр напряжением 1500 кВ (±750 кВ относительно земли). В проекте линии длиной 2400 км (она должна была стать крупнейшей в мире) предполагалось на начальной стадии для преобразования напряжения использовать высоковольтные ртутные вентили.

В 1966 г. Совет Министров СССР выпустил постановление о проведении НИОКР в области создания сверхдлинных ЛЭП постоянного тока. Головным предприятием по разработке комплексного электротехнического оборудования для ЛЭП ПТ напряжением 1500 кВ был назначен Всесоюзный электротехнический институт. В то время ВЭИ занимал лидирующие позиции в стране и мире в области мощных ртутных вентилей и электронных вакуумных устройств.

Однако уже в 1970 г. в связи с быстрым развитием полупроводниковой преобразовательной техники было принято решение прекратить разработку новых мощных ртутных вентилей и в дальнейшем ориентироваться на тиристорные силовые приборы.

Наращивая напряжение

С 1970 по 1980 гг. в стране разрабатывались комплексы электрооборудования для ультравысоковольтных ЛЭП переменного тока напряжением 1150 кВ и постоянного тока 1500 кВ (±750 кВ). Практическая реализация проектов была запущена 30 апреля 1981 г. совместным Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 412. Это постановление предписывало Министерству энергетики и электрификации СССР построить и ввести в действие в 1981-1990 гг. ЛЭП переменного тока напряжением 1150 кВ Экибастуз — Кокчетав — Кустанай — Челябинск (1272 км), Сургут — Урал (500 км), Итат — Новокузнецк (272 км), Новокузнецк — Западно-Сибирская — Экибастуз (950 км), а также уже упомянутую ЛЭП ПТ Экибастуз — Центр. Её назначение — передача энергии от Экибастузских ГРЭС в энергосистему Центра для покрытия дефицита мощности в этом районе. Кроме того, ставилась задача построить линии электропередачи переменного тока напряжением 500 кВ (с подстанциями) общей протяжённостью около 2 тыс. км, необходимые для распределения электрической энергии от подстанций с напряжениями 1150 и 1500 кВ.

Проект ЛЭП ПТ Экибастуз — Центр разрабатывали три организации: «Энергосетьпроект» (ведущий проектировщик), ВЭИ (разработчик электротехнического оборудования) и Научно-исследовательский институт постоянного тока (разработчик технических требований к оборудованию).

Согласно проекту, выпрямительная подстанция располагалась в Экибастузе, инверторная — в Тамбове. Для ЛЭП Экибастуз — Центр были разработаны, изготовлены, испытаны и частично поставлены на первую очередь преобразовательных подстанций (одна ветвь мощностью 1500 МВт) уникальные высоковольтные тиристорные вентили, однофазные двухобмоточные преобразовательные трансформаторы мощностью 320 МВА на классы напряжения ±400 и ±750 кВ, линейные реакторы на класс напряжения ±750 кВ, серия унифицированных разрядников, аппаратура систем управления, регулирования, защиты и автоматики ЛЭП и другое электрооборудование.

Ввод линии постоянного тока в эксплуатацию, перенесённый на 1992-1995 гг., не состоялся из-за распада СССР. К 1991 г. была построена воздушная ЛЭП длиной почти 1000 км, на преобразовательных подстанциях начался было монтаж электрооборудования, но вскоре все работы были прекращены. Электрооборудование было разобрано, ЛЭП — демонтирована и сдана в металлолом.

О грандиозном советском проекте сегодня напоминают лишь оставшиеся кое-где отдельные конструкции. Например, в районе Вольска (Саратовская область) гигантские 124-метровые опоры, установленные для пересечения Волги, несут провода 500-киловольтной ЛЭП переменного тока Балаковская АЭС — Курдюм — Фролово.

По данным специалистов ВЭИ, электрооборудование для линий постоянного тока напряжением 1500 кВ, созданное в СССР, опередило зарубежные разработки примерно на 20 лет. Первая ЛЭП подобного класса (±800 кВ) была запущена в эксплуатацию в Китае только в 2010 г.

Источник

Что такое электрический ток?

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

  • к производственному цеху;
  • квартире;
  • на поле;
  • в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Опыт с заряженными телами

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Читайте также:  Расчет сопротивления нагрузки трансформаторов тока

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Электрофорная машина

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

  1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
  2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
  3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
  4. Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Электрический ток в металлах

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Электрический ток в газах

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

  • все благородные металлы;
  • медь;
  • алюминий;
  • олово;
  • свинец.

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Источник