Змінний струм історія відкриття. Нікола Тесла. Той, хто розмовляє з електрикою. На шляху появи електрики

Нікола Тесла – інженер, фізик, найбільший винахідник та вчений ХХ століття. Його відкриття назавжди змінили світ, а його життя та біографія наповнені дивовижними подіями. Всесвітню популярність Тесла набув як творця електродвигуна, генератора, багатофазних систем та пристроїв, що працюють на змінному струмі, які стали основними віхами другого етапу промислової революції та дивовижними фактами його біографії.

Нікола Тесла відомий також як один із тих, хто вірив у існування вільної енергії ефіру. Провів велику кількість дослідів та експериментів, що підтверджують його наявність та можливість використання ефірних технологій. Його називають екстрасенсом, що передбачив сучасний світ, інші називають шарлатаном та шизофреніком, треті – великим винахідником та вченим.

Дитинство

Батько знаменитого вченого Мілутін Тесла був священнослужителем, мати Георгина Тесла виховувала дітей та допомагала чоловікові у церкві. У Миколи було три сестри та брат, який загинув у дитячому віці, впавши з коня. Сім'я жила за 6 км від міста Госпіч у сербському селі Сміляни. Нікола Тесла народився 10 липня 1856 р.

Сьогодні батьківщина вченого знаходиться у Хорватії, на той час це була територія Австро-Угорщини. Перший клас школи хлопчик закінчує у селі. Незважаючи на обмежені умови та нестачу вчителів, йому там дуже подобалося.

Тому звістка про переїзд до Госпіча його засмутила. Причиною такої зміни стало підвищення батька у сані. Молодшу школу Нікола закінчує у Госпічі.

Після її закінчення відвідує трирічну гімназію. З дитинства вчиться бути самостійним. Батьки багато працюють, рідко бувають удома, за хлопчиком наглядають родичі. Допомагає господарювати, пізніше влаштовується на завод, щоб заробити кишенькові гроші. Восени 1870 року їде до Карловаца і вступає до Вищого реального училища.

Хвороба

В 1873 Нікола Тесла отримує атестат зрілості, розмірковує про призначення. Батьки хотіли, щоб син продовжив їхню справу, став священиком. Юнак мав інші інтереси, не пов'язані з церквою. Опинившись на роздоріжжі, з тугою розмірковує про майбутнє. Не бажаючи не послухатися батьків, Нікола вирішує вивчати духовні науки.

Доля розпорядилася інакше. У Госпічі вибухнула епідемія холери, що викосила десяту частину городян. Вся родина Тесли хворіла, тому Ніколі суворо заборонили повертатися додому. Він їде до батьків і незабаром занедужує. Дев'ять місяців хвороби, ускладненої іншими захворюваннями, стали йому важким випробуванням.

Становище було безнадійним, лікарі нічим не могли допомогти. В один із важких днів кризи відбулася розмова з батьком. Батько, намагаючись підбадьорити юнака, сказав, що все буде добре, і він видужає. Нікола відповів, що видереться, якщо батько дозволить йому присвятити своє життя інженерній справі. Батько пообіцяв умираючому синові, що він навчатиметься у найпрестижнішому університеті Європи.

Можливо, це і стало причиною одужання Миколи. Сам він із вдячністю згадує знахарку, яка опинилась у домі священика тоді, коли вже ніхто і ні на що не сподівався. Літня жінканапувала хворого відваром з бобів, який виявився чудодійним зіллям, яке поставило юнака на ноги. Після одужання Нікола три роки ховався в горах від служби в армії, бо ще не до кінця оговтався від хвороби.

Після болісної хвороби у Тесли з'явився маніакальний страх перед можливістю знову підчепити заразу. Він часто мив руки. Помічаючи муху, що повзає столом, вимагав заміни страв. Друга дивина, яку він знайшов після хвороби, це сильні спалахи світла, що є йому, приховують реальні об'єкти і замінюють думки.

Згодом ця особливість виявилася в тому, що разом із спалахами виникали бачення його майбутніх винаходів. Незвичайний дар виражався у цьому, що вчений представляв пристрій чи прилад, подумки тестував і втілював у дійсність, отримуючи готовий до застосування виріб. Його здібностям міг би позаздрити сучасний комп'ютер.

Навчання

В 1875 Нікола Тесла стає студентом вищого технічного училища в Граці (нині Грацький технічний університет), вивчає електротехніку. На першому курсі, спостерігаючи за машиною Грама, робить висновок, що її повноцінну роботу заважає постійний струм двигуна. Викладач різко розкритикував його, сказавши, що на змінному струмі машина не працюватиме взагалі.

На третьому курсі звикли до азартних ігор, програвав багато грошей. Згадуючи цей період життя, він пише, що карточні ігрибули йому не розвагою, а бажанням відволіктися від невдач.

Виграні суми роздавав програвшим – за це його називали диваком. Захоплення азартними іграмизакінчилося великим програшем, після якого матері довелося позичати гроші у знайомої, щоб віддати картковий борг.

Студент, який вирішує в думці найскладніші завдання, хоч як це дивно, не склав випускні іспити, тому училище не закінчив. 1879-го помирає батько. Щоб допомогти сім'ї, Нікола влаштовується викладачем гімназії у Госпічі. Наступного року, який фінансується дядьками, стає студентом філософського факультету університету у Празі. Після першого семестру кидає навчання та їде до Угорщини.

Робота в Європі

У 1881 р. переїжджає до Будапешта, працює в інженерному відділенні Центрального телеграфу проектувальником та креслярем. Тут у нього з'являється доступ до вивчення прогресивних винаходів, можливість експериментувати та втілювати власні ідеї. Головним завданням цього періоду було винахід електродвигуна на змінному струмі.

За два неповні місяці інтенсивної роботи створює всі однофазні та багатофазні мотори, всі модифікації системи, пов'язані з його ім'ям. Новаторство праць Тесла полягало в тому, що завдяки їм з'явилася можливість передачі енергії на великі відстані, живлячи освітлювальні прилади, фабричні машини та побутові пристрої.

