Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Электричество (значения) .
"Электрик" перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см Электрический (значения) .

Множественные удары молнии по городу ночью
Молния - одно из самых драматических эффектов электричества.
Статьи о
Электромагнетизм
Соленоид
Электростатика
Магнитостатика
Электродинамика
  • Закон силы Лоренца
  • Электромагнитная индукция
  • Закон Фарадея
  • Закон Ленца
  • Ток смещения
  • Магнитный векторный потенциал
  • Уравнения Максвелла
  • Электромагнитное поле
  • Электромагнитный импульс
  • Электромагнитное излучение
  • Тензор Максвелла
  • Вектор Пойнтинга
  • Потенциал Льенара – Вихерта
  • Уравнения Ефименко
  • Вихревой ток
  • Уравнения Лондона
  • Математические описания электромагнитного поля
Электрическая сеть
  • Переменный ток
  • Емкость
  • Постоянный ток
  • Электрический ток
  • Электролиз
  • Плотность тока
  • Джоулевое нагревание
  • Электродвижущая сила
  • Импеданс
  • Индуктивность
  • Закон Ома
  • Параллельная схема
  • Сопротивление
  • Резонансные полости
  • Последовательная схема
  • Напряжение
  • Волноводы
Ковариантная формулировка
  • Электромагнитный тензор
    ( тензор энергии-импульса )
  • Четырехтоковый
  • Электромагнитный четырехпотенциальный
Ученые
  • Ампер
  • Биот
  • Кулон
  • Дэви
  • Эйнштейн
  • Фарадей
  • Физо
  • Гаусс
  • Хевисайд
  • Генри
  • Герц
  • Джоуль
  • Ленц
  • Лоренц
  • Максвелл
  • Ørsted
  • Ом
  • Ричи
  • Savart
  • Певица
  • Тесла
  • Вольта
  • Вебер
  • v
  • т
  • е

Электричество есть множество физических явлений , связанные с наличием и движением от материи , которая имеет свойство электрического заряда . Электричество связано с магнетизмом , которые являются частью явления электромагнетизма , как описано уравнениями Максвелла . С электричеством связаны различные общие явления, в том числе молния , статическое электричество , электрический нагрев , электрические разряды и многие другие.

Наличие электрического заряда, который может быть как положительным, так и отрицательным, создает электрическое поле . Движение электрических зарядов представляет собой электрический ток и создает магнитное поле .

Когда заряд помещается в место с ненулевым электрическим полем, на него действует сила. Величина этой силы определяется законом Кулона . Если заряд движется, электрическое поле будет работать с электрическим зарядом. Таким образом, мы можем говорить об электрическом потенциале в определенной точке пространства, который равен работе, выполняемой внешним агентом по переносу единицы положительного заряда из произвольно выбранной контрольной точки в эту точку без какого-либо ускорения и обычно измеряется в вольтах. .

Электричество лежит в основе многих современных технологий, которые используются для:

  • электроэнергия, при которой электрический ток используется для питания оборудования;
  • электроника, которая имеет дело с электрическими цепями, которые включают активные электрические компоненты, такие как вакуумные лампы , транзисторы , диоды и интегральные схемы , а также связанные с ними технологии пассивных соединений.

Электрические явления изучались с древних времен, хотя прогресс в теоретическом понимании оставался медленным до семнадцатого и восемнадцатого веков. Теория электромагнетизма была разработана в 19 веке, и к концу этого столетия электричество стало использоваться в промышленных и жилых помещениях инженерами-электриками . Быстрое развитие электрических технологий в это время преобразовало промышленность и общество, став движущей силой Второй промышленной революции . Чрезвычайная универсальность электричества означает, что его можно использовать в практически неограниченном наборе приложений, включая транспорт , отопление , освещение , связь и вычисления.. Электроэнергия сейчас является основой современного индустриального общества. [1]

История

Фалес , самый ранний известный исследователь электричества
Основные статьи: История теории электромагнетизма и История электротехники
Смотрите также: этимология электричества

Задолго до того, как появились какие-либо знания об электричестве, люди знали о ударах электрических рыб . Древние египетские тексты, датируемые 2750 г. до н.э., называют этих рыб «Громовержцами Нила » и описывают их как «защитников» всех других рыб. Спустя тысячелетия о электрических рыбах снова сообщили древнегреческие , римские и арабские натуралисты и врачи . [2] Некоторые древние писатели, такие как Плиний Старший и Скрибоний Ларгус , засвидетельствовали обезболивающее действие электрического шока, наносимого электрическим сомом.и электрические лучи , и знал, что такие разряды могут проходить по проводящим объектам. [3] Пациентам, страдающим такими заболеваниями, как подагра или головная боль, приказывали прикоснуться к электрической рыбе в надежде, что мощный толчок их вылечит. [4]

Древние культуры Средиземноморья знали, что определенные предметы, такие как янтарные стержни , можно натирать кошачьей шерстью, чтобы привлечь легкие предметы, например перья. Фалес Милетский провел серию наблюдений за статическим электричеством около 600 г. до н.э., из которых он полагал, что трение делает янтарь магнитным , в отличие от минералов, таких как магнетит , которые не нуждаются в трении. [5] [6] [7] [8] Фалес ошибался, полагая, что притяжение было вызвано магнитным эффектом, но позже наука докажет связь между магнетизмом и электричеством. Согласно спорной теории, парфянВозможно, он знал о гальванике , основываясь на открытии в 1936 году Багдадской батареи , которая напоминает гальванический элемент , хотя неясно, был ли артефакт электрическим по своей природе. [9]

Бенджамин Франклин провел обширные исследования электричества в 18 веке, как это было задокументировано Джозефом Пристли (1767) « История и современное состояние электричества» , с которым Франклин вел обширную переписку.

Электричество оставалось лишь интеллектуальным курьезом на протяжении тысячелетий до 1600 года, когда английский ученый Уильям Гилберт написал книгу « Де Магнете» , в которой он провел тщательное исследование электричества и магнетизма, отличив магнитный эффект от статического электричества, возникающего при натирании янтаря. [5] Он придумал новое латинское слово electricus («янтарь» или «как янтарь», от ἤλεκτρον, электрон , греческое слово , означающее «янтарь») для обозначения свойства притягивать мелкие предметы после того, как их потерли. [10]Эта ассоциация дала начало английским словам «электрический» и «электричество», которые впервые появились в печати в книге Томаса Брауна « Pseudodoxia Epidemica» 1646 года [11].

Дальнейшие работы проводились в 17 и начале 18 веков Отто фон Герике , Робертом Бойлем , Стивеном Греем и К.Ф. дю Фэем . [12] Позже, в 18 веке, Бенджамин Франклин провел обширные исследования в области электричества, продав свое имущество для финансирования своей работы. В июне 1752 года он, как говорят, прикрепил металлический ключ к нижней части смоченной струны воздушного змея и запустил воздушного змея в грозовом небе. [13] Последовательность искр, прыгающих от ключа к тыльной стороне его руки, показала, что молния действительно имела электрическую природу. [14] Он также объяснил кажущееся парадоксальным поведение [15]из лейденской банки в качестве устройства для хранения больших объемов электрического заряда в терминах электричества , состоящее из положительных и отрицательных зарядов. [12]

Открытия Майкла Фарадея легли в основу технологии электродвигателей.

В 1791 году Луиджи Гальвани опубликовал свое открытие биоэлектромагнетизма , продемонстрировав, что электричество является средой, с помощью которой нейроны передают сигналы мышцам. [16] [17] [12] Батарея Алессандро Вольта , или гальваническая батарея, 1800 года, сделанная из чередующихся слоев цинка и меди, предоставила ученым более надежный источник электроэнергии, чем использовавшиеся ранее электростатические машины . [16] [17] Признание электромагнетизма , единства электрических и магнитных явлений, принадлежит Гансу Кристиану Эрстеду и Андре-Мари Ампер.в 1819–1820 гг. Майкл Фарадей изобрел электродвигатель в 1821 году, а Георг Ом математически проанализировал электрическую цепь в 1827 году. [17] Электричество и магнетизм (и свет) были окончательно связаны Джеймсом Клерком Максвеллом , в частности в его « О физических силовых линиях » в 1861 и 1862 гг. [18]

В то время как в начале 19 века произошел быстрый прогресс в области электротехники, в конце 19 века произойдет наибольший прогресс в области электротехники . Через таких людей, как Александр Грэм Белл , Отто Блати , Томас Эдисон , Галилео Феррарис , Оливер Хевисайд , Аньос Йедлик , Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин , Чарльз Алджернон Парсонс , Вернер фон Сименс , Джозеф Свон , Реджинальд Фессенден , Никола Тесла и Джордж Вестингаузэлектричество превратилось из научного курьеза в незаменимый инструмент современной жизни.

