Краткая история электрической энергии

История электрической энергии может быть прослежена примерно до 600 г. до н.э.. когда греческий философ Фалес Милетский обнаружил, что янтарь, потертый куском меха, притягивает легкие предметы, такие как перья. Это явление обусловлено статическим электричеством. Примерно в это же время пастух на территории нынешней Турции обнаружил явление магнетизма — он увидел, что частицы горной породы прилипают к железному наконечнику его посоха.

Электричество

Уильям Гилберт в 16-ом веке доказал, что многие другие вещества также являются «электрическими» и что они обладают двумя электрическими свойствами. В то время как потертый кусочком меха янтарь приобретает «смоляное электричество», стекло, потертое шелком, приобретает «стеклянное электричество». Электричество отталкивает тот же тип электричества и притягивает противоположный тип. Ученые того времени полагали, что трение на самом деле создаст электричество (их термин для электрических зарядов). Они не могли предположить, что равное количество противоположного электрического заряда остается на мехе или шелке.

Немец Отто фон Герике изобрел первый электрический прибор в 1672 г. Он зарядил шар из серы статическим электричеством, держа свою руку напротив него, в то время как шар вращался вокруг оси. Его эксперимент был фактически предвестником теории, развитой в 1740 г. английским физиком Уильямом Ватсоном и американским государственным деятелем Бенджамином Фраклином, суть которой в том, что электрические заряды находится в любом веществе и что они могут быть получены трением. Франклин для того, чтобы доказать, что молния является разновидностью электричества, запустил воздушною змея во время грозы и вызывал искры, прикасаясь ключом к веревке. Некоторая польза от этого рискованного эксперимента состояла в том, что Франклин изобрел громоотвод.

Алессандро Вольта, итальянский аристократ, изобрел первую батарею. Используя несколько наполненных соленой водой стеклянных емкостей, в которые были помещены цинковые и медные электроды, ом обнаружил, что можно получить электрический удар, прикоснувшись к проводам. То была первая гальваническая батарея и, несомненно, предшественница аккумулятора, который был изобретен французским физиком Гастоном Планше в 1859 г. На сей раз это была кислотно-свинцовая батарея, в которой электричество создастся за счет химической реакции. При этом батарея могли быть восстановлена подачей электрического тока в противоположном направлении. Но никакая батарея или аккумуляторный элемент не может дать больше некоторого количества энергии, и изобретатели вскоре осознали, что нужен постоянный источник электрического тока. Майкл Фарадей, сын кузнеца из Сурреи и помощник сэра Гемфри Дэви, изобрел электрический генератор. В 1831 г. Фарадей создал машину, в которой медный диск вращался между полюсами большого магнита. Медные пластины обеспечивали контакты с ободом диска и осью, на которой он вращался, электрический ток проходил, когда между пластинами был контакт.

Уильям Стерджин из Варрингтона, графство Ланкашир, создал первый работающий электродвигатель в 1820 г. Он также создал первые рабочие электромагниты и использовал в генераторе вместо постоянных магнитов питаемые от батарей электромагниты. Ряд изобретателей, включая двух английских электротехников Кромвеля Варли и Генри Уальла, к 1866 г. усовершенствовали технологию изготовления постоянных магнитов.

Венгерский физик Аньос Йедлик и американский пионер электротехники Мозес Фармер также работали на этом поприще. Первым действительно успешным генератором стало детище немца Эрнста Вернера фон Сименса. Он создал свой генератор в 1867 г. и назвал его динамо-машиной. Сегодня термин «динамо» применяется только для генератора, который вырабатывает постоянный электрический ток, а термин «генератор» (от англ. alternator) подразумевает только машины переменного тока.

Американский инженер Элиху Томпсон разработал электродвигатели, которые могли бы работать от переменного тока. Томпсон также изобрел трансформатор, который менял напряжение источника электроэнергии. Он продемонстрировал свое изобретение в 1879 с, а пятью годами позже три венгра, Отто Блати, Макс Дери и Карл Зиперновски, создали первые коммерчески пригодные трансформаторы.

Невозможно точно определить, кто придумал конкретные электрические узлы для автомобильного двигателя. Во второй половине 19-го столетия новаторство во всех областях техники было стремительным (и продолжается до сих пор).

В 1860 г. француз Этьен Ленуар изобрел первый работоспособный газовый двигатель. Этот двигатель использовал вариант электрического зажигания на основе катушки, разработанной Румкорфом в 1851 г. В 1866 г. Карл Бенц использовал прототип магнето, который вращался от приводного ремня. Хотя он и нашел это неудобным из-за меняющейся скорости своего двигателя, Карл решил эту задачу, используя два элемента первичной батареи для обеспечения тока зажигания.