1882-го переїжджає до Парижа, влаштовується до Континентальної компанії Едісона. Компанія працювала над будівництвом електростанції для залізничного вокзалу у Страсбурзі. Для вирішення робочих питань туди було направлено Тесла. У вільний часвчений працює над асинхронним електродвигуном, 1883-го демонструє його роботу в мерії Страсбурга.

Робота в Америці

1884-го повертається до Парижа, де йому відмовляють у виплаті обіцяної премії. Ображений Тесла звільняється і вирішує їхати до Америки. 6 липня прибуває до Нью-Йорку. Влаштовується в Edison Machine Works інженером з ремонту електродвигунів та генераторів постійного струму.

Тесла сподівається присвятити себе улюбленій роботі – створенню нових машин, але креативні ідеї винахідника дратують Едісона. Між ними відбулася суперечка. Емігрант у разі програшу опонента мав отримати майже мільйон американських доларів. Тесла виграв суперечку, представивши 24 різновиди винаходу Едісона. Пославшись на те, що суперечка була жартівливою, грошей не дав.

Винахідник звільняється та стає безробітним. Щоб якось прожити, риє канави та приймає пожертвування. У цей період відбулося його знайомство з інженером Брауном, з легкої руки якого про ідеї вченого дізнаються зацікавлені люди. На П'ятій авеню для Миколи знімають лабораторію, яка згодом стає Тесла арк лайт компанії, що випускає дугові лампи для вуличного освітлення.

Влітку 1888 Тесла починає співпрацю з американцем Джорджем Вестингаузом. Промисловець купує у винахідника кілька патентів та партію дугових ламп. Усвідомивши, що перед ним геній, він викуповує багато патентів і запрошує на роботу в лабораторію своєї компанії. Тесла відмовляється, розуміючи, що це обмежить волю.

У 1888-1895 роки найплідніші, вчений досліджує високочастотні магнітні поля. Американський інститут електроінженерів запрошує його виступити з лекцією. Виступ перед електротехніками мав небувалий успіх.

1895-го 13 березня лабораторія на П'ятій авеню згоріла дощенту. У пожежі було знищено і його останні винаходи. Вчений заявив, що готовий відновити все з пам'яті. «Компанія Ніагарських водоспадів» надала фінансову підтримку 100 000 доларів. Почати роботу в новій лабораторії Тесла зміг уже восени.

Відкриття та винаходи

Що він винайшов? У Миколи Тесли було багато винаходів, але найважливішими для науки відкриттями стали:

Підсилюючий трансформатор для збудження Землі, що діє передачі електроенергії аналогічно телескопу в астрономічних спостереженнях.
Спосіб збереження та передачі світла;
Теорія полів (магнітна підлога, що обертається);
Змінний струм;
Двигун змінного струму;
Котушка Тесла;

Радіо;
Рентгенівські промені;
Підсилюючий передавач;
Турбіна Миколи Тесла;
Тіньова фотографія;
Неонові лампи;
Трансформаторна підстанція гідроелектростанції Адамса;
Телеавтомат;
Асинхронний двигун;
Електродинамічна лампа індукції.
Дистанційне керування;
Електричний підводний човен;

Робототехніка;
Озоновий генератор Тесла;
Холодний вогонь.
Бездротові комунікації та безмежна вільна енергія;
Лазер.
Плазмова куля.
Установка для кульових блискавок.

Таємниця, що оточує особистість Тесли, народжувала міфи та легенди. У сучасних дослідників викликає сумнів його ставлення до Філадельфійського експерименту з кораблем, до Тунгуського метеориту, створення електромобіля, променів смерті та деяких інших непідтверджених сенсаційних відкриттів. Тесла вірив у універсальний розум, Хроніки Акаші, енергію Землі й у те, що вона – жива істота.

Особисте життя

Тесла відрізнявся екстравагантним характером та дивними звичками. У нього закохувалося багато жінок, але не відповідав взаємністю і був одружений. Дотримувався переконань, що сімейне життя, народження дітей несумісні з науковою роботою. Незадовго до смерті вчений зізнається, що відмова від особистого життя була невиправданою жертвою.

У Тесли після того, як він залишив будинок батьків, не було власного будинку. Жив у лабораторії чи у готельних номерах. Спав дві години на добу, а одного разу провів за роботою 84 години, не відчуваючи втоми. У свій час щодня пив віскі, вважаючи, що це продовжить йому життя. При цьому страждав від неврозів та нав'язливих станів.

Був прихильником Євгеніки – селекції людей та контролю за народжуваністю.

Монумент великому винахіднику та вченому за його заслуги та відкриття спорудять у Силіконовій долині у 2013 році на добровільні пожертвування шанувальників.

Кошти зібрані за допомогою сервісу Kickstarter. На підставі статуї закладено капсулу, яку відкриють у 2043 році. Пам'ятник є безкоштовною точкою бездротового доступув інтернет.

«Людина, яка винайшла 20 століття!» - так Теслу називають сучасні біографи, і роблять вони це без будь-яких перебільшень. Свою популярність він отримав завдяки прогресивним поглядам та вмінню доводити їхню спроможність. Тесла проводив найнебезпечніші експерименти в ім'я науки, і в певних колах вважається фігурою, пов'язаною з містикою. В останньому випадку, швидше за все, ми маємо справу з домислами, але що відомо точно, так це те, що винаходи Миколи Тесли сприяли прогресу в усьому світі.

Спадщина Миколи Тесла

Спочатку розглянемо важливі з наукової точки зору винаходи, але рідко зустрічаються у повсякденному житті сучасної людини.

Йтиметься про один із найвідоміших і видовищних винаходів Миколи. Котушка Тесла є різновидом резонансної трансформаторної схеми. Використовувався цей пристрій для виробництва високої напруги високої частоти.

