ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Введение

 

В настоящее время без электричества, как и без воды ни туды и ни сюды.

Вся наша обстановка в доме электрифицирована: освещение в квартире, радио, телефон, телевизор, компьютер, бытовая техника.

Все виды транспорта управляются и регулируются с помощью электроэнергии. Электроника, радио, телевидение, интернет-всё управляется с помощью электричества.

Достоинства электричества:

-любой уровень передачи и концентрации энергии,

-мгновенная скорость выполнения команды,

-возможность передачи на любые расстояния информации при небольших затратах энергии.

Человечество давно сталкивалось с электрическими явлениями- в первую очередь с грозой. Давным - давно были созданы источники электроэнергии, например, в виде конденсаторов, которые до сих пор находят в гробницах Египта и буддийских храмах Индии., Непала и Китая.

Гальвани в 1789г открыл физическое воздействие тока на живые организмы.

Ломоносов в 1753г. предположил, что электричество- это движение частичек эфира.

Кулон в 1785 ввел понятие электрического заряда К

Ампер в 1829г., изучая силовое взаимодействие проводников, обнаружил, что оно зависит от силы и направления протекающего по проводам тока А-сила тока.

Вольта в 1801г., продемонстрировав прообраз современной эл. батареи напряжение 40В(элемент Гальвани уже был создан, как и египетские источники постоянного тока) V-потенциал.

Эрстед в 1820г. продемонстрировал, что вблизи проводника с током возникает магнитное поле Эрстед-напряженность магнитного поля Э=79.6А/м.

Вильгельм Вебер в 1825г. большой вклад сделал в изучение электромагнитных полей Вб -магнитный поток.

Ом 1826 немецкий физик открыл закон U=I R,

Фарадей в 1831г открыл электромагнитную индукцию, использованную для создания электрогенераторов постоянного и переменного тока Ф (фарада-электроёмкость).

Джоуль в 1843г. установил, что существует связь между тепловыми и электрическими явлениями, характеризуемая количеством энергии Дж-джоуль (работа и энергия).

Гаусс в 1833г. создал электромагнитный телеграф, большой вклад внёс в изучение магнитных явлений Гс- магнитная индукция.

Максвелл (1860-1865) создал теорию электромагнитного поля и доказал, что электромагнитные поля распространяются в пространстве по определенным законам с огромной скоростью и это скорость света. Значит свет-это тоже электромагнитные колебания Мкс- единица измерения магнитного потока.

Тесла (1856-1943)-большой вклад внёс в практическое применение переменного тока Тл=10⁴ Гс -магнитная индукция.

Работы Теслы слишком опередили его время. Физика явлений, которые он исследовал, лежала и сейчас лежит на границе современного знания и технологических возможностей. Он исследовал резонансные явления в области высоких и низких частот и сверхвысоких напряжений. К сожалению, сохранились лишь немногие описания его установок, одна из которых резонировала с ионосферой Земли. Предпринимаются попытки осмыслить и промоделировать на компьютерах их предполагаемые характеристики, но в области неизвестных физических явлений ничто не может заменить прямой эксперимент. Некоторые полученные им и продемонстрированные публике результаты не достигнуты и сейчас. Чего стоит получение им шаровых молний!

На острове Лонг-Айленд была построена грандиозная башня высотой 57 метров со стальной шахтой, углублённой в землю на 36 метров. На верху башни - 55-тонный медный купол диаметром 20 метров. Пробный пуск невиданного сооружения состоялся в 1905 году и произвёл потрясающий эффект. " Тесла зажёг небо над океаном на тысячи миль", - писали газеты. В этой башне ученый генерировал потенциалы, которые разряжались стрелами молний длиной до 40 метров. Опыты сопровождались громовыми раскатами. Вокруг башни пылал огромный световой шар. Люди на улицах испуганно шарахались, с ужасом наблюдая, как между их ногами и землёй проскакивают искры

В его понимании природы электромагнитных полей основополагающим было понятие эфира - некой невидимой субстанции, заполняющей весь мир и передающей колебания со скоростью, во много раз превосходящей скорость света

В 1914 году изобретатель предложил проект, по которому весь земной шар вместе с атмосферой должен был стать гигантской лампой. Для этого нужно лишь пропустить по верхним слоям атмосферы высокочастотный ток, чтобы она начала светиться. Однако, когда началась первая мировая война, американское правительство, обеспокоенное возможностью использования башни " Ворденклиф" вражескими лазутчиками, приняло решение взорвать ее