В 1887 году Генрих Герц [19] : 843–44 [20] обнаружил, что электроды, освещенные ультрафиолетовым светом, легче создают электрические искры . В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал статью, в которой объяснил экспериментальные данные по фотоэлектрическому эффекту как результат того, что световая энергия переносится в дискретных квантованных пакетах, возбуждая электроны. Это открытие привело к квантовой революции. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике в 1921 году за «открытие закона фотоэлектрического эффекта». [21] Фотоэлектрический эффект также используется в фотоэлементах.например, солнечные батареи , которые часто используются для производства электроэнергии в коммерческих целях.

Первым твердотельным устройством был « детектор кошачьих усов », впервые использованный в 1900-х годах в радиоприемниках. Проволока в форме усов слегка соприкасается с твердым кристаллом (например, кристаллом германия ) для обнаружения радиосигнала по эффекту контактного перехода. [22] В твердотельном компоненте ток ограничен твердыми элементами и соединениями, специально разработанными для его переключения и усиления. Ток можно понимать в двух формах: как отрицательно заряженные электроны и как положительно заряженные электроны, называемые дырками.. Эти заряды и дыры понимаются с точки зрения квантовой физики. Строительный материал чаще всего представляет собой кристаллический полупроводник . [23] [24]

Твердотельная электроника получила признание с появлением транзисторной технологии. Первый рабочий транзистор, точечный транзистор на основе германия , был изобретен Джоном Бардином и Вальтером Хаузером Браттейном в Bell Labs в 1947 году [25], за ним последовал биполярный переходный транзистор в 1948 году. [26] Эти ранние транзисторы были относительно громоздкими. устройства, которые было сложно производить в серийном производстве . [27] : 168 За ними последовал полевой МОП-транзистор на основе кремния.(полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, или МОП-транзистор), изобретенный Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. [28] [29] [30] Это был первый по-настоящему компактный транзистор, который мог быть миниатюрные и серийно производимые для широкого круга применений [27] : 165,179, что привело к кремниевой революции . [31] Твердотельные устройства начали преобладать с 1960-х годов, когда произошел переход от электронных ламп к полупроводниковым диодам , транзисторам, интегральным схемам (ИС), полевым МОП-транзисторам и светодиодам. (LED) технология.

Наиболее распространенным электронным устройством является полевой МОП-транзистор [29] [32], который стал самым широко производимым устройством в истории. [33] Обычные твердотельные МОП-устройства включают микропроцессорные микросхемы [34] и полупроводниковую память . [35] [36] Особым типом полупроводниковой памяти является флэш-память , которая используется в USB-флеш-накопителях и мобильных устройствах , а также в технологии твердотельных накопителей (SSD) для замены механически вращающихся магнитных дисков на жестких дисках (HDD). технологии.

Концепции

Электрический заряд

Основная статья: Электрический заряд
См. Также: электрон , протон и ион
Заряд на электроскопе с золотым листом заставляет листья заметно отталкиваться друг от друга

Наличие заряда приводит к возникновению электростатической силы: заряды действуют друг на друга, эффект, который был известен, хотя и не изучен, в древности. [19] : 457 Легкий шар, подвешенный на веревке, можно зарядить, коснувшись его стеклянным стержнем, который сам заряжается путем трения тканью. Если такой же шар заряжается тем же стеклянным стержнем, обнаруживается, что он отталкивает первый: этот заряд заставляет два шара разделяться. Два шара, заряженные натертым янтарным стержнем, также отталкиваются друг от друга. Однако, если один шар заряжается стеклянным стержнем, а другой - янтарным, два шара притягиваются друг к другу. Эти явления исследовал в конце восемнадцатого века Шарль-Огюстен де Кулон., который вывел это обвинение, проявляется в двух противоположных формах. Это открытие привело к хорошо известной аксиоме: одноименные предметы отталкиваются, а противоположно заряженные - притягиваются . [19]

Сила действует на сами заряженные частицы, поэтому заряд имеет тенденцию распространяться как можно более равномерно по проводящей поверхности. Величина электромагнитной силы, притягивающей или отталкивающей, определяется законом Кулона , который связывает силу с произведением зарядов и имеет отношение обратных квадратов к расстоянию между ними. [37] [38] : 35 Электромагнитная сила является очень сильным, второй только в силу к сильному взаимодействию , [39] , но в отличие от той силы , он действует на все расстояния. [40] По сравнению с гораздо более слабой гравитационной силой, Электромагнитная сила , толкающая два электрона друг от друга 10 42 раз больше , чем в гравитационном притяжении , потянув их вместе. [41]

Исследование показало, что заряд происходит от определенных типов субатомных частиц, которые обладают свойством электрического заряда. Электрический заряд порождает и взаимодействует с электромагнитной силой , одной из четырех фундаментальных сил природы. Наиболее известные переносчики электрического заряда - электрон и протон . Эксперимент показал, что заряд является постоянной величиной , то есть чистый заряд в электрически изолированной системе всегда будет оставаться постоянным, независимо от любых изменений, происходящих в этой системе. [42]Внутри системы заряд может передаваться между телами либо путем прямого контакта, либо путем прохождения по проводящему материалу, например по проводу. [38] : 2–5 Неофициальный термин « статическое электричество» относится к чистому наличию (или «дисбалансу») заряда на теле, обычно возникающему, когда разнородные материалы трутся друг о друга, передавая заряд от одного к другому.

Заряд электронов и протонов противоположен по знаку, следовательно, величина заряда может быть выражена как отрицательная или положительная. По соглашению заряд, переносимый электронами, считается отрицательным, а заряд протонов - положительным, что возникло в результате работы Бенджамина Франклина . [43] Количество заряда обычно обозначается символом Q и выражается в кулонах ; [44] каждый электрон несет одинаковый заряд примерно -1,6022 × 10 -19  кулонов . Протон имеет равный и противоположный заряд и, следовательно, +1,6022 · 10 −19   кулонов. Зарядом обладает не только материя , но и антивещество., каждая античастица несет равный и противоположный заряд соответствующей частице. [45]

Заряд можно измерить несколькими способами. Одним из первых инструментов был электроскоп с золотым листом , который, хотя до сих пор используется для демонстраций в классе, был заменен электронным электрометром . [38] : 2–5

Электрический ток

Основная статья: Электрический ток

Движение электрического заряда известно как электрический ток , сила которого обычно измеряется в амперах . Ток может состоять из любых движущихся заряженных частиц; чаще всего это электроны, но любой движущийся заряд представляет собой ток. Электрический ток может протекать через некоторые предметы, электрические проводники , но не через электрический изолятор . [46]

Исторически сложилось так, что положительный ток определяется как имеющий то же направление потока, что и любой положительный заряд, который он содержит, или течь от наиболее положительной части цепи к наиболее отрицательной части. Определенный таким образом ток называется обычным током . Таким образом, движение отрицательно заряженных электронов по электрической цепи , одна из наиболее известных форм тока, считается положительным в направлении, противоположном движению электронов. [47] Однако, в зависимости от условий, электрический ток может состоять из потока заряженных частиц в любом направлении или даже в обоих направлениях одновременно. Для упрощения этой ситуации широко используется переход от положительного к отрицательному.