Котушка Тесла була одним із інструментів вивчення природи електричного струмута можливостей його використання

Тесла задіяв котушки під час проведення інноваційних експериментів в області:

електричного освітлення;
фосфоресценції;
рентгенівської генерації;
високочастотного змінного струму;
електротерапії;
радіотехніки;
передачі електричної енергії без дротів.

До речі, Нікола Тесла був одним із тих людей, хто передбачив появу Інтернету та сучасних гаджетів.

Котушка Тесла є раннім попередником (поряд з індукційною котушкою) більш сучасного пристрою, що називається трансформатором зворотного ходу. Він забезпечує напругу, необхідну для живлення електронно-променевої трубки телевізорів та комп'ютерних моніторів. Версії цієї котушки широко використовуються сьогодні в радіо, телебаченні та іншому електронному обладнанні.

У всій красі котушку можна побачити у наукових музеях чи спеціальних шоу.

Котушка Тесла у дії – це завжди видовище:

Ця конструкція, відома також як Вежа Тесла, була побудована з метою здійснення бездротової телекомунікації та демонстрації можливості передачі електроенергії без проводів.

За задумом Тесла Башта Ворденкліф мала стати кроком до створення Всесвітньої бездротової системи. У його планах було встановити кілька десятків приймально-передавальних станцій по всьому світу. Таким чином, відпала потреба використання високовольтних ліній електропередач. Тобто фактично ми здобули б одну всесвітню електростанцію. До речі, Тесле вдавалося передавати електрику «по повітрю» від однієї котушки до іншої, тож його амбіції були небезпідставними.

Сьогодні Ворденкліф – закритий об'єкт

Проект Ворденкліф вимагав великих капіталовкладень і на початкових етапаходержав підтримку впливових інвесторів. Однак, коли роботу над будівництвом вежі було практично завершено, Тесла втратив фінансування і опинився на межі банкрутства. А все тому, що Ворденкліф могла бути передумовою безкоштовних поставок електрики по всьому світу, а це могло розорити деяких інвесторів, чий бізнес був зав'язаний на продажу електроенергії.

Любителі різних теорій змов пов'язують падіння Тунгуського метеорита в Сибіру та експерименти Тесла з Баштою.

Рентгенівське проміння

Вільгельм Рентген 8 листопада 1895 офіційно відкрив випромінювання, назване на честь його. Але це явище першим спостерігав Нікола Тесла. Ще 1887 року він почав проводити дослідження з використанням вакуумних трубок. У ході експериментів Тесла фіксував «особливі промені», здатні «просвічувати» предмети. Спочатку вчений не надавав особливого значення цього явища, враховуючи, що тривалий вплив рентгенівських променів є небезпечним для людини.

Нікола Тесла першим звернув увагу на небезпеку рентгенівського випромінювання

Проте Тесла продовжував дослідження у цьому напрямі і навіть провів кілька експериментів до відкриття Вільгема Рентгена, включаючи фотографування кісток його руки.

На жаль, у березні 1895 року в лабораторії Тесли сталася пожежа, і записи про ці дослідження були втрачені. Після відкриття Рентгена, Нікола, використовуючи пристрій із вакуумними трубками, зробив знімок своєї ноги та відправив колезі разом із привітаннями. Рентген похвалив Теслу за якісну фотографію.

Той самий знімок ноги в черевику

Всупереч поширеній думці, Вільгем Рентген не був знайомий з роботами Тесли і до свого відкриття прийшов самостійно, чого не скажеш про Гульєльмо Марконі.

Радіо та дистанційне керування

Інженери різних країнпрацювали над технологією радіозв'язку, у своїй дослідження були незалежними друг від друга. Найяскравіший приклад: радянський фізик Олександр Попов та італійський інженер Гульєльмо Марконі, які у своїх країнах вважаються винахідниками радіо. Однак Марконі отримав велику світову популярність, вперше встановивши радіозв'язок між двома материками (1901) і отримавши патент на винахід (1905). Тому вважається, що він у розвиток радіозв'язку зробив найбільший внесок. Але до чого тут Тесла?

Радіохвилі сьогодні всюди

Як з'ясувалося, першим природу радіосигналів виявив саме він і у 1897 році запатентував передавач та приймач. Марконі взяв за основу технологію Тесли та здійснив свою знамениту демонстрацію у 1901 році. Вже 1904 року Патентне бюро позбавляє патенту на радіо Ніколу, а ще через рік присуджує його Марконі. Зважаючи на все, тут не обійшлося без фінансового впливу Томаса Едісона та Ендрю Карнегі, які були в конфронтації з Теслою.

У 1943 році, вже після смерті Миколи Тесли, Верховний суд США розібрався в ситуації і визнав більш значний внесок цього вченого як винахідник радіотехнологій.

Відмотаємо трохи назад. 1898 року на електротехнічній виставці в Медісон-Сквер-Гарден Тесла продемонстрував винахід, який він назвав «телеавтоматикою». Фактично це була модель човна, переміщенням якого можна керувати дистанційно через пульт.

Так виглядав радіокерований човен Тесла

Нікола Тесла насправді показав можливості використання технології передачі радіохвиль. Сьогодні дистанційне керування часто-густо, починаючи від телевізійного пульта і закінчуючи польотами безпілотників.

Асинхронний двигун та електромобіль Тесла

В 1888 Тесла отримав патент на електричну машину, в якій під впливом змінного струму створюється обертання.

Не вдаватимемося в технічні особливостіроботи асинхронного двигуна – ті, кому це цікаво, можуть ознайомитись із відповідним матеріалом на Вікіпедії. Про що потрібно знати, то це про те, що двигун має просту конструкцію, не вимагає високих витрат на виготовлення і надійний в експлуатації.

Тесла мав намір використати свій винахід як альтернативу двигунам внутрішнього згоряння.. Але так сталося, що в цей період ніхто в подібних інноваціях не був зацікавлений, та й фінансове становище самого вченого не дозволяло йому особливо розгулятися.

Цікавий факт!У Силіконовій долині великому винахіднику встановлено пам'ятник. Символічно, він роздає безкоштовний Wi-Fi.