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок

В 1931 году уже пожилой, но всё такой же неугомонный Никола Тесла вместе с инженерами автомобилестроительной фирмы Pierce-Arrow продемонстрировал публике новый феномен. С обыкновенного автомобиля сняли бензиновый двигатель и установили электромотор. Затем Тесла прикрепил под капот коробочку размерами 60х30х15 см., из которой торчали два стерженька. Выдвинув их, Тесла сказал: " Так, теперь у нас есть энергия". После чего сел на место водителя, нажал на педаль, и машина поехала! Он ездил на ней неделю, пока ее тестировали специалисты. Никаких батарей или аккумуляторов на машине не было, однако машина развивала скорость до 150 км/час. " Откуда же берётся энергия? " - спрашивали у Теслы озадаченные коллеги-учёные. Тот невозмутимо отвечал: " Из эфира, который нас окружает".

Впервые сооружает невиданный до той поры резонансный
трансформатор, способный производить на выходе напряжение в десятки миллионов вольт за счет искрового разряда в его первичной цепи. Посетители Всемирной выставки 1893 года в Чикаго, выпучив глаза, смотрели на непонятное и страшное представление, которое ежедневно учинял худой, нервный господин со смешной фамилией. С чудовищной невозмутимостью тот пропускал через себя электроток напряжением в два миллиона вольт. По заявлениям Эдисона в газетах, от экспериментатора не должно было бы остаться и уголька (однажды Эдисон не постеснялся демонстративно убить переменным током собаку). А Тесла как ни в чём не бывало улыбается, и в его руках при этом ярко горят лампочки Эдисона... В те времена подобный фокус казался чудом.

С 1936 по 1942 год он был директором проекта " Радуга" - по технологии Стелс, в рамках которого состоялся печально известный Филадельфийский эксперимент. Никола Тесла предвидел возможность человеческих жертв и затягивал проведение эксперимента, настаивал на переделке оборудования. Однако в условиях войны на это не хватило ни времени, ни средств, а жертвы считались неизбежными. Через десять месяцев после смерти Теслы американский военный флот провел эксперимент по невидимости корабля для радаров. Для этого на эсминце " Элдридж" создали " электромагнитный пузырь" - экран, который с помощью генераторов Николы Теслы отводил бы излучение радаров мимо корабля. С этой целью на палубе эсминца DE-173 (" Элдридж") были смонтированы четыре мощных катушки, создающие электромагнитного поле. Эти катушки образовали по периметру корабля мощное импульсное магнитное поле определенной направленности, а также вихревое электрическое поле большой напряженности, направленное перпендикулярно поверхности палубы. В трюме располагались четыре синхронизированные по фазе генератора (мощностью 75 kW каждый), способные " накачивать" эти катушки импульсным напряжением на резонансной частоте и создавать на корпусе эсминца огромный электрический потенциал. В результате корпус корабля приобрел электрический заряд одного знака, а противоположный заряд распределился в окружающем водном пространстве. Так осуществлялась зарядка " водного" развернутого конденсатора огромной емкости.

28 октября 1943 года вся эта система была включена, и эсминец начал окутываться зеленоватым туманом. Затем туман стал исчезать...вместе с эсминцем, исчез на несколько секунд, став невидим не только для радара, но и для невооруженного глаза. При этом корабль оставил на воде четкий отпечаток своего корпуса. В ходе эксперимента выявился совершенно непредвиденный побочный эффект: свидетели уверяют, что неожиданно увидели его в Норфолке, на удалении в сотни миль.

В результате эксперимента несколько человек исчезли навсегда, пятеро оказались вплавлены в стальную обшивку корабля, многие лишились рассудка. Члены судовой команды полностью потеряли ориентацию во времени и пространстве. По возвращении на базу многие не могли передвигаться, не опираясь на стены, и находились в состоянии неизбывного ужаса. Впоследствии, после длительного периода реабилитации, все члены команды были уволены как " психически неуравновешенные". В итоге проект " Радуга" прикрыли, а результаты эксперимента засекретили. Что там было на самом деле - не знает никто. Автора фантасмагории, способного разъяснить случившееся, уже не было в живых.

