«Гильдия Мастеров». В гостях у дядюшки Ома. Заглянем в историю развития электротехники: Георг Ом - Томас Эдисон - Никола Тесла (7 часть)
Иллюстрация @konti
Предыдущие части: 1 часть 2 часть 3 часть 4 часть 5 часть 6 часть
Сегодня мы продолжаем познавательную рубрику "В гостях у дядюшки Ома". Наш автор Виктор Марков, @markvial в интересной увлекательной форме познакомит вас с миром электричества, его тонкостями и особенностями, а также поделится полезными советами, наблюдениями своими личными изобретениями и лайфхаками.
Автор: @markvial
Часть седьмая
ПОЧЕМУЧНЫЕ ВОПРОСЫ
(начало)
В прошлых беседах у нас возникали параллельно теме вопросы, ответы на которые требуют отдельной главы.
Давайте выделим их и порассуждаем на эти темы.
Почему для энергоснабжения предприятий и населённых пунктов человечество выбрало переменный ток?
Почему остановились на частоте 50 Гц, опасной для человека?
Чтобы ответить на эти два вопроса, надо немного покопаться в истории развития электротехники.
Собственно электротехника началась с открытия Георга Ома в 1827 году закона о том, что ток в замкнутой цепи обратно пропорционален сопротивлению в цепи: I=U/R.
Мы привыкли видеть это выражение в другой записи: U=I*R.
Георг Ом впервые ввёл понятие «сопротивление» в цепи тока, и во Франции в 1881 году утвердили единицу измерения сопротивления «1 Ом», назвав эту единицу измерения в честь учёного – первооткрывателя этого явления.
Через 20 лет другой немецкий учёный Густав Кирхгоф в 1847 году вывел знаменитый закон для сложных цепей электрического тока и ввёл понятие ЭДС (электродвижущая сила), обозначив ЭДС через латинскую букву «Е».
Упрощённо закон звучит так: «алгебраическая сумма напряжений на всех участках замкнутого контура цепи электрического тока равна нулю». U + RI = E
Естественно, что все свои опыты учёные проводили на постоянном токе и практики, которые внедряли новые вещи, понятия, опираясь на эти законы, экспериментировали и изобретали приборы, работающие от постоянного напряжения.
Особенно плодовитым на изобретения был Томас Эдисон. (1847 – 1931 г.г.)
Более 4000 запатентованных устройств в разных странах осталось после его сумасшедшего трудолюбия.
Томас Эдисон и его фонограф
Телеграф, фонограф, лампа накаливания и осветительная система города, первый (!) электрогенератор, который мог держать нагрузку нескольких лампочек, громкоговорящий телефон, кинетоскоп, на который был записан 25-секундный поцелуй актёров (аналог кино), щелочной аккумулятор и много-много практически и сейчас полезных для человечества изобретений.
Вот тогда, занимаясь сетью освещения городка, Эдисон столкнулся с неудобством постоянного тока.
Для того, чтобы передать электроэнергию от построенной им станции до потребителей – фонарей потребовались толстые провода, чтобы потери при доставке были минимальными.
Повышение генерации электроэнергии с 45 до 110 Вольт на постоянном токе ничего не давала, и по расчётам получалось, что максимальное расстояние от станции до фонарей должно быть не более полкилометра.
Даже в масштабах маленького городка это расстояние не удовлетворяло никого. Делать из-за этого провода ещё толще и тратить на прокладку проводов немыслимое количество меди, чтобы зажечь «лишних» десять - двадцать лампочек становилось экономически не выгодно.
Лампочки с угольными стержнями, идею которых Эдисон позаимствовал у русского изобретателя А. Лодыгина, служили всего 700-800 часов и потребляли огромное количество энергии, которое надо было поддерживать на стабильном уровне.
Для отдельного генератора тока Эдисон изобрёл устройство, которое отвечало на нагрузку, увеличением оборотов генератора, но доставка электроэнергии к потребителю через невозможно толстые провода, делала этот коммерческий проект бесполезным.
Отказываться от использования постоянного тока Эдисон не мог. Слишком много патентов было выкуплено, много двигателей на производствах работало по идеям Эдисона – сепаратор руды, цементный смешиватель, телеграф, кинетоскоп – всё на постоянном токе.
Надо отдать должное, что Эдисон довёл лампочку Ладыгина до удобного использования в быту, и в 1879 году электрическая лампочка впервые осветила жилое помещение, хотя это никак не помогло Эдисону решить проблему массового использования электроосвещения.
В то время молодой и немного чокнутый Никола Тесла работал в одном из французских отделений Эдисона.
Он понимал, что решить задачу передачи электроэнергии консервативным путём невозможно, и тогда уже начинал заниматься своими опытами по передаче электроэнергии вообще без проводов.
Никола Тесла пропускает через себя высокочастотный ток
В 1884 году Тесла из Франции переезжает в США, и в Нью-Йорке навещает в главном офисе «короля света» Эдисона с предложением своих идей.
В 28 лет он посмел возражать «королю» и навязывать ему свои темы. Долго такое сотрудничество длиться не могло и в 1887 году гений и король расстаются.
Была и экономическая причина их разногласий.
Эдисон поручил молодому Тесле найти пути улучшения его генераторов и пообещал заплатить за это 50 000 долларов.
Тесла настолько быстро справился с этой задачей, что Эдисона «задавила жаба» и он не заплатил за сверхурочные работы.
Тесла обиделся и ушёл.
Тесла находит себе компаньонов, и они в течение двух лет раскручивают идею переменного напряжения до коммерческого состояния.
Команда Теслы работает сразу во всех направлениях – счётчики, трансформаторы, линии электропередач и генераторы переменного тока. Их начинает спонсировать крупнейший железнодорожный магнат.
Но остаётся слабое место – электродвигатели. Без них ни одно производство, ни одна фабрика жить не могут. И этим слабым местом умело пользовался Эдисон, всячески и везде нивелируя идею переменного напряжения.
Но гений не был бы гением, если бы не выкрутился из ситуации.
Тесла придумал идею вращающего магнитного поля и на этой основе создал асинхронный электродвигатель.
Этот двигатель оказался настолько простым в изготовлении и супер надёжным в эксплуатации, что мгновенно привлёк внимание всех промышленников.
Не знаю, насколько это соответствует действительности, но читал, что с каждой лошадиной силы (тогда мощность двигателей сравнивали так) проданного электродвигателя Тесла получал 2,5 доллара. А строили двигатели для заводов и фабрик огромные по мощности и в больших количествах.
И самое ценное в таком двигателе – он работал на переменном напряжении.
Частота переменного напряжения в те времена не контролировалась какой-то службой и колебалась в очень широких пределах. Были частоты 17, 25, 40, 50, 60, 135 Гц.
Понятно, что такой разброс мешал всем и всему, особенно торговым отношениям.
Невозможно продать оборудование, рассчитанное на 17 Гц туда, где частота сети 135 Гц.
Поэтому всем миром начали искать выход из этой путаницы.
продолжение следует
От редакции:
Мы надеемся, что полезные знания из этого цикла статей станут предостерегающими и кому-то помогут. Берегите себя, своих родных и коллег, уважаемые читатели.
Жизнь - это самое большое богатство, её нужно беречь.
Статья подготовлена сообществом "Гильдия Мастеров" (@vp-handmade), в рамках проекта Vox Populi.
Полезная информация
Платформа Pokupo.ru ищет региональных представителей.
Обязанности, выгоды и условия сотрудничества — здесь.