СпецАвтоматика — Интернет

Автор: Bagira

Наблюдая в 1600 году, как потёртый о шерсть янтарь (по-древнегречески — «электрон») притягивает к себе другие лёгкие тела, английский физик Уильям Гилберт ввёл в научный обиход термин «электричество». С тех пор перед учёными появилась цель разработать устройства, позволяющие накапливать как можно большее количество электрических зарядов.

Ионистор: Копилка для электричества

Журнал: Тайны 20-го века, №30 — август 2015 года
Рубрика: История изобретений
Автор: Вера Чистякова, Александр Плошинский

Лейденская банка

Повторяя опыты Гилберта, немецкий физик Отто фон Герике предположил, что электричество представляет собой невидимую жидкость. Она возникает, если интенсивно потереть кусочки серы, стекла или янтаря, и обладает способностью течь по металлам. На основе этой гипотезы в 1663 году ему удалось создать первую в истории электрическую машину, в которой вращающийся шар из серы заряжался от трения сухой рукой и передавал заряд по проволоке металлическому бруску. Эта машина получила большое распространение в Европе и Америке, но количество вырабатываемого ею электричества было невелико.
В 1746 году голландский физик Питер ван Мушенбрук из Лейдена, работая с машиной Герике, решил накопить «электрическую жидкость» в стеклянном сосуде. Он взял в правую руку банку с водой, в которую поместил металлический брусок, а своего помощника заставил вращать электрическую машину.
Решив, что в банке накопилось достаточное количество зарядов, он левой рукой отсоединил проволоку от бруска. В этот момент учёный ощутил такой сильный удар, что чуть не погиб. В письме французскому физику Реомюру он писал, что этот «новый и страшный опыт советую самим никак не повторять, и даже ради королевской короны я не согла шусь снова подвергнуться столь ужасному сотрясению».

Один за всех и все за одного!

Новость о лейденской банке быстро распространилась по Европе. В Париже Реомюр рассказал об удивительном открытии своему другу аббату Нолле, увлекавшемуся физикой. Аббат решил, что «нечисть» из лейденской банки не сможет оказать дурное влияние на служителей Бога, и пригласил для проверки своей идеи около 200 монахов. Как только первый из них прикоснулся к банке, всех остальных, державшихся за руки, пронзила судорога.
После этого Нолле решил противопоставить непонятной силе из банки вполне реальную силу королевских мушкетёров. В присутствии короля аббат выстроил в Версале цепь из бравых гвардейцев, велел им крепко взяться за руки и проявить мужество перед лицом невидимого врага.
Зарядив лейденскую банку, аббат подошёл к капитану мушкетёров, стоящему первым, и попросил его к ней прикоснуться. Даже гвардейская дисциплина оказалась бессильной перед «дьявольской силой», и все мушкетёры с криком повалились на землю. Наблюдая за произведенным опытом, Нолле придумал ему название — «электрическая цепь». Этот термин сохранился и до наших дней.

В конце 19-го века между Томасом Эдисоном (он открыл постоянный ток) и Николой Теслой (переменный ток) развернулась настоящая война. Но в итоге переменный ток был признан более безопасным и эффективным.

Чтобы лишний раз продемонстрировать королю мощь лейденской банки, аббат поднёс её к воробью, сидевшему в клетке. Раздался треск от проскочившей искры, и воробей свалился замертво.

Дьявол из банки

Английский врач и астроном, Джон Бевис из Лондона, заинтересовался изобретением Мушенбрука и в целях безопасности обернул внешнюю поверхность банки фольгой, благодаря чему электричество можно было отводить в землю. Он также покрыл фольгой и внутреннюю поверхность банки, и теперь жидкость в ней была уже не нужна. Банка стала идеальным устройством для накопления электричества, а разделённые изолятором металлические поверхности до сих пор являются основными элементами любого современного конденсатора.
В 1786 году итальянский физиолог и физик Луиджи Гальвани начал проводить опыты с электричеством на животных. В своём дневнике он писал: «Я разрезал и препарировал лягушку и поместил её на стол, на котором находилась электрическая машина с лейденскими банками. Когда один из моих помощников остриём скальпеля случайно коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги».
После публикации Гальвани в 1791 году «Трактата о силах электричества при мышечном движении» многие учёные стали гадать, что будет, если пропустить ток через труп человека. На такой эксперимент решился племянник и последователь Гальвани — Джованни Альдини.
18 января 1803 года в Лондоне он устроил выдающуюся демонстрацию влияния электричества на тело повешенного преступника. Когда Альдини помещал провода на рот и ухо, челюстные мышцы начинали подёргиваться, и лицо убийцы корчилось в гримасе боли. Левый глаз открывался, как будто труп хотел посмотреть на своего мучителя. Газета London Times писала: «Несведущей части публики могло показаться, что несчастный вот-вот оживёт».

Накопленная сила

В 1800 году итальянский физик Алес-сандро Вольта изобрёл электролитический источник тока, прототип современной батарейки. Вольта обнаружил, что между различными металлами, помещенными в химический раствор, появляется напряжение. А если эти металлы соединить проводником, то по нему начинает протекать электрический ток.
Вольта ввёл новые понятия в этой области — «электрическая ёмкость», «электрический ток» и «разность потенциалов». Он установил, что заряд конденсатора пропорционален разности потенциалов между его пластинами. Причём чем меньше расстояние между ними, тем больший заряд может накопить конденсатор. Вольта впервые использовал электрическую искру для поджигания газа метана.
В середине 19-го века были изобретены новые электрические машины. Лейденские банки уже можно было заряжать до очень высокого напряжения, но их разряд был кратковременным. Только через 100 лет учёным удалось решить задачу накопления в конденсаторе такого количества электричества, которое можно использовать в промышленных целях.

Ионисторы и ё-мобиль

Первый ионистор — конденсатор, в котором роль изолятора играл ионный слой на пористых угольных электродах, — был запатентован в 1957 году фирмой General Electric. В 1982 году были запатентованы ионисторы для применения в качестве мощных источников питания. На рынке они появились под именем PRI Ultracapacitor.
В отличие от аккумуляторов, ионисторы допускают очень большие токи зарядки и разрядки. Они обладают длительным сроком службы и не подвержены химическому старению. Установлено, что после 100 000 циклов заряд-разряд не наблюдается ухудшение их электрических характеристик. Они могут работать при любой полярности, а знаки «+» и «-» на ионисторах указаны только для обозначения начальной зарядки на заводе-изготовителе. Фирма Hyundai Motor недавно освоила выпуск автобусов с электродвигателем на ионисторах, которые подзаряжаются на каждой третьей остановке. Это экономичная альтернатива троллейбусу, так как нет необходимости прокладывать контактную сеть. А в самих троллейбусах ионисторы сегодня используются для режима автономного хода, когда на коротком участке маршрута троллейбус должен двигаться в объезд на большом расстоянии от токонесущих проводов.
По мнению многих учёных, ионисторы могут в скором времени заменить обычные аккумуляторы. В Российской Федерации разработан проект автомобиля (ё-мобиль), который будет использовать ионисторы как основное средство для накопления электрической энергии. Серийный выпуск ё-мобиля должен был начаться в марте 2015 года.
К сожалению, отсутствие подходящего отечественного электродвигателя и технологические трудности в изготовлении конденсаторов соответствующей ёмкости заставили разработчиков временно закрыть этот проект. К тому же существующие автопроизводители вряд ли будут способствовать появлению на свет нового и дешёвого конкурента.

Загрузка…