Вся электронная библиотека >>>

 Техника >>

 

 

Техника в ее историческом развитии


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Глава II ОТ ПАРА К ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ

2. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

 

 

Развитие знаний об электричестве и магнетизме представляет собой яркий пример в истории науки, когда чисто научный комплекс опытов перерастает в самостоятельную, крупную отрасль техники и промышленности. Зарождению практической электротехники в первой половине XIX в. предшествовали открытия, доказывающие взаимопревращение различных видов энергии: тепловой и механической, электрической и тепловой, электрической и химической.

20-е и 30-е годы XIX в. ознаменовались замечательными научными открытиями, приведшими, с одной стороны, к установлению связи между электричеством и магнетизмом, а с другой — к выяснению возможностей превращения электрической энергии в механическую. Толчком, возбудившим интерес ученых к электромагнетизму, послужило наблюдение, сделанное летом 1820 г. датским физиком X. К. Эрстедом: отклонение магнитной стрелки при приближении ее к проводнику с электрическим током. После открытия Эрстеда многие ученые обратились к исследованию нового явления. В сентябре 1820 г. французский физик Д. Ф. Араго обнаружил неизвестное до тех пор явление намагничивания проводника при протекании по нему тока, а также намагничивание железных опилок электрическим током. Опыты Эрстеда привлекли внимание и другого выдающегося французского ученого, А. М. Ампера, который, изучив влияние тока на магнитную стрелку, вывел правило, определяющее ее отклонение в зависимости от направления тока («Правило пловца», 1820 г.). Он исследовал взаимодействие между линейными проводниками, обтекаемыми током, и между токами и магнитами. В обоих случаях протекание тока вызывало механическое перемещение проводников. Ампер установил законы механического взаимодействия электрических токов и заложил фундамент нового раздела в учении об электричестве — электродинамики. Важное значение имело затем выведенное французскими учеными Ж. Б. Био, Ф. Саваром и П. С. Лапласом математическое выражение силы взаимодействия тока и магнита.

Следующим крупным шагом вперед на пути изучения механических взаимодействий токов и магнитов явились опыты М. Фарадея. В 1821 г. он наблюдал самопроизвольное вращение .магнита вокруг прямого провода с током и вращение провода с током вокруг магнита [6]. Лабораторные приборы Фарадея, демонстрировавшие непрерывное преобразование электрической энергии в механическую, были первым прообразом электрического двигателя.

Исходя из того, что протекание электрического тока всегда сопровождается магнитными явлениями, Фарадей предугадал и возможность превращения магнетизма в электричество. В 1831 г. он показал, что электрический ток возникает как в неподвижном проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, так и в проводнике, который сам перемещается в неизменном магнитном поле. Полгода спустя это же явление, названное позднее электромагнитной индукцией, наблюдал американский физик Д. Генри. Два выдающихся ученых на разных континентах независимо Друг от друга почти одновременно пришли к одному и тому же выводу.

В изучение электромагнитной индукции большой вклад внесли исследования русского физика Э. X. Ленца. В 1833 г. он сформулировал универсальное правило для определения направления индуцированных токов (закон Ленца), выразившее, по существу, принцип обратимости электрических машин [7]. Более определенно этот принцип был высказан Ленцем в 1838 г. В том же году он впервые показал, что магнитоэлектрическая машина И. Пиксии может работать и как двигатель. Этот опыт намного опередил последующие демонстрации обратимости электрических машин: на 22 года демонстрацию итальянского физика А. Пачинотти и на 35 лет — французского ученого И. Фонтена. Но на практике к использованию принципа обратимости не прибегали, и вплоть до 70-х годов- прошлого века развитие электрических генераторов и разработка двигателей шли самостоятельными путями.

Исследования в области электромагнетизма непосредственно предшествовали созданию электрических машин. Вслед за открытием Фарадеем в 1821 г. взаимного вращения магнитов и проводников были созданы первые кенструкции электрических двигателей. В 1824 г. английский физик П. Барлоу и в том же годуФ. Араго построили лабораторные приборы для демонстрации эффекта электромагнитного вращения. В 1827— 1828 гг. венгерский учитель физики А. Йедлик создал электромагнитный двигатель вращательного движения [8, с. 51]. В 1833 г. английский ученый В. Риччи для иллюстрации свойств постоянных магнитов создал конструкцию, в которой якорь вращался с помощью магнита [9, с. 10— 13].