 

Всё задуманное Тесла хотел осуществить путём передачи электроэнергии сквозь Землю, а не с орбит вокруг неё.

Что касается лучевого оружия, созданного Теслой - Ландау - Капицей, то оно реализовалось в двух вариантах. Первый - это отечественный комплекс «Гранит», до сих пор мало известный широкой публике. Принято считать, что это современное лазерное оружие. На самом деле «Гранит» использует не только лазер (у которого световой луч), но и мазер - устройство, использующее луч в радиочастотном диапазоне. Эти лучи легко выводят из строя радиоэлектронное оборудование противника на большом расстоянии. Но при этом лучи влияют на психику человека. Когда американцы создали космический челнок «Шаттл», одно время эти корабли летали над территорией нашей страны. Ноты протеста не возымели действия. Тогда было принято решение произвести лёгкий, «профилактический» выстрел по челноку из установки «Гранит». Мощность удара была небольшой - так, чтобы обошлось без жертв. Но экипаж «Шаттла» на полчаса потерял сознание, почти вся аппаратура корабля вышла из строя, приземляться пришлось, применяя ручное управление. Американцы быстро всё поняли: больше ни один челнок над территорией СССР не пролетал.

Ещё в далёком 1900 году Тесла считал, что необходимо следующее (и это всё почти уже осуществлено):

1. установление связи между существующими телеграфическими станциями или центрами всего мира;

2. организация тайной государственной телеграфической службы без возможности её глушить;

3. установление связи между существующими телефонными центрами или станциями на Земле;

4. единое распространение общих газетных известий с помощью телеграфа и телефона;

5. создание службы на принципах " Мировой системы" для передачи сведений с исключительно частной целью (осуществлено с помощью мировой сети компьютеров - Интернет);

6. установление взаимосвязи всех телеграфических аппаратов в мире;

7. единая отметка времени с помощью часов, которые с астрономической точностью отмечают секунды;

8. передача знаков, слов, звуковых сигналов и т.д., а также машинописных и рукописных текстов (точное описание телефакса);

9. создание службы для записи музыки;

10. создание общемировой службы для нужд торгового флота, помогающей в навигации, в безупречных бескомпасных рейсах, в определении местонахождения и даже скорости, в предотвращении столкновений и катастроф и т.д.;

11. введение общемировой системы печатания;

12. репродуцирование фотографий и всех видов чертежей или рукописных текстов с возможностью их пересылки во все концы света.

Различия взглядов Теслы и Эйнштейна на проблему физической реальности фундаментальны.
Согласно Эйнштейну, человеческий опыт относителен, фиктивен и не соответствует подлинной физической реальности. Для Теслы физическая реальность универсальна и пропитывает все уровни космического бытия, то есть познание истины никоим образом нельзя избегнуть
Согласно Эйнштейну, эфир не является реальной категорией, а существует как результат ошибочных научных воззрений. Для Теслы эфир - единое недифференцированное поле, состоящее из времени, пространства и энергии, а результатом резонирующих процессов в эфире является рождение материи.
Согласно Эйнштейну, время - это всего лишь череда явлений, но не является физической категорией и фиксируется с помощью измерений применительно к каждой системе. Для Теслы время - реальный алгоритм овеществленной математики и создаётся из эфира благодаря резонансу физических систем, в эфир же оно и возвращается.
Согласно Эйнштейну, максимальная скорость достигается в вакууме, и это - скорость света, равная 300000 км/сек. Для Теслы скорость электромагнитных волн не ограничена, и проводимые опыты и вычисления показывают, что в принципе возможен перенос волн и энергии на любые расстояния, а скорость механических и электроволн сквозь Землю намного превышает скорость света в вакууме.
В разговорах с приятелями Тесла часто опровергал некоторые из утверждений Эйнштейна и чаще те, которые относятся к кривизне пространства. Он считал, что этим нарушается закон действия и противодействия: " Если в результате огромных гравитационных полей образуется закруглённость пространства, то из-за противодействия оно должно было бы выпрямляться".
Эйнштейн был человеком чистой теории, а Тесла - преимущественно экспериментатором.

Исследователь Фернандо Гэлембек на 240-м Национальном собрании Американского химического общества объявил во всеуслышание о возможности человечества добывать энергию буквально из воздуха. Подобную идею некогда выдвигал знаменитый ученый Николай Тесла, который считал, что электричество можно получать из атмосферы.