Не можна не згадати і про оповите таємницею електромобілі Тесла. Саме через сумнівність цієї історії не виводитимемо її окремим пунктом. Тим більше що тут не обійшлося без електродвигуна.

1931, Нью-Йорк. Нікола Тесла провів демонстрацію роботи автомобіля, в якому нібитозамість двигуна внутрішнього згоряння було встановлено двигун змінного струму потужністю 80 к.с. Вчений їздив на ньому близько тижня, розганяючись до 150 км/год. А загвоздка в наступному: двигун працював без видимого джерела живлення, та й на підзарядку машина нібитоніколи не ставилася. Єдине, до чого двигун був підключений, це коробочка, зібрана з лампочок і транзисторів, які Тесла купив у найближчому магазині радіоелектроніки.

Для демонстрації був використаний автомобіль Pierce Arrow1931 року

На всі розпитування Микола відповідав, що енергія береться з ефіру. Газетні скептики почали звинувачувати його чи не в чорної магії, і роздратований геній, забравши свою коробочку, взагалі відмовився будь-що коментувати і пояснювати.

Подібна подія в біографії Тесли справді має місце, але все ж таки експерти ставлять під сумнів, що він знайшов спосіб отримувати енергію для авто з «повітря». По-перше, в записах вченого немає і натяку на двигун, який працював від ефіру, а по-друге, є припущення, що Нікола таким чином обдурив громадськість, щоб привернути увагу до ідеї електричних автомобілів. А безпосередньо для пересування прототипу міг використовуватися або прихований акумулятор, або ДВС з модернізованою системою вихлопу.

У наш час переваги змінного струму здаються більш ніж очевидними, але в 80-х роках XIX століття через питання, який струм краще і як вигідніше передавати електричну енергію, вибухнуло гостре протистояння. Головними фігурантами цієї неабиякої битви стали дві конкуруючі фірми — Edison Electric Light та Westinghouse Electric Corporation. У 1878 році геніальний американський винахідник Томас Алва Едісон заснував свою власну компанію, яка мала вирішити проблему електричного освітлення в побуті. Завдання стояло просте: витіснити газовий ріжок, але для цього електричне світло мало стати більш дешевим, яскравим і доступним для всіх.

Передбачаючи свої майбутні відкриття, Едісон написав: "Ми зробимо електричне освітлення настільки дешевим, що тільки багатії будуть палити свічки". Спочатку вчений розробив план центральної електростанції, накреслив схеми підведення ліній електропередач до будинків та фабрик. У той час електрику отримували за допомогою динамо-машин, що рухаються пором. Потім Едісон приступив до вдосконалення електричних лампочок, прагнучи продовжити їх дію з 12 годин, що були тоді. Перебравши більше шести тисяч різних зразків для нитки розжарювання, Едісон нарешті зупинився на бамбуку. Його майбутній колега Нікола Тесла іронічно зазначив: «Якби Едісону довелося знайти голку в копиці сіна, він не гаяв би часу на те, щоб визначити її більш ймовірне місцезнаходження. Навпаки, він негайно, з гарячковим старанням бджоли почав би оглядати соломинку за соломинкою, доки не знайшов би шукане». 27 січня 1880 Едісон отримав патент на свою лампу, термін життя якої був воістину фантастичним - 1200 годин. Трохи пізніше вчений запатентував всю систему виробництва та розповсюдження електроенергії у Нью-Йорку.

Едісон. (Pinterest)

Того року, коли Едісон зайнявся висвітленням американського мегаполісу, Нікола Тесла вступив на філософський факультет Празького університету, але провчився там лише один семестр — на подальше навчання не вистачило грошей. Потім він вступив до Вищого технічного училища в Граці, де почав вивчати електротехніку і почав замислюватися про недосконалість електродвигунів постійного струму. 1882 року Едісон запустив дві електростанції постійного струму — у Лондоні та Нью-Йорку, налагодивши виробництво динамо-машин, кабелів, лампочок та освітлювальних приладів. Через два роки американський винахідник створює нову корпорацію - Edison General Electric Company, куди увійшли десятки компаній Едісона, розкидані по всій Америці та Європі.

У тому ж році Тесла придумав, як використовувати явище електромагнітного поля, що обертається, а значить він міг спробувати сконструювати електродвигун змінного струму. З цією ідеєю вчений вирушив до паризького представництва Continental Edison Company, але на той момент компанія була зайнята виконанням великого замовлення - спорудження електростанції для залізничного вокзалу Страсбурга, під час виконання якого виникли численні помилки. Теслу відправили рятувати ситуацію, і в необхідний термін електростанцію було добудовано. Сербський учений вирушив до Парижа, щоб отримати обіцяну премію в 25 000 доларів, проте компанія відмовилася виплачувати гроші. Ображений Тесла вирішив більше не мати нічого спільного з підприємствами Едісона. Він спочатку хотів навіть вирушити до Петербурга, адже Росія славилася на той час своїми науковими відкриттями в галузі електротехніки, зокрема винаходами Павла Миколайовича Яблочкова та Дмитра Олександровича Лачинова. Проте, один із працівників Континентальної компанії вмовив Теслу вирушити до США і дав йому рекомендаційний лист до Едісона: «Було б непробачною помилкою дати можливість виїхати до Росії подібного таланту. Я знаю двох великих людей: один із них Ви, другий — цей юнак».

Edison General Electric Company. (Pinterest)

Прибувши до Нью-Йорка в 1884 році, Тесла приступає до роботи в компанії Edison Machine Works як інженер з ремонту двигунів - генераторів постійного струму. Тесла одразу ж поділився з Едісоном своїми думками щодо змінного струму, але американського вченого ідеї сербського колеги не надихнули - він дуже несхвально відгукнувся і порадив Теслі займатися на роботі суто професійними справами, а не особистими дослідженнями. Через рік Едісон пропонує Тесле конструктивно поліпшити машини постійного струму і за це обіцяє премію в 50 тисяч доларів. Тесла одразу взявся за роботу і дуже скоро надав 24 варіанти нових машин Едісона, а також новий комутатор та регулятор. Едісон схвалив роботу, але гроші платити відмовився, пожартувавши при цьому, що емігрант погано розуміє американський гумор. З цього моменту Едісон та Тесла стали непримиренними ворогами.