Принципиально отличное конструктивное воплощение идеи использования электромагнитных воздействий для механических перемещений нашло в двигателях физиков Д. Генри (США) и Сальваторе даль Негра (Италия). В 1831 г. они создали электромагнитные приборы с качательным движением якоря между полюсами магнита. На этом решении, так же как и на попытках других изобретателей построить двигатель с возвратно-поступательным движением якоря, сказалось неумение отступить от конструктивных форм паровой машины.

Все эти электродвигатели были так несовершенны, что не могло быть и речи об их практическом применении. Мощности первых электромагнитных приборов были крайне незначительными. Так, мощность электродвигателя С. даль Негро (1834 г.) составляла всего 0,00006 л. е., но этот изобретатель высказал плодотворную идею о возможности приведения в действие различных машин и механизмов с помощью электромагнитных устройств [10].

Наиболее существенные работы по созданию электродвигателей принадлежали Б. С. Якоби [11]. Его двигатель, построенный в 1834 г., был основан на взаимодействии электромагнитов; мощность составляла около 15 Вт. Основным достоинством конструкции было вращательное движение. Именно это позволило в будущем электрическому двигателю стать универсальным.

Якоби совершенствовал свой первый двигатель. Новая модель представляла собой сборный агрегат из 40 отдельных двигательных элементов, объединенных в две равные группы, каждая из которых располагалась на своем вертикальном валу; источником питания служили гальванические батареи. Для производства опытов двигатель мощностью около 550 Вт был установлен на гребном боте, и 13 сентября 1838 г. бот с 11 пассажирами совершил небольшое плавание по Неве со скоростью до 4,4 км/ч [12].J

Созданию в Петербурге двигателя для электробота предшествовали работы американского изобретателя Томаса Девенпорта, предложившего в 1837 г. конструкцию с вертикальным расположением вала, что существенно уменьшало габариты двигателя. Но питание от гальванических батарей оказалось крайне неэкономичным — от идеи использовать электродвигатель в судоходстве пришлось отказаться.

Поиски рациональных конструкций электродвигателей, действующих на принципе магнитных притяжений и отталкиваний, продолжались в 40—50-х и даже 60-х годах XIX в. Но этот тип двигателей не мог получить сколько-нибудь широкого признания, так как ему были присущи серьезные недостатки; пульсирующий момент на валу, большое магнитное рассеяние, низкий КПД. Наиболее удачной конструкцией считается электродвигатель французского электротехника П. Г. Фромана, организовавшего серийный выпуск своей модели 1847 г. на парижском заводе в 50—60-х годах [13, с. 59]. Его электродвигатели применяли для привода печатных машин в типографиях, иногда для жаккардовских ткацких «танков, подъемников и других машин, которые работали всего по нескольку часов в сутки. Лишь в подобных случаях электропривод мог конкурировать с паросиловыми установками.

Существенным шагом вперед в истории развития электродвигателя была разработка кольцевого якоря с равномерно расположенными секциями обмотки и коллектором с большим числом пластин, обусловившего практически постоянный вращающий момент. Электродвигатель с кольцевым якорем был предложен итальянским ученым А. Пачинотти в 1860 г. Но это изобретение прошло незамеченным, так как еще не существовало генератора, который смог был обеспечить экономичное питание.

Совершенствование электромашинных генераторов до 70-х годов шло параллельно и независимо от развития электродвигателей. После открытия Фарадеем в 1831 г. электромагнитной индукции появился принципиально новый тип генераторов — магнитоэлектрические машины. Одна из первых — конструкция И. Пиксии (1831 г.). Генерация тока в магнитоэлектрических машинах происходила вследствие перемещения катушек в поле постоянных магнитов или, наоборот, перемещения постоянных магнитов относительно катушек. В физических кабинетах опыты производили на магнитоэлектрических машинах лондонского мастера К. X. В. Кларка и лейпцигского конструктора Э. Штерера [14, с. 100, 104]. Практическое применение одними из первых нашли генератор Б. С. Якоби (1842 г.) для питания электрических запалов при взрывании мин [15] и генераторы французской фирмы «Альянс» (50-е годы) для питания дуговых ламп (при маяках) и иногда для электролиза.