По мнению Фернандо Гэлембека, эксперименты группы исследователей, которую он возглавляет, подарят будущим поколениям альтернативный источник энергии. Суть опытов заключена в следующем. Гэлембек в условиях высокой влажности воздуха наблюдал, как частицы воды контактируют с микроскопическими частицами кремния и фосфата алюминия. В результате контакта кремний стал отрицательно заряженным, а частицы алюминия — положительно заряженными. Опыт показал, что вода в атмосфере способна накапливать электрический заряд и передавать его материалам, с которыми она контактирует.(комиссия по лженауке Круглякова)

«Примерно такой же механизм характерен для образования зарядов в грозовых облаках. Кристаллический лед и жидкая вода присутствуют в облаках в аэрозольной фазе — при столкновении в них происходит разделение зарядов. Дальше одни частицы, более тяжелые, аккумулируются внизу облака. Другие остаются наверху, — поясняет РБК daily доцент Московского физико-технического института Александр Родин. — Происходит разделение зарядов, затем происходит мощный разряд. Если мы рассматриваем метеорологические масштабы, то, естественно, в атмосфере заключена серьезная энергетика».

Фернандо Гэлембек полагает, что в будущем можно создать энергетические аккумуляторы, подобные солнечным батареям, но основанные на новом принципе работы.

Многие великие учёные внесли в большой вклад в развитие электротехники. 20 век является ярким примером расширения областей применения электрических явлений. Это и развитие космонавтики, где порой основная часть работы выполняется с помощью автоматических электрических устройств. Дальний космос вообще исследуется с помощью автоматов. Человеку отводится роль в мельчайших подробностях предусмотреть всевозможные ситуации, которые могут возникнуть в ходе выполнения заданий и задать программу преодоления непредвиденных ситуаций.

Кибернетика до невообразимых пределов расширила человеческие возможности в части конструирования, сбора и обработки информации, принятия быстрых решений и доставка программы действий на борт КА.

Лазеры- электрические устройства, позволяющие передавать лучистую энергию большой концентрации на большие расстояния. Локаторы- позволяющие на большом расстоянии обнаруживать объекты на Земле и в космосе, в настоящее время являются обязательным элементом конструкции самолётов и ракет.

Основные понятия и законы электрических цепей

Принято считать направление движения тока обратным направлению движения отрицательных зарядов.

• электрический ток в металлах — это направленное движением свободных электронов.

Так как электрический ток в металлах образуют свободные электроны, то проводимость металлических проводников называется электронной проводимостью.

Электрический ток в металлах возникает под действием внешнего электрического поля. На электроны проводимости, находящиеся в этом поле, действует электрическая сила, сообщающая им ускорение, направленное в сторону, противоположную вектору напряженности поля. В результате электроны приобретают некоторую добавочную скорость (ее называют дрейфовой). Эта скорость возрастает до тех пор, пока электрон не столкнется с атомом кристаллической решетки металла. При таких столкновениях электроны теряют свою избыточную кинетическую энергию, передавая ее ионам. Затем электроны снова разгоняются электрическим полем, снова тормозятся ионами и т.д. Средняя скорость дрейфа электронов очень мала, около 10^–4 м/с.

• Скорость распространения тока и скорость дрейфа не одно и то же. Скорость распространения тока равна скорости распространения электрического поля в пространстве, т.е. 3⋅ 10⁸ м/с.

 

Единица заряда Q-Кулон. Единичный заряд (электрона) равен 1.6 10 ^-19 К.

Напряженность эл. поля E=F/Q-вектор [B/m], F-сила, действующая на единицу положительного заряда.

Сила постоянного тока I=Q/τ Ампер,

Разность потенциалов -Вольт

Сопротивление U_ab=I R, R=R_o [1+α (T₁-T₀)] –Ом, G=1/R-проводимость

Работа A=(U₁-U₂) I τ -Джоуль. Мощность P=U I –Ватт (Дж/сек).

Источник ЭДС. U=E-R_v I-вольт- амперная характеристика.

 

 

U

E=U_x

 

I_кз I

Электрическая цепь.

Это источники и приёмники эл. энергии, измерительные приборы,

Соединительные линии и провода.

Источник эл энергии преобразует какую - либо энергию в электрическую (химическую, тепловую, механическую.

Приёмник эл. энергии- обратное преобразование эл. энергии.