На рахунку Едісона значилося 1093 патенти - такої кількості винаходів не було ні в кого у світі. Невтомний експериментатор він одного разу провів у лабораторії 45 годин, не бажаючи переривати досвід. Едісон був до того ж дуже вправним підприємцем: всі його компанії приносили прибуток, щоправда багатство як таке його мало цікавило. Гроші були потрібні для роботи: Мені не потрібні успіхи багатіїв. Мені не потрібно ні коней, ні яхт, на все це я не маю часу. Мені потрібна майстерня! Однак у 1886 році у корпорації Едісона з'явився дуже потужний конкурент – компанія Westinghouse Electric Corporation. Першу 500-вольтну електростанцію змінного струму Джордж Вестінгауз запустив у 1886 році в Грейт-Баррінгтоні, штат Массачусетс.

Так, монополії Едісона настав кінець, адже переваги нових електростанцій були очевидними. На відміну від американського винахідника-аматора, Вестінгауз знав фізику, тому чудово розумів слабку ланку електростанцій постійного струму. Все змінилося, коли він познайомився з Теслою та його винаходами, видавши сербу патент на лічильник змінного струму та багатофазний електромотор. Це були ті самі винаходи, з якими свого часу Тесла звертався до паризької компанії Едісона. Тепер Вестінгауз викупив у сербського вченого загалом 40 патентів і заплатив 32-річному винахіднику 1 мільйон доларів.

Електричний стілець. (Pinterest)

У 1887 року у США вже працювало понад 100 електростанцій постійного струму, проте процвітанню компаній Едісона мав настати кінець. Винахідник розумів, що перебуває на межі фінансового краху, а тому вирішив подати до суду Westinghouse Electric Corporation за порушення патентних прав. Однак позов був відхилений, і тоді Едісон розгорнув антипропагандистську кампанію. Його головним козирем був той факт, що змінний струм дуже небезпечний для життя. Спочатку Едісон зайнявся публічною демонстрацією вбивств тварин електричними розрядами, а потім йому натрапив на дуже вдалий випадок: губернатор Нью-Йорка захотів знайти гуманний спосіб страти, альтернативу повішенню — Едісон відразу заявив, що найлюдянішою вважає смерть від змінного струму. Хоча особисто він виступав за відміну смертної кари, проте вирішити проблему вдалося.

Для створення електричного випорожнення Едісон найняв інженера Гарольда Брауна, який пристосував для каральних цілей генератор змінного струму Вестінгауза. Затятий опонент Едісона був категорично проти страт і відмовився продавати своє обладнання в'язницям. Тоді Едісон купив три генератори через підставних осіб. Вестінгауз найняв засудженим до смерті найкращих адвокатів, одного зі злочинців вдалося врятувати: смертну каруйому замінили на довічне ув'язнення. Найнятий Едісоном журналіст опублікував величезну викривальну статтю, звинувачуючи Вестінгауза в тих муках, які зазнав страчений.

Westinghouse Electric Corporation. (Pinterest)

"Чорний піар" Едісона приніс свої плоди: йому вдалося відстрочити поразку, правда ненадовго. У 1893 році Вестінгауз і Тесла виграли замовлення на освітлення ярмарку Чикаго — 200 тисяч електричних лампочок працювали від змінного струму, а через три роки тандем учених змонтував на Ніагарському водоспаді першу гідросистему для безперервного живлення змінним струмом міста Баффало. До речі, електростанції постійного струму будувалися в Америці ще 30 років, аж до 1920-х років. Потім їхнє будівництво було припинено, але експлуатація тривала аж до початку XXI століття. Тесла та Вестінгауз виграли «війну струмів». А Едісон відреагував так: «Я ніколи не зазнав поразок. Я просто знайшов 10 000 способів, які не працюють».

Протистояння Ніколи Тесла і Томаса Едісона наприкінці 19 століття можна було назвати справжньою війною, не дарма їхнє суперництво в тому, чия технологія передачі електричної енергії стане домінуючою у світі, яку досі називають «Війною струмів».

Технологія ліній змінного струму Тесла або ліній постійного струму Едісона - ось воістину епохальна суперечка, точка в якій була поставлена лише наприкінці 2007 року, з остаточним завершенням переходу Нью-Йорка на мережі змінного струму на користь Тесла.

Перші електричні генератори, що виробляють постійний струм, допускали просте з'єднання з лінією, і відповідно, з споживачами, у той час як генератори змінного струму вимагали синхронізації з енергосистемою.

Важливо, що споживачів, розрахованих на змінний струм, спочатку не існувало, і ефективна модифікація асинхронного двигуна, розрахованого безпосередньо на живлення змінним струмом, була винайдена лише до 1888 року, тобто через шість років після запуску Едісоном першої електростанції постійного струму в Лондоні.

Після патентування Едісоном у 1880 році своєї системи виробництва та розповсюдження електричної енергії постійного струму, що включає три дроти – нульовий, плюс 110 вольт, і мінус 110 вольт, великий винахідник лампочки був уже впевнений у тому, що «зробить електричне освітлення настільки дешевим, що лише багатії будуть використовувати свічки».

Так, як уже було сказано вище, перша електростанція постійного струму була запущена Едісоном у січні 1882 року в Лондоні, за кілька місяців – на Манхеттені, і до 1887 року у Сполучених Штатах працювало вже понад сотню електростанцій постійного струму Едісона. У цей час Тесла працював у Едісона.

Незважаючи на уявне безхмарне майбутнє систем постійного струму Едісона, був у них досить значний недолік. Для передачі електричної енергії на відстань застосовувалися дроти, а зі збільшенням довжини дроту, як відомо, зростає його опір, а отже, мають місце неминучі втрати на нагрівання. Таким чином, проблема вимагала вирішення, - знижувати опір проводів, роблячи їх товстішим, або піднімати напругу, щоб зменшити силу струму.