Магнитоэлектрическим генераторам были присущи общие недостатки: быстрое размагничивание постоянных магнитов, пульсирующий ток, перегрев якорей, изготовлявшихся из сплошного куска стали, большое магнитное расстояние, громоздкость.

Со временем этот тип генераторов был полностью вытеснен из практики.

В 50-х годах XIX в. появился более совершенный тип генератора благодаря главным образом работам немецкого врача В. Зинстедена, заменившего в 1851 г. постоянные магниты электромагнитами, и датского изобретателя С. Хиорта, открывшего принцип самовозбуждения. Независимо от Хиорта венгерский физик А. Йедлик также обнаружил явление самоусиления магнитного поля электрической машины во время ее пуска в том случае, если обмотки возбуждения присоединялись к зажимам якоря [8, с. 57]. В конце 60-х годов англичане К. и С. Варли и немецкий инженер и электропромышленник В. Сименс создали первые генераторы с самовозбуждением, получившие название динамоэлектрических машин. Однако и они давали пульсирующий ток и сильно перегревались из-за несовершенства явнополюсных якорей [16, с. 32].

В развитии электрических машин крупным шагом вперед явилось создание генератора с кольцевым якорем [14, с. 112], предложенного в 1870 г. французским изобретателем (бельгийцем по происхождению) 3. Т. Граммом. В изобретении Грамма особенно перспективной оказалась мысль снабдить кольцевым якорем машину с самовозбуждением. Динамомашина постоянного тока Грамма оказалась наиболее экономичным генератором. Он обеспечивал практически неизменный по величине ток. Существенное улучшение затем было сделано в 1873 г. немецким электротехником Ф. Гефнер-Альтенеком, который заменил кольцевой якорь барабанным. Такой генератор был пригоден для питания электрических двигателей, светильников и для ведения процессов электролиза. С этого времени для практического применения электричества открылась широкая дорога.

Наметился переход к новой эре — эре электроэнергетики. Ей предшествовало последовательное, все более полное производственное использование превращения энергии: от водяного колеса к тепловой машине, а затем к электродвигателю. По выражению Ф. Энгельса, электричество замкнуло круг полезных трансформаций энергии: «.„использование электричества откроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии — теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет — одну в другую и обратно и применять их в промышленности» х.

 

 

Электродвигатель

Электродвигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор — неподвижная часть, служит магнитопроводом, внутри него создается магнитное поле.

 

Асинхронные электродвигатели. Синхронные электродвигатели...

Асинхронные электродвигатели. При работе этих двигателей частота вращения магнитного поля статора постоянна и зависит от частоты питающей сети (стандартная частота 50 Гц)...

 

Электрооборудование токарных станков. Асинхронный электродвигатель....

15.1. Асинхронный электродвигатель. Электропривод металлорежущих станков преобразует электрическую энергию в механическую.

 

Электродвигатели. Электродвигатель отопителя

На автомобилях может быть установлен электродвигатель МЭИ с возбуждением от постоянных магнитов для привода вентилятора водителя.

Грузовые автомобили

 

 Электромотор. Конструирование электродвигателей

Электромотор — основной электротехнический прибор. Любой электродвигатель состоит из двух основных частей: неподвижной (статора), на которой расположена обмотка возбуждения...

 

...ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ. Электродвигатель....

Электрический привод включает электродвигатель, аппаратуру управления и передаточные элементы, связывающие электродвигатель с передаточным механизмом...

 

Асинхронные электродвигатели переменного тока с фазным ротором...

В машинах, не требующих автономности от внешнего источника энергии, в качестве силового оборудования используют электродвигатели переменного или. постоянного тока.

 

Электробритвы с двигателем коллекторного типа. Бытовая техника...

Эта бритва состоит из пластмассового корпуса из двух половин 3 к 12 (рис. 44), внутри которого размещается электродвигатель 10 с переключателем напряжения 11.