Электрическая дуга обеспечивает энергетическую демонстрацию электрического тока

Процесс прохождения электрического тока через материал называется электропроводностью , и его природа зависит от заряженных частиц и материала, через который они проходят. Примеры электрических токов включают металлическую проводимость, когда электроны протекают через проводник, такой как металл, и электролиз , когда ионы (заряженные атомы ) проходят через жидкости, или через плазму, такую ​​как электрические искры. В то время как сами частицы могут двигаться очень медленно, иногда со средней скоростью дрейфа только доли миллиметра в секунду, [38] : 17 электрическое полекоторый их возбуждает, распространяется со скоростью, близкой к скорости света , позволяя электрическим сигналам быстро проходить по проводам. [48]

Ток вызывает несколько наблюдаемых эффектов, которые исторически были средством признания его присутствия. То, что вода может быть разложена током от гальванической батареи, было обнаружено Николсоном и Карлайлом в 1800 году. Этот процесс теперь известен как электролиз . Их работа была значительно расширена Майклом Фарадеем в 1833 году. Ток через сопротивление вызывает локальное нагревание - эффект, который Джеймс Прескотт Джоуль изучил математически в 1840 году. [38] : 23–24 Одно из самых важных открытий, касающихся тока, было сделано случайно. Ганс Кристиан Эрстедв 1820 году, когда, готовя лекцию, он стал свидетелем того, как ток в проводе мешал стрелке магнитного компаса. [49] Он открыл электромагнетизм , фундаментальное взаимодействие между электричеством и магнетизмом. Уровень электромагнитного излучения, создаваемого электрической дугой, достаточно высок, чтобы создавать электромагнитные помехи , которые могут нанести ущерб работе соседнего оборудования. [50]

В инженерных или бытовых приложениях ток часто описывается как постоянный (DC) или переменный (AC) ток. Эти термины относятся к тому, как ток изменяется во времени. Постоянный ток, вырабатываемый, например, батареей, который требуется большинству электронных устройств, представляет собой однонаправленный поток от положительной части цепи к отрицательной. [51] : 11 Если, как это часто бывает, этот поток переносится электронами, они будут двигаться в противоположном направлении. Переменный ток - это любой ток, который неоднократно меняет направление; почти всегда это принимает форму синусоидальной волны . [51] : 206–07Таким образом, переменный ток пульсирует вперед и назад внутри проводника, при этом заряд не перемещается на какое-либо расстояние с течением времени. Усредненное по времени значение переменного тока равно нулю, но он передает энергию сначала в одном направлении, а затем в обратном. На переменный ток влияют электрические свойства, которые не наблюдаются при установившемся постоянном токе, такие как индуктивность и емкость . [51] : 223–25 Эти свойства, однако, могут стать важными, когда схема подвержена переходным процессам , например, при первом включении.

Электрическое поле

Основная статья: Электрическое поле
Смотрите также: Электростатика

Понятие электрического поля было введено Майклом Фарадеем . Электрическое поле создается заряженным телом в пространстве, которое его окружает, и приводит к силе, действующей на любые другие заряды, помещенные в поле. Электрическое поле действует между двумя зарядами аналогично тому, как гравитационное поле действует между двумя массами , и, подобно ему, распространяется в бесконечность и показывает обратную квадратичную зависимость от расстояния. [40]Однако есть важное отличие. Гравитация всегда действует как притяжение, сближая две массы, в то время как электрическое поле может вызывать либо притяжение, либо отталкивание. Поскольку большие тела, такие как планеты, обычно не несут чистого заряда, электрическое поле на расстоянии обычно равно нулю. Таким образом, гравитация является доминирующей силой на расстоянии во Вселенной, несмотря на то, что она намного слабее. [41]

Силовые линии, исходящие от положительного заряда над плоским проводником

Электрическое поле обычно меняется в пространстве [52], и его сила в любой точке определяется как сила (на единицу заряда), которую чувствовал бы неподвижный, незначительный заряд, если бы его поместили в эту точку. [19] : 469–70 Концептуальный заряд, называемый « пробным зарядом », должен быть исчезающе малым, чтобы его собственное электрическое поле не мешало главному полю, а также должен быть стационарным, чтобы предотвратить действие магнитных полей . Поскольку электрическое поле определяется в терминах силы , а сила - это вектор , имеющий как величину , так и направление , отсюда следует, что электрическое поле является векторным полем .[19] : 469–70

Изучение электрических полей, создаваемых стационарными зарядами, называется электростатикой . Поле может быть визуализировано набором воображаемых линий, направление которых в любой точке совпадает с направлением поля. Эта концепция была введена Фарадеем [53], чей термин « силовые линии » все еще иногда находит применение. Линии поля - это пути, по которым точечный положительный заряд будет стремиться пройти, когда он был вынужден двигаться внутри поля; однако они представляют собой воображаемую концепцию, не имеющую физического существования, и поле пронизывает все промежуточное пространство между линиями. [53]Силовые линии, исходящие от стационарных зарядов, обладают несколькими ключевыми свойствами: во-первых, они возникают при положительных зарядах и заканчиваются отрицательными зарядами; во-вторых, они должны входить в любой хороший проводник под прямым углом, и в-третьих, чтобы они никогда не пересекались или не приближались друг к другу. [19] : 479

Полое проводящее тело несет весь свой заряд на своей внешней поверхности. Следовательно, поле равно нулю во всех точках тела. [38] : 88 Это принцип действия клетки Фарадея , проводящей металлической оболочки, которая изолирует ее внутреннюю часть от внешних электрических воздействий.

Принципы электростатики важны при проектировании высоковольтного оборудования. Существует конечный предел напряженности электрического поля, которому может противостоять любая среда. За пределами этой точки происходит электрический пробой, и электрическая дуга вызывает пробой между заряженными частями. Воздух, например, имеет тенденцию образовывать дугу через небольшие промежутки при напряженности электрического поля, превышающей 30 кВ на сантиметр. На больших зазорах его прочность на пробой ниже, возможно, 1 кВ на сантиметр. [54] Наиболее заметное естественное явление - молния.возникает, когда заряд отделяется в облаках от восходящих столбов воздуха и увеличивает электрическое поле в воздухе до уровня, превышающего его способность выдержать. Напряжение большого грозового облака может достигать 100 МВ, а энергия разряда - 250 кВтч. [55]

На напряженность поля сильно влияют близлежащие проводящие объекты, и она особенно интенсивна, когда ему приходится огибать остроконечные объекты. Этот принцип используется в громоотводе , острый острие которого способствует развитию удара молнии в нем, а не в здании, которое он защищает [56] : 155

Электрический потенциал

Основная статья: Электрический потенциал
См. Также: Напряжение и аккумулятор (электричество)
Пара ячеек AA . Знак + указывает полярность разности потенциалов между клеммами аккумулятора.

Концепция электрического потенциала тесно связана с концепцией электрического поля. Небольшой заряд, помещенный в электрическое поле, испытывает силу, и чтобы подвести этот заряд к этой точке против силы, требуется работа . Электрический потенциал в любой точке определяется как энергия, необходимая для медленного переноса тестового заряда с бесконечного расстояния в эту точку. Обычно он измеряется в вольтах , а один вольт - это потенциал, на который нужно затратить один джоуль работы, чтобы вывести из бесконечности заряд в один кулон . [19] : 494–98 Это определение потенциала, хотя и формальное, имеет мало практического применения, и более полезной концепцией является концепцияразность электрических потенциалов и представляет собой энергию, необходимую для перемещения единичного заряда между двумя указанными точками. Электрическое поле обладает особым свойством консервативности , что означает, что путь, пройденный испытательным зарядом, не имеет значения: все пути между двумя указанными точками расходуют одинаковую энергию, и, таким образом, можно указать уникальное значение разности потенциалов. [19] : 494–98 Вольт настолько четко обозначен как единица выбора для измерения и описания разности электрических потенциалов, что термин « напряжение» все чаще используется в повседневной жизни.

Для практических целей полезно определить общую точку отсчета, с которой можно выражать и сравнивать потенциалы. Хотя это может быть бесконечность, гораздо более полезным ориентиром является сама Земля , которая, как предполагается, везде имеет одинаковый потенциал. Эта точка отсчета естественно принимает название земля или земля . Предполагается, что Земля является бесконечным источником равных количеств положительного и отрицательного заряда и, следовательно, электрически незаряжена - и не заряжается. [57]

Электрический потенциал - это скалярная величина , то есть он имеет только величину, а не направление. Его можно рассматривать как аналог высоты : точно так же, как выпущенный объект упадет через разницу в высоте, вызванную гравитационным полем, так и заряд «упадет» на напряжение, вызванное электрическим полем. [58] Поскольку на рельефных картах показаны контурные линии, обозначающие точки равной высоты, ряд линий, обозначающих точки с равным потенциалом (известные как эквипотенциалы ), можно провести вокруг электростатически заряженного объекта. Эквипотенциалы пересекают все силовые линии под прямым углом. Они также должны лежать параллельно проводнику.поверхность, иначе это создаст силу, которая переместит носители заряда к потенциалу поверхности.