Ефективних методів підвищення напруги постійного струму на той момент не існувало, і напруга в лініях як і раніше не перевищувала 200 вольт, тому зрадити скільки-небудь значну потужність виходило лише на відстань не більше 1,5 км, а якщо потрібно передати електроенергію далі - дорожнеча дротів великого перерізу.

І ось, 1893 року Нікола Тесла та його інвестор, підприємець Джордж Вестингауз, отримали замовлення на освітлення ярмарку в Чикаго двома сотнями тисяч електричних лампочок. То була перемога. Три роки по тому, була побудована перша гідроелектростанція змінного струму на Ніагарському водоспаді для передачі електричної енергії в місто Буффало, що розташоване неподалік.

Втім, до 1928 року у США перестали розвивати системи постійного струму, повністю переконавшись у перевагах змінного струму. Ще через 70 років було розпочато їх демонтаж, до 1998 року в Нью-Йорку кількість споживачів постійного струму не перевищувала 4600, а до 2007 року не залишилося жодного, коли головний інженер «Консолідейтед Едісон» символічно перерізав кабель, і «Війна струмів» була закінчено.

Перехід на змінний струм сильно вдарив Едісону по кишені, і, відчуваючи свою поразку, він почав подавати до суду за порушення його патентних прав, проте рішення суддів не було на його користь. Едісон не зупинявся, він став влаштовувати публічні демонстрації, де вбивав тварин змінним струмом, намагаючись переконати всіх і вся в небезпеці використання змінного струму, і навпаки – у безпеці мереж постійного струму.

Зрештою, дійшло до того, що в 1887 партнер Едісона, інженер Гарольд Браун запропонував страчувати злочинців за допомогою смертельно небезпечного змінного струму. Вестінгауз і Тесла не стали постачати для цього генератори, і навіть найняли адвоката засудженому до страти на електричному стільці вбивці своєї дружини Кеммлер. Але це не врятувало, і в 1890 Кеммлер був страчений змінним струмом, а Едісон подбав про те, щоб підкуплений журналіст облив за це Вестінгауза брудом у своїй газеті.

Незважаючи на тривалий чорний піар з боку Едісона, система змінного струму Тесла була приречена на успіх. Напруга змінного струму легко і ефективно можна було підвищувати за допомогою трансформаторів, і передавати проводами на відстані сотні кілометрів без особливих втрат. Високовольтні лінії не вимагали використання товстих проводів і зниження напруги на трансформаторних підстанціях дозволяло зраджувати споживачеві. низька напругадля живлення навантажень змінним струмом.

Почалося з того, що в 1885 році Тесла звільнився від Едісона, і разом з Вестінгауз придбав кілька трансформаторів компанії Голар-Гіббс, і генератор змінного струму виробництва Siemens & Halske, після чого, за підтримки Вестінгауза, почав власні експерименти. В результаті, через рік після початку експериментів, у Грейт-Баррінгтон, штат Массачусетс, розпочала роботу перша ГЕС змінного струму на 500 вольт.

Тоді ще не було моторів придатних для ефективного харчуваннязмінним струмом, а вже в 1882 Тесла винайшов багатофазний електромотор, патент на який він отримав в 1888, в цьому ж році з'являється і перший лічильник змінного струму. Трифазна система була представлена у Франкфурті-на-Майні, на виставці в 1891 році, і в 1893 Вестінгауз виграв тендер на будівництво електростанції на Ніагарському водоспаді. Тесла вважав, що енергії цієї ГЕС вистачить на всі Сполучені Штати.

Для примирення Тесла та Едісона Ніагарська Енергетична Компанія доручила Едісону будівництво лінії електропередачі від станції на Ніагарському водоспаді до міста Буффало. У результаті, компанія «General Electric», що належить Едісону, купила компанію «Томсон-Хьюстон», що виготовляла машини змінного струму, і сама почала їх виробництво.

Так, Едісон знову став при грошах, проте чорний піар проти змінного струму не припинив, - він розголосив і розтиражував по газетах знімки страти змінним струмом слонихи Топсі, яка затоптала в 1903 році трьох працівників цирку нью-йоркського Місяця-парку.

Постійний і змінний струм - переваги та недоліки

Постійний струм, так склалося історично, знайшов широке застосування для живлення електродвигунів із послідовним збудженням на транспорті. Такі двигуни хороші тим, що розвивають великий момент, що крутить, при невеликій кількості обертів в хвилину, і це число обертів можна легко регулювати, просто змінюючи постійну напругу, що подається на обмотку збудження двигуна, або за допомогою реостата.

Електродвигуни постійного струму здатні майже миттєво змінювати напрямок свого обертання при зміні полярності живлення на обмотці збудження. Так, двигуни постійного струму дотепер широко застосовуються на тепловозах, електровозах, трамваях, тролейбусах, різних підйомниках і підйомних кранах.

Постійним струмом можна без проблем живити лампи розжарювання, різні прилади для здійснення промислового електролізу, гальванопластики, зварювання, також успішно використовують для живлення складного медичного обладнання.

Безперечно, постійний струм корисний в електротехніці, адже відповідні ланцюги легко розраховуються і просто управляються, недаремно до 1887 року в Сполучених Штатах налічувалося понад сто електростанцій постійного струму, роботу над якими очолювала компанія Томаса Алва Едісона. Зрозуміло, що постійний струм зручний у разі, коли потреби у перетворенні, тобто. підвищенні чи зниженні напруги, і є головний недолік постійного струму.

Незважаючи на зусилля Едісона щодо впровадження систем передачі постійного струму, у таких систем був і значний мінус – необхідність використання великої кількості матеріалів та суттєвих втрат при передачі.

Справа в тому, що напруга в перших лініях постійного струму не перевищувала 200 вольт, і передавати електрику можна було на відстань, що не перевищує 1,5 км від електростанції, при цьому багато енергії розсіювалося при передачі (згадайте).

