Глава 7. Развитие систем машин на базе электропривода (70егодыXiXвека – 30егодыXXвека)

В экономической жизни общества началось широкое развитие монополий, которые захватили тяжелую индустрию, железнодорожный и водный транспорт, банки, внутреннюю и внешнюю торговлю, многие отрасли легкой промышленности начали проникать в сельское хозяйство.

Осуществлен переход от центрального парового двигателя к электрическому, сначала групповому, а затем индивидуальному. Он сделал группу машин характерным праздником техники этого периода.

Открытие и применение электричества был важным этапом в развитии техники. В XIX веке кроме электродвигателя были созданы гальванический элемент и аккумулятор, электрическое освещение, электрические станции, электрическая связь, радио, телевидение, первые счетные машины.

7.1 Исследования электрических и магнитных явлений

Еще древние греки установили, что янтарь, потертый шерстью или сукном притягивает к себе легкие предметы, пушинки, волоски и т.д.

Первые результаты экспериментальных исследований электрических и магнитных явлений описал в 1600 году придворный английский врач королевы Елизаветы Уильям Гильберт (1544-1603) в своем сочинении “О магните, магнитных телахи большом магните Земля”.

На основе наблюдений и опытов Гильберт сделал выводы:

1) электрические свойства возбуждаются трением, а магнитные присущи телам по природе;

2) одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются, и для электрических – только притягиваются (электрических отталкиваний Гильберт не знал);

3) электрические притяжения слабее магнитных, но зато универсальны;

4) электрическую силу можно уничтожить влажностью, а магнитную нет.

Для изучения электрических явлений Гильбер сконструировал электрофор “Версор”.

В 1660 г. немецкий физик Генрих Отто (рис.7.1а) (1602-1686) построил одну из первых электростатических машин в виде серного шара, который вращался на железной оси и электризовался трением об руки. Он установил, что наэлектризованные тела отталкиваются, и электризация тел может распространяться по проводникам.

В1729 г. английский физик Грей Стефан (1666-1736) открыл явление электропроводности, установив, что электризация тел передается по медной проволоке, но не передается по шелковой нити. Он первый разделил все тела на проводники и непроводники, подтвердил существование явления электростатической индукции и показал, что электрический разряд распространяется по поверхности тел.

а) б) в)

г) д) е)

Рис. 7.1. Первые приборы и устройства для исследования электрических и магнитных явлений: а – первая электростатическая машина Отто; б – первая электрическая стеклянная машина трения; в – первый конденсатор – «лейдонская банка»; г – схема заряжения электрофора; д – электрофорная машина А. Вольга; е – схема соединения нерва и мускула лягушки в опытах Гальвана

В 1732 г. французский ученый Шарль Дифе (1698-1739) открыл два вида электричества ”стеклянное” (стекло, хрусталь, шерсть и т.д.) и “смоляное” (янтарь, шелк, бумага и т.д.), и установил закон взаимодействия зарядов (одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются), первым наэлектризовал тело человека.

В 1752 г. русский ученый М.В. Ломоносов (1711-1765) и В.Г. Рихман (1711-1755) раскрыли электрическую природу молнии, разработали методы изучения гроз и построили ряд интересных приборов.

В 1706 г. английский физик Ф. Гауксби построил первую электрическую стеклянную машину трения (рис.7.1б). Машина имела специальный вращающийся стеклянный диск, который натирался специальными подушечками, имел конденсаторы для накопления электрического заряда.

В 1745 г. голландский физик Питер Ван Мушенбрух (1692-1761) в Лейдене независимо от немецкого ченого Клейста изобрел первый конденсатор – Лейденскую банку (рис.7.1в). О своем открытии Мушенбрух писал: ”Хочу сообщить вам новый и странный опыт, который советую никак не повторять. Я ... подвесил на двух шнурках из голубого шелка железный ствол, получивший ... электричество от стеклянного шара, который приводился в быстрое вращение и натирался прикосновением рук. На другом конце свободно висела медная проволока, конец которой был погружен в круглый стеклянный сосуд, отчасти наполненный водой, который я держал в правой руке, другой же рукой я пробовал извлечь искры из железного ствола.

Вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии. Сосуд, хотя из тонкого стекла, обыкновенным этим сотрясением не разбивается, но руки и все тело поражаются столь страшным образом, что я сказать не могу, одним словом, я подумал, что мне пришел конец».

В 1757 г. профессор физики Петербургской Академии Наук Франц Эпинус (1724-1802) открыл явление электростатической индукции, высказал идею электрофора.

На рис.7.1г показана схема распределения электрических зарядов при заряжении металлического диска электрофора.

В 1775 году итальянский ученый Александр Вольта (1745-1827) на основе явления электрофора сконструировал электрофорную машину (рис.7.1д). На этом же принципе в 1931 году американский физик Ван де Гралф (1901-1967) построил электростатический высоковольтный генератор.

Воздействие электрического разряда на организм человека привело итальянского врача Гальвани Луиджи (1737-1796) в 1781 году к открытию “животного электричества”. В опытах Гальвани при соединении нерва и мускула лягушки двойной проволокой ее лапки содрогаются (рис.7.1е). Этим было положено начало новому научному направлению “электрофизиологии”.