Электрическое поле формально определялось как сила, действующая на единицу заряда, но концепция потенциала допускает более полезное и эквивалентное определение: электрическое поле - это локальный градиент электрического потенциала. Обычно выражается в вольтах на метр, направление вектора поля - это линия наибольшего наклона потенциала, где эквипотенциалы лежат ближе всего друг к другу. [38] : 60

Электромагниты

Основная статья: Электромагниты
Магнитное поле вращается вокруг тока

Открытие Эрстеда в 1821 году, что магнитное поле существует вокруг всех сторон провода, по которому проходит электрический ток, указывало на прямую связь между электричеством и магнетизмом. Более того, взаимодействие казалось отличным от гравитационных и электростатических сил, двух известных тогда сил природы. Сила, действующая на стрелку компаса, не направляла ее к токоведущему проводу или от него, а действовала под прямым углом к ​​нему. [49] Эрстед сказал, что «электрический конфликт действует вращающимся образом». Сила также зависела от направления тока, потому что если поток был обратным, то сила тоже. [59]

Эрстед не до конца понимал свое открытие, но он заметил, что эффект был обратным: ток воздействует на магнит, а магнитное поле действует на ток. Явление было далее исследовано Ампером , который обнаружил, что два параллельных токоведущих провода оказывают друг на друга силу: два провода, проводящие токи в одном направлении, притягиваются друг к другу, а провода, содержащие токи в противоположных направлениях, раздвигаются. [60] Взаимодействие опосредуется магнитным полем, создаваемым каждым током, и составляет основу международного определения ампера . [60]

Электродвигатель использует важный эффект электромагнетизма: ток, проходящий через магнитное поле, испытывает силу, перпендикулярную как полю, так и току.

Это соотношение между магнитными полями и токами чрезвычайно важно, поскольку оно привело к изобретению электродвигателя Майклом Фарадеем в 1821 году. Униполярный двигатель Фарадея состоял из постоянного магнита, находящегося в бассейне с ртутью . Пропускали ток через проволоку, подвешенную на стержне над магнитом, и погружали в ртуть. Магнит оказывал на провод тангенциальную силу, заставляя его вращаться вокруг магнита до тех пор, пока поддерживался ток. [61]

Эксперименты Фарадея в 1831 году показали, что провод, движущийся перпендикулярно магнитному полю, создает разность потенциалов между своими концами. Дальнейший анализ этого процесса, известного как электромагнитная индукция , позволил ему сформулировать принцип, ныне известный как закон индукции Фарадея, согласно которому разность потенциалов, индуцированная в замкнутой цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока в контуре. Использование этого открытия позволило ему в 1831 году изобрести первый электрический генератор , в котором он преобразовал механическую энергию вращающегося медного диска в электрическую. [61] Диск Фарадея был неэффективен и бесполезен в качестве практического генератора, но он показал возможность генерирования электроэнергии с помощью магнетизма, возможность, которую будут использовать те, кто последовал за его работой.

Электрохимия

Итальянский физик Алессандро Вольта , показывая свою « батарею » на французский император Наполеон Бонапарт в начале 19 - го века.
Основная статья: Электрохимия

Способность химических реакций производить электричество, и, наоборот, способность электричества управлять химическими реакциями имеет широкий спектр применений.

Электрохимия всегда была важной частью электричества. С момента изобретения гальванической батареи электрохимические элементы превратились во множество различных типов батарей, гальванических и электролизных элементов. Таким образом, алюминий производится в огромных количествах, и многие портативные устройства получают питание от перезаряжаемых элементов.

Электрические схемы

Основная статья: Электрическая схема
Основной электрический контур . Источник напряжения V на левой приводит в действие тока я вокруг цепи, обеспечивая электрическую энергию в резисторе R . От резистора ток возвращается к источнику, замыкая цепь.

Электрическая цепь - это соединение электрических компонентов таким образом, что электрический заряд движется по замкнутому пути (цепи), обычно для выполнения некоторой полезной задачи.

Компоненты в электрической цепи могут иметь множество форм, включая такие элементы, как резисторы , конденсаторы , переключатели , трансформаторы и электронику . Электронные схемы содержат активные компоненты , обычно полупроводники , и обычно демонстрируют нелинейное поведение, требующее сложного анализа. Простейшими электрическими компонентами являются те, которые называются пассивными и линейными : хотя они могут временно накапливать энергию, они не содержат ее источников и демонстрируют линейные реакции на стимулы. [62] : 15–16

Резистор , пожалуй , самый простой из пассивных элементов схемы: как предполагает его название, оно сопротивляется ток через него, рассеивая свою энергию в виде тепла. Сопротивление является следствием движения заряда через проводник: например, в металлах сопротивление в первую очередь возникает из-за столкновений между электронами и ионами. Закон Ома - это основной закон теории цепей , гласящий, что ток, проходящий через сопротивление, прямо пропорционален разности потенциалов на нем. Сопротивление большинства материалов относительно постоянно в диапазоне температур и токов; материалы в этих условиях известны как «омические». Ом , единица сопротивления, был назван в честьГеорга Ом и обозначается греческой буквой Ω. 1 Ом - это сопротивление, которое создает разность потенциалов в один вольт в ответ на ток в один ампер. [62] : 30–35

Конденсатора является развитием лейденской банки и представляет собой устройство , которое может хранить заряд, и тем самым накопления электрической энергии в полученном поле. Она состоит из двух пластин , проводящих разделенных тонким изолирующим диэлектрическим слоем; на практике тонкие металлические фольги скручиваются вместе, увеличивая площадь поверхности на единицу объема и, следовательно, емкость . Единицей измерения емкости является фарад , названный в честь Майкла Фарадея и обозначенный символом F.: один фарад - это емкость, которая развивает разность потенциалов в один вольт при накоплении заряда в один кулон. Конденсатор, подключенный к источнику напряжения, первоначально вызывает ток по мере накопления заряда; этот ток, однако, со временем спадет по мере заполнения конденсатора, в конечном итоге упав до нуля. Следовательно, конденсатор не пропускает установившийся ток, а вместо этого блокирует его. [62] : 216–20

Катушка индуктивности является проводником, как правило, катушка провода, которая хранит энергию в магнитном поле в ответ на ток через него. Когда меняется ток, меняется и магнитное поле, вызывая напряжение между концами проводника. Индуцированное напряжение пропорционально скорости изменения тока во времени. Константа пропорциональности называется индуктивностью . Единица индуктивности - генри , названный в честь Джозефа Генри., современник Фарадея. Один генри - это индуктивность, которая будет вызывать разность потенциалов в один вольт, если ток через нее изменяется со скоростью один ампер в секунду. Поведение индуктора в некотором отношении противоположно поведению конденсатора: он свободно пропускает неизменный ток, но противодействует быстро меняющемуся. [62] : 226–29

Электроэнергия

Основная статья: электроэнергия

Электрическая мощность - это скорость, с которой электрическая энергия передается по электрической цепи . В системе СИ единица мощности - ватт , один джоуль в секунду .