Якщо все ж таки потрібно було передати більшу потужність на більшу відстань, доводилося застосовувати товсті важкі дроти, а це виходило дуже дорого.

У 1893 році Нікола Тесла почав впровадження своїх систем змінного струму, які показали високу ефективність завдяки суті змінного струму. Змінний струм можна було легко перетворювати через трансформатори, підвищуючи напругу, і тоді стала можливою передача електричної енергії на багато кілометрів з мінімальними втратами.

Так відбувається тому, що при подачі однієї і тієї ж потужності через дроти силу струму вдається знизити завдяки підвищенню напруги, тому і втрати при передачі менше, і необхідне переріз проводів, відповідно, зменшується. Саме тому мережі змінного струму почали впроваджуватися по всьому світу.

Змінним струмом живляться асинхронні двигуни в машинах і верстатах, індукційні печі, їм також можна живити і прості лампи розжарювання, будь-яку іншу активне навантаження. Асинхронні двигуни та трансформатори справили справжню революцію в електротехніці саме завдяки змінному струму.

Якщо для будь-якої мети необхідний безпосередньо постійний струм, наприклад для зарядки акумуляторів, то тепер його завжди можна отримати зі змінного за допомогою випрямлячів.

Запитувати «хто придумав електрику?» не зовсім коректно. Правильніше запитувати, хто відкрив електрику? Відповісти однозначно неможливо. Історія електрики сягає своїм корінням в глибину століть існування людської цивілізації.

Хронологія основних відкриттів та винаходів

У сучасному світікожна дитина у свідомому віці стикається у будинку з електрикою. Перші згадки про спостереження у природі цього фізичного явища відносяться до IV століття д. н. е. Великий філософ Аристотель вивчав поведінку вугрів, які вражали жертви електричними розрядами.

Легендарний вчений Фалес Мілетський, який жив у Стародавню Грецію(V століття д.н.е.), згадував у своїх працях про таке явище, як електрика. Він спостерігав за тим, як бурштин, натертий грудкою вовни, притягував до себе різну дрібницю. Історики визнають час опису дослідів періодом відкриття електрики.

Важливо!Термін "електрика" походить від слова "електрон", що означає бурштин.

Лише, починаючи з 17 століття, стартує низка відкриттів та винаходів, що стосується електроенергії. Про історію електрики повідомляє Вікіпедія докладно. Ось короткий перелік основних віх розвитку науки про електричну енергію:

Англієць Вільям Гілберт на початку XVII століття, вивчаючи магнітоелектричні явища, ввів уперше таке поняття, як електрика (бурштинове).
Через два роки 1663 року бургомістр Магдебурга Отто фон Генріке продемонстрував електростатичний прилад, що складається з сірчаної кулі, насадженої на металеву вісь. На поверхні сфери внаслідок тертя долоні накопичувався статичний заряд струму, який своїм магнітним полем притягував чи відштовхував дрібні предмети.

Майже через 60 років (1729) англійський фізик Стівен Грей досвідченим шляхом визначив здатність проводити струм різних матеріалів.
Чотири роки (1733 р.) французький фізик Шарль Дюфе висунув сумнівну версію про існування двох типів електрики, що мають скляне і смоляне походження. Він пояснював це тим, що він отримував електричний заряд на поверхні скляного стрижня і грудки смоли шляхом їхнього тертя про шовк та шерсть, відповідно.
У 1745 році було винайдено Лейденську банку – прообраз сучасного конденсатора. Автором винаходу був голландський дослідник Пітер Ван Мушенброк.

У цей час видатні російські вчені Рихман і Ломоносов у Санкт-Петербурзі домагаються отримання штучного грозового розряду в лабораторних умовах. Під час чергового експерименту, отримавши електричний удар, гине Ріхман.
1785 ознаменувався реєстрацією в Лондоні закону Кулона, що носить ім'я його автора. Вчений обґрунтував величину сили взаємодії точкових зарядів залежно від довжини проміжку між ними.
Через кілька років, у 1791 році, Гальвані випускає світ трактат, в якому доводить протікання електричних процесів у м'язах тварин.
У цій країні Вольта в 1800 р. демонструє гальванічний елемент – джерело постійного струму. Прилад представляв вертикальну споруду зі срібних та цинкових дисків, перекладених папером, вимоченим у соляному розчині.

За двадцять років датський фізик Ерстед виявив існування електромагнітного ефекту. Розмикаючи контакти електричного ланцюга, він помітив коливання стрілки поруч компаса.
Через рік великий французький учений Ампер в 1821 р. виявив магнітне поле навколо провідника змінного струму.
1831 - Фарадей створює перший у світі генератор струму. Рухаючи намагнічений сердечник усередині котушки з металевого дроту, він зафіксував прояв електричного заряду у його витках. Вчений був одним із тих фізиків, хто перший створив електрику в лабораторних умовах. Їм була обгрунтована теорія про електромагнітної індукції.

Зверніть увагу!У міру накопичення практики в результаті численних дослідів виникала потреба теоретичного обґрунтування явищ і появи науки, пов'язаної з електрикою.

Етапи створення теорії

Кожен ступінь будівництва електричної теорії зводився на основі особистих відкриттів видатних вчених фізиків. Їхні прізвища складають список імен, кому належить винахід електрики. Теоретична наукова база електрики розвивалася поступово, з накопиченням експериментального досвіду.

Поява терміна

Вище згадувалося те, що поняття «електрика» вперше було введено у вжиток Вільямом Гілбертом в 1600 р. З цього моменту відзначають дату, коли з'явилася електрика.

Перша електростатична машина

Прилад, що демонструється в 1663 р. бургомістром Магдебурга Отто фон Генріке вважають першою електростатичною машиною. Вона являла собою смоляну кулю, насаджену на металевий стрижень.

У 1745 трапилася знаменна подія - голландський дослідник Пітер ван Мушенброк створив електростатичний конденсатор. Прилад було названо на честь міста, де було зроблено винахід – Лейденською банкою.