Полная схема электрических цепей в автомобиле

Рис. Полная схема электрических цепей в автомобиле

В 1889 г. француз Жорж Бутон изобрел контактные прерыватели для системы с катушкой зажигания, которая выдавала положительное высокое напряжение зажигания в момент пуска. Однако спорно, что именно эта схема является прообразом сегодняшней системы зажигания. Эмиль Морс использовал электрическое зажигание, подключенное к цепи низкого напряжения, питаемой аккумуляторами, которые подзаряжались от динамо-машины, приводимой в движение ременной передачей. Это было первая успешная зарядная система, она может быть датирована примерно 1895 г.

Грандиозная в наши дни империя Бош начиналась Робертом Бошем очень скромно. Наиболее важная часть его ранних исследований была связана с его мастером Фридрихом Симмсом. В конце 19-го века они изготовили магнето низкого напряжения. В 1902 г. Бош внедрил магнето высокого напряжения почти универсального назначения. Н-образный вид самого первого магнето сегодня используется как торговая марка Боша на всех изделиях компании.

С этого момента и далее система зажигания с магнето была доведена в Европе до очень высокого уровня, в то время как в США верх взяла батарейная система зажигания. Существенную роль в этой области сыграл Чарльз Ф. Кеттеринг. Работая на «Дайтоновскую электрическую компанию» — «Дэлко» (Delco), он создал стартер, систему зажигания и систему освещения для «Кадиллака» 1912 г. выпуска. Кеттеринг также изобрел регулятор напряжения ртутного типа.

Поперечный разрез магнето Лукаса типа RV6A

Рис. Поперечный разрез магнето Лукаса типа RV6A

Трехщеточный генератор, разработанный доктором Гансом Лейтнером и Р. Г. Лукасом, впервые появился примерно в 1905 г. Он дал водителю некоторую возможность управления системой подзаряда. По современным меркам это был очень крупный генератор, но он мог вырабатывать ток только около 8 А.

Трехщеточный генератор

Рис. Трехщеточный генератор

В течение следующего десятилетия было опробовано много других технических приемов, призванных решить проблему регулировки мощности при постоянно меняющейся скорости генератора. Был использован ряд новых методов управления, некоторые с большим успехом, чем предыдущие. Например, фрикционная муфта, которая плавно проскальзывала бы при определенной частоте вращения двигателя, нашла ограниченное применение. Одной из моих любимых идей была нагреваемая спираль в главной цели питания, которая при нагреве увеличивала свое сопротивление и вынуждала электрический ток течь в обход ее через шунтируюшую катушку, уменьшая поле подмагничивания динамо-машины. Было использовано множество вариантов поля «шунтирующей катушки». Все равно управление зарядкой батареи для всех этих систем постоянного тока было плохим, и часто на водителя возлагалась обязанность включать и выключать ток зарядки при достижении высокого и низкого предельных значений.

По сути, одним из ранних видов оснащения на приборной доске был указатель уровня электролита, чтобы контролировать состояние зарядки батареи.

Двухщеточная динамо-машина и блок контроля напряжении с компенсацией были впервые использованы в 1930-х гг. Это дало значительно лучший контроль над процессом заряда и подготовило почву для возникновения многих других электрических систем.

В 1936 г. произошел давно обсуждаемый переход к положительной земле, и Лукас сыграл в этом большую роль. Это было сделано для того, чтобы уменьшить напряжение искрообразования и таким образом продлить жизнь электрода свечи. Это также давало надежду уменьшить коррозию на клеммах батареи и других контактах в машине.

Пятидесятые голы были эрой, когда системы освещения начали развиваться в направлении создания современных сложных устройств. Мигающие «поворотники» заменили ручки семафоров, а лампы с двойной нитью накала сделали более удобными фары. Кварцевая галогеновая лампа, однако, появилась лишь в начале 1970-х.

В практику вошла установка таких узлов, как отопители, радиоприемники и даже прикуриватели. Также в 1960-70 гг. в большей степени стали доступны многие дополнительные опции, такие как омыватели ветрового стекла и двухскоростные стеклоочистители. Компания Cadillac создала полноценную систему кондиционирования и даже таймеры для фар.

Система с отрицательной землей была вновь введена в практику в 1965 г. Это, однако, создало ряд острых проблем, связанных, в частности, с распространением самодельных радиоприемников и прочих аксессуаров. Но и это тоже было хорошо, естественно, для успешной торговли автомобилями.

Эра инжекции топлива и электронного зажигания началась а 70-х гг. Состав приборов стал куда более сложным, и расположение их на приборной доске стало теперь важнейшей областью дизайна. В некоторых типах автомобилей стандартом стали задние стекла с подогревом. Генератор переменного тока, впервые использованный в 60-е годы в США к 1974 г. стал нормой и в Англии.

Большая доступная мощность и стабильность генератора переменного тока стали тем, чего именно и ждала электронная индустрия, и к 80-м годам электрические системы изменились до неузнаваемости.

Успехи в создании микрокомпьютеров и связанных с ними технологий сделали возможным управление всеми функциями автомобиля при помощи электричества.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.