Электроэнергия, как механическая мощность , является скорость делает работу , измеряется в ваттах , и обозначается буквой Р . Термин « мощность» в разговорном языке означает «электрическая мощность в ваттах». Электрическая мощность в ваттах, вырабатываемая электрическим током I, состоящим из заряда Q кулонов каждые t секунд, проходящего через разность электрических потенциалов ( напряжений ) V, равна

куда

Q - электрический заряд в кулонах
t время в секундах
I - электрический ток в амперах
V - электрический потенциал или напряжение в вольтах

Электроэнергия часто производится с помощью электрических генераторов , но также может поставляться из химических источников, таких как электрические батареи, или другими способами из самых разных источников энергии. Электроэнергия обычно поставляется предприятиям и домам из электроэнергетики . Электроэнергия обычно продается за киловатт-час (3,6 МДж), который представляет собой произведение мощности в киловаттах на время работы в часах. Электроэнергетические компании измеряют мощность с помощью электросчетчиков , которые учитывают текущую сумму электроэнергии, доставленной потребителю. В отличие от ископаемого топлива, у электричества низкая энтропия.форма энергии и может быть преобразована в движение или многие другие формы энергии с высокой эффективностью. [63]

Электроника

Основная статья: электроника
Электронные компоненты для поверхностного монтажа

Электроника имеет дело с электрическими схемами, которые включают активные электрические компоненты, такие как вакуумные лампы , транзисторы , диоды , оптоэлектронику , датчики и интегральные схемы , а также связанные с ними технологии пассивных соединений. Нелинейное поведение активных компонентов и их способность контролировать потоки электронов делает усиление слабых сигналов и возможных электроники широко используемых в обработке информации , телекоммуникаций и обработки сигналов . Способность электронных устройств действовать как переключателиделает возможной цифровую обработку информации. Технологии соединения, такие как печатные платы , технология упаковки электроники и другие различные формы инфраструктуры связи, дополняют функциональность схемы и превращают смешанные компоненты в обычную рабочую систему .

Сегодня в большинстве электронных устройств для электронного управления используются полупроводниковые компоненты. Изучение полупроводниковых устройств и связанных с ними технологий считается разделом физики твердого тела , в то время как проектирование и создание электронных схем для решения практических задач относится к области электроники .

Электромагнитная волна

Основная статья: Электромагнитная волна

Работы Фарадея и Ампера показали, что изменяющееся во времени магнитное поле действует как источник электрического поля, а изменяющееся во времени электрическое поле является источником магнитного поля. Таким образом, когда одно поле изменяется во времени, обязательно индуцируется поле другого. [19] : 696–700. Такое явление имеет свойства волны и естественно называется электромагнитной волной . Электромагнитные волны были теоретически проанализированы Джеймсом Клерком Максвеллом в 1864 году. Максвелл разработал систему уравнений, которые могли однозначно описывать взаимосвязь между электрическим полем, магнитным полем, электрическим зарядом и электрическим током. Более того, он мог доказать, что такая волна обязательно пойдет поскорость света , и, таким образом, сам свет был формой электромагнитного излучения. Законы Максвелла , объединяющие свет, поля и заряд, являются одной из важнейших вех теоретической физики. [19] : 696–700

Таким образом, работа многих исследователей позволила использовать электронику для преобразования сигналов в высокочастотные колебательные токи, а электричество через проводники соответствующей формы позволяет передавать и принимать эти сигналы с помощью радиоволн на очень большие расстояния.

Производство и использование

Генерация и передача

Основная статья: Производство электроэнергии
См. Также: Передача электроэнергии и Электроэнергия сети
Генератор переменного тока начала ХХ века, изготовленный в Будапеште , Венгрия , в энергетическом зале гидроэлектростанции (фотография Прокудина-Горского , 1905–1915 гг.).

В VI веке до нашей эры греческий философ Фалес Милетский экспериментировал с янтарными стержнями, и эти эксперименты были первыми исследованиями производства электрической энергии. Хотя этот метод, теперь известный как трибоэлектрический эффект , может поднимать легкие объекты и генерировать искры, он крайне неэффективен. [64] Только после изобретения гальванической батареи в восемнадцатом веке, жизнеспособный источник электричества стал доступным. Гальваническая батарея и ее современный потомок, электрическая батарея , хранят энергию химически и делают ее доступной по запросу в виде электрической энергии. [64]Батарея представляет собой универсальный и очень распространенный источник питания, который идеально подходит для многих применений, но его запас энергии ограничен, и после разрядки его необходимо утилизировать или перезарядить. Для больших потребностей в электроэнергии электрическая энергия должна генерироваться и непрерывно передаваться по проводящим линиям передачи.

Электроэнергия обычно вырабатывается электромеханическими генераторами, приводимыми в действие паром, образующимся при сгорании ископаемого топлива , или теплом, выделяемым в результате ядерных реакций; или из других источников, таких как кинетическая энергия, извлекаемая из ветра или текущей воды. Современная паровая турбина, изобретенная сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году, сегодня вырабатывает около 80 процентов электроэнергии в мире, используя различные источники тепла. Такие генераторы не имеют ничего общего с униполярным дисковым генератором Фарадея 1831 года, но они по-прежнему полагаются на его электромагнитный принцип, согласно которому проводник, соединяющий изменяющееся магнитное поле, индуцирует разность потенциалов на своих концах.[65] Изобретение в конце девятнадцатого века трансформатора означало, что электрическая энергия могла передаваться более эффективно при более высоком напряжении, но меньшем токе. Эффективная передача электроэнергии означала, в свою очередь, что электроэнергию можно было вырабатывать на централизованных электростанциях , где она извлекала выгоду из эффекта масштаба , а затем отправлять ее на относительно большие расстояния туда, где она была необходима. [66] [67]

Энергия ветра приобретает все большее значение во многих странах.

Поскольку электрическая энергия не может легко храниться в количествах, достаточно больших, чтобы удовлетворить потребности в национальном масштабе, всегда должно производиться ровно столько, сколько требуется. [66] Это требует от электроэнергетических компаний тщательного прогнозирования своих электрических нагрузок и поддержания постоянной координации со своими электростанциями. Определенное количество генерации всегда должно храниться в резерве, чтобы защитить электрическую сеть от неизбежных сбоев и потерь.

Спрос на электроэнергию растет очень быстро по мере модернизации страны и развития ее экономики. В Соединенных Штатах в течение первых трех десятилетий двадцатого века каждый год в течение первых трех десятилетий двадцатого века [68] наблюдался рост спроса на 12%, что в настоящее время наблюдается в странах с развивающейся экономикой, таких как Индия или Китай. [69] [70] Исторически темпы роста спроса на электроэнергию опережали рост спроса на другие виды энергии. [71] : 16

Экологические проблемы с производством электроэнергии привели к тому, что все большее внимание уделяется производству из возобновляемых источников , в частности, из ветра и солнца . Хотя можно ожидать продолжения дебатов по поводу воздействия на окружающую среду различных средств производства электроэнергии, его окончательная форма относительно чиста. [71] : 89

Приложения

Лампочки , раннее применение электричества, действует посредством джоулева нагрева : прохождение тока через сопротивление , генерирующее тепло

Электричество - очень удобный способ передачи энергии, и он адаптирован для огромного и постоянно растущего числа пользователей. [72] Изобретение практичной лампы накаливания в 1870-х годах привело к тому, что освещение стало одним из первых общедоступных приложений электроэнергии. Хотя электрификация принесла с собой свои опасности, замена открытого огня газового освещения значительно снизила опасность возгорания в домах и на фабриках. [73] Коммунальные предприятия были созданы во многих городах, ориентируясь на растущий рынок электрического освещения. В конце 20 века и в наше время тенденция начала двигаться в направлении дерегулирования в электроэнергетическом секторе. [74]

Эффект резистивного нагрева Джоуля, используемый в лампах накаливания, также находит более прямое применение в электрическом нагреве . Хотя это универсально и поддается контролю, его можно рассматривать как расточительный, поскольку для большей части выработки электроэнергии уже потребовалось производство тепла на электростанции. [75] Ряд стран, например Дания, издали законы, ограничивающие или запрещающие использование резистивного электрического отопления в новых зданиях. [76] Однако электричество по-прежнему является весьма практичным источником энергии для отопления и охлаждения , [77] с кондиционированием воздуха / тепловыми насосами.представляет собой растущий сектор спроса на электроэнергию для отопления и охлаждения, влияние которого электроэнергетические компании все чаще вынуждены учитывать. [78]

Электричество используется в телекоммуникациях , и действительно, электрический телеграф , коммерчески продемонстрированный в 1837 году Куком и Уитстоном , был одним из первых его применений. Со строительством сначала трансконтинентальных , а затем трансатлантических телеграфных систем в 1860-х годах электричество позволило за считанные минуты установить связь по всему миру. Оптоволокно и спутниковая связь заняли свою долю рынка систем связи, но можно ожидать, что электричество останется важной частью этого процесса.