Два види зарядів

Бенджамін Франклін увів поняття про полярність зарядів. З тих пір аксіомою є те, що будь-який електричний потенціал має негативний та позитивний полюси.

Бенджамін Франклін

1747 року американський науковий дослідник Бенджамін Франклін створює власну теорію про електрику. Він представив природу електрики як нематеріальну рідину як деяких флюїдів.

Від теорії до точної науки

Теоретична база, накопичена за кілька останніх століть, дозволила у ХХ столітті отримані знання переформатувати на точну науку. Основні відкриття та винаходи з'явилися завдяки тим вченим, хто відкрив природу електричного струму. Точнісінько встановити, в якому році винайшли штучну електрику, неможливо. Це сталося переважно протягом 18 та 19 століть.

Назвати того, хто перший винайшов струм, досить важко. Швидше за все, це можна приписати низці великих учених, згаданих вище. До цього доклали руку видатні фізики Америки, Англії, Франції, Італії, Росії та багатьох інших країн Європи.

Безперечну безсмертну славу заслужили такі винахідники та теоретики електротехніки, як Едісон та Тесла. Останній багато доклав зусиль з теоретичного обґрунтування природи магнетизму, успішно реалізовував його практично. Тесла є творцем бездротової електрики.

Закон взаємодії зарядів

Однією із фундаментальних скрижалів науки про електрику є закон взаємодії зарядів, відомий як закон Кулона. Він говорить про те, що сила взаємодії двох точкових зарядів перебуває у прямій пропорційній залежності від добутку кількостей зарядів і обернено пропорційна відстані у квадраті між цими точками.

Винахід батареї

Документальним підтвердженням винаходу електричної батареї вважається запропонований пристрій італійським ученим Алессандро Вольта. Прилад назвали вольтовим стовпом. Він був своєрідною етажеркою, складеною з мідних і цинкових пластинок, перекладених шматками повсті, змоченої розчином сірчаної кислоти.

Угорі й унизу стовпа створювався електричний потенціал, розряд якого можна було відчути, приклавши до стовпа долоні рук. Внаслідок взаємодії атомів металів, збуджених електролітом, усередині батареї накопичувалася електроенергія.

Винахідник гальванічної електрики, Алессандро Вольта, започаткував появу того, що сьогодні називають батарейками.

Поява поняття струму

Вираз "струм" виник одночасно з появою електрики в лабораторії фізика Вільяма Гілберта в 1600 році. Струм характеризує спрямованість електричної енергії. Він може бути як змінним, і постійним.

Закон електричного ланцюга

Безцінний внесок у розвиток теорії електрики вніс у ХІХ столітті німецький фізик Кірхгофа. Він був автором таких термінів, як гілка, вузол, контур. Закони Кірхгофа стали основою побудови всіх електричних кіл радіоелектронних та радіотехнічних приладів та пристроїв.

Перший закон свідчить: «Сума електричних зарядів, які у вузол протягом певного часу, дорівнює сумі зарядів, які з нього за цей час».

Друге положення Кірхгофа можна виразити так: «При проходженні струмів через усі гілки контуру падає потенціал. При їх поверненні вихідний вузол потенціал повністю відновлюється і досягає своєї початкової величини. Тобто витік енергії в межах замкнутого електричного контуру дорівнює нулю».

Електромагнітна індукція

Явлення виникнення електричного струму в замкнутому контурі провідника під час проходження крізь нього змінного магнітного поля описав 1831 року Фарадей. Теорія електромагнітної індукції дозволила відкривати наступні закони електротехніки та винаходити різні моделі генераторів як постійного, так і змінного струму. Ці пристрої демонструють, як з'являється і відбувається електрика внаслідок дії електромагнітної індукції.

Використання електричного освітлення в Росії

Ще зі шкільної лави люди пам'ятають історію появи електричних лампочок у Росії. Перший досвід у створенні цих приладів було проведено російським ученим Яблочковим. Їх пристрій був заснований на виникненні іскри між двома каоліновими електродами.

У 1874 р. Яблочков уперше представив прилад освітлення з використанням електричної дуги. Цей рік можна вважати відправною точкою, коли вперше з'явилася світлова електрика у Росії. Згодом свічки Яблочкова використовувалися як дугові прожектори на паровозах.

До появи ламп розжарювання Едісона вугільні свічки Яблочкова ще довго використовувалися як єдине джерело освітлення в Росії.

Виробництво та практичне використання

З часів появи першої електрики до масового виробництва електрики та її практичного застосуваннямало відбутися багато відкриттів, і впроваджено винаходів у сферу генерування та передачі електричної енергії.

Генерування та передача електроенергії

Згодом стали вигадувати різні способигенерування електрики. З появою мобільних, а згодом гігантських електростанцій виникла проблема передачі електрики на великі відстані.

Дозволити вирішити це питання допомогла науково-технічна революція. В результаті було побудовано величезні мережі електропередач, що охоплюють країни та цілі континенти.

Застосування

Практично неможливо назвати сферу діяльності людства, де б не було задіяно електрику. Воно є основним джерелом енергії в багатьох сферах діяльності людини.

Сучасний виток досліджень

Грандіозний ривок у розвитку електротехніки здійснив легендарний учений, фізик та винахідник Нікола Тесла на рубежі XIX, XX століть. Багато винаходів Тесли ще чекають на новий виток досліджень у галузі електротехніки для того, щоб вони були впроваджені в життя.

Зараз ведуться дослідні роботиз отримання нових надпровідних матеріалів, створення досконалих компонентів електричних ланцюгів з високим ККД.

Додаткова інформація.Відкриття графену та отримання з нього нових струмопровідних матеріалів пророкують грандіозні зміни у сфері використання електрики.

Наука не стоїть дома. З кожним роком людство стає свідком появи більш досконалих джерел електроенергії, водночас створення приладів, машин і різних агрегатів, що споживають екологічно чисту енергію у вигляді електричного струму.