Эффекты электромагнетизма наиболее заметно проявляются в электродвигателе , который обеспечивает чистые и эффективные средства движения. Стационарный двигатель, такой как лебедка , легко снабжен источником энергии, но двигатель, который движется вместе с ним, например электромобиль , обязан либо нести источник энергии, такой как аккумулятор, либо собирать ток от скользящий контакт, например пантограф . Транспортные средства с электроприводом используются в общественном транспорте, например, электрические автобусы и поезда [79], и все большее количество электромобилей с батарейным питанием находится в частной собственности.

В электронных устройствах используется транзистор , возможно, одно из самых важных изобретений двадцатого века [80] и фундаментальный строительный блок всей современной схемотехники. Современная интегральная схема может содержать несколько миллиардов миниатюрных транзисторов на площади всего в несколько квадратных сантиметров. [81]

Электричество и мир природы

Физиологические эффекты

Основная статья: поражение электрическим током

Напряжение, приложенное к человеческому телу, вызывает электрический ток через ткани, и, хотя соотношение нелинейно, чем больше напряжение, тем больше ток. [82] Порог восприятия варьируется в зависимости от частоты источника питания и пути прохождения тока, но составляет от 0,1 мА до 1 мА для электричества сетевой частоты, хотя ток величиной в микроампер может быть обнаружен как эффект электровибрации при определенные условия. [83] Если сила тока достаточно высока, это вызовет сокращение мышц, фибрилляцию сердца и ожоги тканей . [82]Отсутствие каких-либо видимых признаков того, что проводник электрифицирован, делает электричество особенно опасным. Боль, вызванная поражением электрическим током, может быть очень сильной, что иногда приводит к использованию электричества как метода пыток . Смерть вызвана электрическим током, называется электрическим током . Казнь электрическим током по-прежнему является средством судебной казни в некоторых юрисдикциях, хотя в последнее время его использование стало более редким. [84]

Электрические явления в природе

Основная статья: Электрические явления
Электрический угорь, Electrophorus electricus

Электричество - это не изобретение человека, и его можно наблюдать в природе в нескольких формах, ярким проявлением которых является молния . Многие взаимодействия, известные на макроскопическом уровне, такие как прикосновение , трение или химическая связь , происходят из-за взаимодействий между электрическими полями на атомном уровне. В магнитном поле Земли , как полагают, возникают из - за естественного динамо циркулирующих токов в ядре планеты. [85] Некоторые кристаллы, такие как кварц или даже сахар , при внешнем давлении создают разность потенциалов на своих гранях. [86]Это явление известно как пьезоэлектричество , от греческого слова piezein (πιέζειν), что означает нажимать, и было открыто в 1880 году Пьером и Жаком Кюри . Эффект является обратным, и когда пьезоэлектрический материал подвергается воздействию электрического поля, имеет место небольшое изменение физических размеров. [86]

§Биоэлектрогенез в микробной жизни - заметное явление в экологии почв и отложений, являющееся результатом анаэробного дыхания . В микробных клетках топливо имитирует это повсеместно естественное явление.

Некоторые организмы, такие как акулы , способны обнаруживать и реагировать на изменения в электрических полях, способность известной как электрорецепция , [87] в то время как другие, называемом электрогенными , способен генерировать напряжение сами служить хищной или оборонительным оружием. [3] Отряд Gymnotiformes , наиболее известным примером которого является электрический угорь , обнаруживает или оглушает свою жертву с помощью высокого напряжения, генерируемого модифицированными мышечными клетками, называемыми электроцитами . [3] [4] Все животные передают информацию через свои клеточные мембраны с помощью импульсов напряжения, называемых потенциалами действия., функции которого включают коммуникацию нервной системы между нейронами и мышцами . [88] Удар электрическим током стимулирует эту систему и заставляет мышцы сокращаться. [89] Потенциалы действия также отвечают за координацию деятельности некоторых растений. [88]

Культурное восприятие

В 1850 году Уильям Гладстон спросил ученого Майкла Фарадея, почему электричество так ценно. Фарадей ответил: «Однажды, сэр, вы можете обложить налогом». [90]

В 19-м и начале 20-го века электричество не было частью повседневной жизни многих людей, даже в промышленно развитом западном мире . Соответственно, популярная культура того времени часто изображала его как загадочную, квази-магическую силу, способную убивать живых, воскрешать мертвых или иным образом нарушать законы природы. [91] Это отношение началось с экспериментов Луиджи Гальвани 1771 года, в которых было показано, что ноги мертвых лягушек подергиваются под действием животного электричества . «Оживление» или реанимация явно мертвых или утонувших людей было сообщено в медицинской литературе вскоре после работы Гальвани. Эти результаты были известны Мэри Шелли, когда она писалаФранкенштейна (1819), хотя она не называет способ оживления чудовища. Оживление монстров электричеством позже стало основной темой фильмов ужасов.

По мере того, как общественное знакомство с электричеством как источником жизненной силы Второй промышленной революции росло, его обладатели все чаще воспринимались в положительном свете, [92] например, рабочие, которые «теребят смерть кончиком своих перчаток, когда разрушают и размножают живых». провода »в стихотворении Редьярда Киплинга 1907 года« Сыны Марты » . [92] Транспортные средства с электроприводом всех видов фигурируют в приключенческих историях, таких как истории Жюля Верна и книги Тома Свифта . [92] Мастера электричества, вымышленного или реального, включая таких ученых, как Томас Эдисон , Чарльз Стейнмец илиНикола Тесла - обычно считался обладателем волшебных способностей. [92]

Поскольку электричество перестало быть новинкой и стало необходимостью повседневной жизни во второй половине 20-го века, оно требовало особого внимания со стороны массовой культуры только тогда, когда перестало течь [92], что обычно сигнализирует о катастрофе. [92] Люди, которые поддерживают его поток, такие как безымянный герой песни Джимми Уэбба « Wichita Lineman » (1968), [92] по-прежнему часто изображаются как героические фигуры, похожие на волшебников. [92]

Смотрите также

  • Закон Ампера связывает направление электрического тока и связанные с ним магнитные токи.
  • Электрическая потенциальная энергия , потенциальная энергия системы зарядов.
  • Рынок электроэнергии , продажа электроэнергии
  • Гидравлическая аналогия , аналогия между потоком воды и электрическим током.

Примечания

  1. ^ Джонс, Д.А. (1991), «Электротехника: основа общества», IEE Proceedings A - Science, Measurement and Technology , 138 (1): 1–10, DOI : 10.1049 / ip-a-3.1991.0001
  2. ^ Моллер, Питер; Kramer, Бернд (декабрь 1991), "Обзор: Электрический Рыба", BioScience , Американский институт биологических наук, 41 (11): 794-96 [794], DOI : 10,2307 / 1311732 , JSTOR 1311732 
  3. ^ a b c Баллок, Теодор Х. (2005), Электрорецепция , Springer, стр. 5–7, ISBN 0-387-23192-7
  4. ^ a b Моррис, Саймон С. (2003), Решение жизни: неизбежные люди в одинокой вселенной , Cambridge University Press, стр.  182–85 , ISBN 0-521-82704-3
  5. ^ a b Стюарт, Джозеф (2001), Промежуточная электромагнитная теория , World Scientific, стр. 50, ISBN 981-02-4471-1
  6. ↑ Симпсон, Брайан (2003), Электрическая стимуляция и облегчение боли , Elsevier Health Sciences, стр. 6–7, ISBN 0-444-51258-6
  7. ^ Диоген Лаэртский. Р. Д. Хикс (ред.). «Жизни выдающихся философов, книга 1, глава 1 [24]» . Цифровая библиотека Персея . Университет Тафтса . Проверено 5 февраля 2017 года . Аристотель и Гиппий утверждают, что, аргументируя это магнетизмом и янтарем, он приписывал душу или жизнь даже неодушевленным предметам.
  8. ^ Аристотель. Дэниел С. Стивенсон (ред.). "Де Анимус (О душе) Книга 1 Часть 2 (оборотная сторона B4)" . Архив интернет-классики . Перевод Дж . А. Смита . Проверено 5 февраля 2017 года . Фалес тоже, судя по тому, что о нем написано, по-видимому, считал душу движущей силой, поскольку он сказал, что в магните есть душа, потому что он перемещает железо.
  9. ^ Frood, Арран (27 февраля 2003), Загадки 'батареи Багдада', BBC , получено 16 февраля 2008 г.
  10. ^ Baigrie, Brian (2007), Электричество и магнетизм: Историческая перспектива , Greenwood Press, стр 7-8. ISBN 978-0-313-33358-3
  11. ^ Чалмерс, Гордон (1937), "О Lodestone и понимание материи в семнадцатом веке в Англии", философия науки , 4 (1): 75-95, DOI : 10,1086 / 286445 , S2CID 121067746 
  12. ^ a b c Guarnieri, M. (2014). «Электричество в эпоху Просвещения». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 8 (3): 60–63. DOI : 10.1109 / MIE.2014.2335431 . S2CID 34246664 . 
  13. ^ Сродес, Джеймс (2002), Франклин: основной отец-основатель , Regnery Publishing, стр.  92–94 , ISBN 0-89526-163-4 Неизвестно, проводил ли Франклин лично этот эксперимент, но многие приписывают его ему.
  14. ^ Умань, Мартин (1987), Все о молнии (PDF) , Dover Publications, ISBN  0-486-25237-X
  15. ^ Рискин, Джессика (1998), Лейденская банка бедного Ричарда: Электричество и экономика во франклинистской Франции (PDF) , стр. 327
  16. ^ a b Guarnieri, M. (2014). «Большой прыжок с лапок лягушки». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 8 (4): 59-61, 69. DOI : 10,1109 / MIE.2014.2361237 . S2CID 39105914 . 
  17. ^ a b c Кирби, Ричард С. (1990), Инженерное дело в истории , Courier Dover Publications, стр.  331–33 , ISBN 0-486-26412-2
  18. ^ Берксон, Уильям (1974) Поля силы: развитие мировоззрения от Фарадея до Эйнштейна, с.148. Рутледж, 1974
  19. ^ Б с д е е г ч я J Sears, Фрэнсис; и другие. (1982), Университетская физика, шестое издание , Addison Wesley, ISBN 0-201-07199-1
  20. ^ Герц, Генрих (1887). " Ueber den Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung " . Annalen der Physik . 267 (8): S. 983–1000. Bibcode : 1887AnP ... 267..983H . DOI : 10.1002 / andp.18872670827 .
  21. ^ "Нобелевская премия по физике 1921" . Нобелевский фонд . Проверено 16 марта 2013 .
  22. ^ "Solid State" , Бесплатный словарь
  23. ^ Джон Сидней Блейкмор, физика твердого тела , стр. 1-3, Cambridge University Press, 1985 ISBN 0-521-31391-0 . 
  24. ^ Ричард К. Джагер, Трэвис Н. Блэлок, Проектирование микроэлектронных схем , стр. 46–47, McGraw-Hill Professional, 2003 ISBN 0-07-250503-6 . 
  25. ^ «1947: изобретение точечного транзистора» . Музей истории компьютеров . Проверено 10 августа 2019 .
  26. ^ «1948: Концепция переходного транзистора» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Дата обращения 8 октября 2019 .
  27. ^ a b Московиц, Сэнфорд Л. (2016). Передовые инновации в материалах: управление глобальными технологиями в 21 веке . Джон Вили и сыновья . ISBN 9780470508923.
  28. ^ "1960 - Металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор продемонстрирован" . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров .
  29. ^ a b "Кто изобрел транзистор?" . Музей истории компьютеров . 4 декабря 2013 . Проверено 20 июля 2019 .
  30. ^ «Триумф МОП-транзистора» . YouTube . Музей истории компьютеров . 6 августа 2010 . Проверено 21 июля 2019 .
  31. Перейти ↑ Feldman, Leonard C. (2001). «Введение» . Фундаментальные аспекты окисления кремния . Springer Science & Business Media . С. 1–11. ISBN 9783540416821.
  32. ^ Golio, Mike; Голио, Джанет (2018). ВЧ и СВЧ пассивные и активные технологии . CRC Press . С. 18–2. ISBN 9781420006728.
  33. ^ «13 секстиллионов и подсчет: длинный и извилистый путь к самому часто производимому человеческому артефакту в истории» . Музей истории компьютеров . 2 апреля 2018 . Проверено 28 июля 2019 .
  34. ^ Shirriff, Кен (30 августа 2016). «Удивительная история первых микропроцессоров» . IEEE Spectrum . Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике . 53 (9): 48–54. DOI : 10.1109 / MSPEC.2016.7551353 . S2CID 32003640 . Дата обращения 13 октября 2019 . 
  35. ^ "Рынок памяти MOS" (PDF) . Корпорация интегральной схемотехники . Смитсоновский институт . 1997 . Дата обращения 16 октября 2019 .
  36. ^ «Тенденции рынка памяти MOS» (PDF) . Корпорация интегральной схемотехники . Смитсоновский институт . 1998 . Дата обращения 16 октября 2019 .
  37. ^ «Сила отталкивания между двумя маленькими сферами, заряженными одним и тем же типом электричества, обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами двух сфер». Шарль-Огюстен де Кулон, Histoire de l'Academie Royal des Sciences , Париж 1785.
  38. ^ a b c d e f g Даффин, WJ (1980), Электричество и магнетизм, 3-е издание , McGraw-Hill, ISBN 0-07-084111-X
  39. ↑ Национальный исследовательский совет (1998), Physics Through the 1990s , National Academies Press, pp. 215–16, ISBN 0-309-03576-7
  40. ^ a b Умашанкар, Корада (1989), Введение в инженерные электромагнитные поля , World Scientific, стр. 77–79, ISBN 9971-5-0921-0
  41. ^ a b Хокинг, Стивен (1988), Краткая история времени , Bantam Press, стр. 77, ISBN 0-553-17521-1
  42. ^ Трефил, Джеймс (2003), Природа науки: Справочник по законам и принципам, регулирующим нашу Вселенную , Houghton Mifflin Books, стр. 74 , ISBN 0-618-31938-7
  43. ^ Шектман, Джонатан (2003), Новаторские научные эксперименты, изобретения и открытия 18 века , Greenwood Press, стр. 87–91, ISBN 0-313-32015-2
  44. ^ Сьюэлл, Тайсон (1902), Элементы электротехники , Локвуд, стр. 18. Q первоначально обозначал «количества электричества», термин «электричество» теперь более обычно выражаются как «заряд».
  45. ^ Клоуз, Франк (2007), Новый космический лук: кварки и природа Вселенной , CRC Press, стр. 51, ISBN 978-1-58488-798-0
  46. ↑ Шок и трепет: история электричества - Джим Аль-Халили BBC Horizon
  47. ^ Уорд, Роберт (1960), Введение в электротехнику , Прентис-Холл, стр. 18
  48. ^ Solymar, L. (1984), Лекции по теории электромагнетизма , Oxford University Press, стр. 140 , ISBN 0-19-856169-5
  49. ^ a b Берксон, Уильям (1974), « Поля силы: развитие мировоззрения от Фарадея до Эйнштейна» , Routledge, стр. 370 , ISBN 0-7100-7626-6 Рассказы о том, было ли это до, во время или после лекции, различаются.
  50. ^ «Лабораторная записка № 105 Снижение электромагнитных помех - Неподавление против подавления » . Технологии гашения дуги. Апрель 2011 . Проверено 7 марта 2012 года .
  51. ^ a b c Берд, Джон (2007), Электрические и электронные принципы и технологии, 3-е издание , Newnes, ISBN 9781417505432
  52. ^ Почти все электрические поля изменяются в пространстве. Исключением является электрическое поле, окружающее плоский проводник бесконечной протяженности, поле которого однородно.
  53. ^ a b Морли и Хьюз, Принципы электричества, пятое издание , стр. 73, ISBN 0-582-42629-4
  54. ^ Найду, MS; Каматару В. (1982), Техника высокого напряжения , Тата МакГроу-Хилл, стр. 2, ISBN 0-07-451786-4
  55. ^ Найду, MS; Каматару В. (1982), Техника высокого напряжения , Тата МакГроу-Хилл, стр. 201–02, ISBN. 0-07-451786-4
  56. ↑ Пол Дж. Нахин (9 октября 2002 г.). Оливер Хевисайд: жизнь, работа и времена гения-электрика викторианской эпохи . JHU Press. ISBN 978-0-8018-6909-9.
  57. ^ Serway, Raymond A. (2006), физики колледжа Serway в Томсон Брукс, стр. 500, ISBN 0-534-99724-4
  58. ^ Саэли, Сью; MacIsaac, Dan (2007), «Использование гравитационных аналогий для введения элементарных концепций теории электрического поля» , The Physics Teacher , 45 (2): 104, Bibcode : 2007PhTea..45..104S , doi : 10.1119 / 1.2432088 , извлечено 2007- 12-09
  59. ^ Томпсон, Сильванус П. (2004), Майкл Фарадей: Его жизнь и работа , Elibron Classics, стр. 79, ISBN 1-4212-7387-X
  60. ^ a b Морли и Хьюз, Принципы электричества, пятое издание , стр. 92–93.
  61. ^ a b Институт инженерии и технологий , Майкл Фарадей: биография , заархивировано из оригинала 03 июля 2007 г. , извлечено 9 декабря 2007 г.
  62. ^ a b c d Александр, Чарльз; Садику, Мэтью (2006), Основы электрических цепей (3, исправленное издание), McGraw-Hill, ISBN 9780073301150
  63. ^ Физика окружающей среды Клэр Смит 2001
  64. ^ а б Делл, Рональд; Рэнд, Дэвид (2001), «Понимание батарей», Технический отчет NASA Sti / Recon N , Королевское химическое общество, 86 : 2–4, Bibcode : 1985STIN ... 8619754M , ISBN 0-85404-605-4
  65. ^ McLaren, Питер Г. (1984), Elementary электроэнергии и машины , Ellis Хорвуд, стр.  182-83 , ISBN 0-85312-269-5
  66. ^ a b Паттерсон, Уолтер С. (1999), Преобразование электроэнергии: грядущее поколение изменений , Earthscan, стр. 44–48, ISBN 1-85383-341-X
  67. ↑ Edison Electric Institute, History of the Electric Power Industry , заархивировано из оригинала 13 ноября 2007 , извлечено 2007-12-08
  68. ↑ Edison Electric Institute, History of the US Electric Power Industry, 1882–1991 , извлечено 2008-12-08
  69. ^ Форум лидеров по секвестрации углерода, Энергетическая сводка Индии , заархивировано из оригинала 05 декабря 2007 г. , извлечено 8 декабря 2007 г.
  70. ^ IndexMundi, China Electricity - потребление , данные получены 2008-12-08.
  71. ^ a b Национальный исследовательский совет (1986), Электричество в экономическом росте , National Academies Press, ISBN 0-309-03677-1
  72. ^ Уолд, Мэтью (21 марта 1990 г.), «Растущее использование электроэнергии вызывает вопросы о поставках» , New York Times , извлечено 9 декабря 2007 г.
  73. ^ д'Алрой Джонс, Питер, Общество потребителей: история американского капитализма , Penguin Books, стр. 211
  74. ^ "Неровная дорога к дерегулированию энергетики" . EnPowered. 2016-03-28.
  75. ^ Ревелль, Чарльз и Пенелопа (1992), Глобальная окружающая среда: обеспечение устойчивого будущего , Джонс и Бартлетт, стр. 298 , ISBN 0-86720-321-8
  76. ^ Датского Министерство охраны окружающей среды и энергетики, «Е.2 Закон теплоснабжения» , Второе Национальное Сообщение Дании об изменении климата , в архиве с оригинала на 8 января 2008 года , восстановлена 2007-12-09
  77. ^ Браун, Чарльз Э. (2002), Энергетические ресурсы , Springer, ISBN 3-540-42634-5
  78. ^ Ходжати, Б .; Батлс, С., Рост спроса на электроэнергию в домохозяйствах США, 1981–2001 годы: последствия для выбросов углерода (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2008 г. , извлечено 9 декабря 2007 г.
  79. ^ «Общественный транспорт» , Новости альтернативной энергетики , 2010-03-10
  80. ^ Херрик, Деннис Ф. (2003), Медиа-менеджмент в эпоху гигантов: бизнес-динамика журналистики , Blackwell Publishing, ISBN 0-8138-1699-8
  81. ^ Дас, Сасвато Р. (2007-12-15), "Крошечный, могучий транзистор" , Los Angeles Times
  82. ^ a b Тлейс, Нассер (2008), Моделирование энергосистем и анализ неисправностей , Elsevier, стр. 552–54, ISBN 978-0-7506-8074-5
  83. ^ Grimnes, Сверре (2000), Биоимпедансный и Биоэлектричество Basic , Academic Press, стр. 301-09, ISBN 0-12-303260-1
  84. ^ Липшульц, JH; Hilt, MLJH (2002), Новости криминального и местного телевидения , Lawrence Erlbaum Associates, стр. 95, ISBN 0-8058-3620-9
  85. ^ Encrenaz, Терезы (2004), Солнечная система , Springer, стр. 217, ISBN 3-540-00241-3
  86. ^ а б Лима-де-Фариа, Хосе; Бюргера, Мартин Дж (1990), "Исторический атлас кристаллографии", Zeitschrift für Kristallographie , Springer, 209 (12): 67, Bibcode : 1994ZK .... 209.1008P , DOI : 10,1524 / zkri.1994.209.12.1008a , ISBN 0-7923-0649-X
  87. ^ Иванцевич, Владимир и Тияна (2005), Natural Biodynamics , World Scientific, стр. 602, ISBN 981-256-534-5
  88. ^ a b Kandel, E .; Schwartz, J .; Джессел, Т. (2000), Принципы нейронологии , McGraw-Hill Professional, стр.  27–28 , ISBN. 0-8385-7701-6
  89. ^ Давидовиц, Пол (2007), Физика в биологии и медицине , Academic Press, стр. 204–05, ISBN 978-0-12-369411-9
  90. ^ Джексон, Марк (4 ноября 2013 г.), Теоретическая физика - как секс, но без необходимости экспериментировать , The Conversation
  91. ↑ Van Riper, A. Bowdoin (2002), Наука в популярной культуре: справочное руководство , Westport: Greenwood Press , стр. 69, ISBN 0-313-31822-0
  92. ^ a b c d e f g h Van Riper, op. cit., p. 71.

Рекомендации

  • Нахви, Махмуд; Джозеф, Edminister (1965), электрические цепи , McGraw-Hill, ISBN 9780071422413
  • Hammond, Percy (1981), "Электромагнетизм для инженеров" , Природа , Пергамон, 168 (4262): 4-5 , Bibcode : 1951Natur.168 .... 4G , DOI : 10.1038 / 168004b0 , ISBN 0-08-022104-1, S2CID  27576009
  • Более того, А .; Хьюз, Э. (1994), Принципы электричества (5-е изд.), Longman, ISBN 0-582-22874-3
  • Найду, MS; Каматару, В. (1982), Техника высокого напряжения , Тата МакГроу-Хилл, ISBN 0-07-451786-4
  • Нильссон, Джеймс; Ридель, Сьюзан (2007), электрические цепи , Prentice Hall, ISBN 978-0-13-198925-2
  • Паттерсон, Уолтер К. (1999), Преобразование электроэнергии: грядущее поколение изменений , Earthscan, ISBN 1-85383-341-X
  • Бенджамин, П. (1898). История электричества (интеллектуальный подъем электричества) с древности до времен Бенджамина Франклина . Нью-Йорк: J. Wiley & Sons.

внешняя ссылка

  • Глава « Основные концепции электричества» изкниги и серии « Уроки электрических цепей, том 1 » .
  • «Сто лет электричества», май 1931 г., Popular Mechanics
  • Иллюстрированное изображение того, как работает электрическая система в американском доме
  • Электричество по всему миру
  • Заблуждения об электричестве
  • Электричество и магнетизм
  • Понимание электричества и электроники примерно за 10 минут
  • Отчет Всемирного банка о субсидиях на воду, электричество и коммунальные услуги