 

Бритвы. Электробритвы с микродвигателем. Бытовая техника и ремонт...

Электродвигатель 2 (рис. 38) бритвы крепится к корпусу двумя винтами. В комплект бритвы входит блок питания и футляр с гнездами для подключения электробритвы.

 

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. Эксплуатация...

§ 7.22. Эксплуатация электродвигателей переменного тока. Конструкция двигателя должна соответствовать условиям окружающей среды.

 

Электродвигатель отопителя и его переключатель

Электрическая схема включения электродвигателя отопителя показа¬на на 11.44. Скорость вращения якоря электро¬двигателя изменяется подключением в его цепь добавочного...

 

Двигатели модельные

Электродвигатель станет водоустойчивым, если покрыть его корпус слоем лака или парафина, а в местах выхода вала нанести густую смазку.

 

Регулирование работы насосов. Электромагнитные муфты скольжения...

насоса можно соединить насос. и электродвигатель,с помощью регу. лируемой гидромуфты или электро. магнитной муфты скольжения.

 

Скважинные насосы. Погружной насос. Погружные электронасосы для...

Скважинные насосы изготовляют двух типов: насосы с трансмиссионным валом и погружные насосы. У насосов с трансмиссионным валом приводящий электродвигатель устанавливается...

Насосы

 

Увлажнитель. Электрические увлажнители воздуха

Увлажнитель «Бриз». Электродвигатель 3 (рис. 32, о) увлажнителя установлен на основании 5 и приводит во вращение диск 9...

 

Напольные пылесосы двух типов прямоточные и вихревые. Бытовая...

Электродвигатель крепится в корпусе пылесоса с помощью резинового амортизатора 15, пружины 21, втулки 22 и диафрагмы 20.

 

Электродвигатели для моторов

В электродвигателе желательно применять шариковые подшипники № 3 с внутренним диаметром 3 мм.

 

Основные устройства стиральных машин. Бытовая техника и ремонт...

Электродвигатель подключается к сети посредством замыкания контактов коммутирующего устройства реле времени.

 

Электродвигатель вентилятора подключается к электросети через...

Пусковой цикл (два-три пуска) может быть повторен примерно через 1 ч после остановки электродвигателя. Движение ротора считается правильным...

Водоснабжение и канализация

 

Бытовая техника

При приготовлении шашлыка кусочки мяса нанизывают на 4—6 шпажек (шампуры), приводимых во вращение вручную или при помощи электродвигателя.

 

К содержанию книги:  Техника в ее историческом развитии

 

Смотрите также:

 

...и особенности современной технотронной эры. Антропология техники....

Гуманитарная составляющая в современной философии техники представлена такими именами, как Л. Мэмфорд, X. Ортега-и-Гассет, М. Хайдеггер, Ж. Эллюль.

 

Техника: истоки и эволюция понятия, современная трактовка. Предмет...

Истоки понятия "техника" уходят в глубь веков. Древнегреческое слово "techne" понималось достаточно широко: от умения ремесленника до мастерства в области высокого искусства.

 

...преобразование в соответствии с нуждами человечества. Цель техники....

Современное понимание термина "техника" имеет определенную преемственную связь с классическим его пониманием. Философия

 

Техника

Недаром разъяснению слова «техника» и посвящена вся книга. В этой же статье мы даем лишь краткое определение этого понятия.

 

Вакуумная техника

Наконец, огромное значение играет вакуумная техника в производстве космических аппаратов. Ведь космос — это безбрежный океан вакуума.

 

Техника как область человеческой деятельности с давних пор привлекает...

Согласно концепции Энгельмейера, техника как система машин обладает собственным существованием и специфическими законами существования и развития.

 

Очерки истории науки и техники 1870-1917

Книги для учителя. Очерки истории науки и техники 1870-1917. … Учебное издание, изд. «Просвещение» 1989 г. РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ.

 

...зарубежных стран. Развитие вычислительных машин. История техники

4. История техники. М. 1962. 5. Г.Н.Волков. … Общественный прогресс. М. 1970. 13. Хрестоматия по истории древнего мира.

 

Достижения в науке и технике, изобретения в технике и технологии

Всемирная история. … Достижения в науке и технике. Буржуазные революции разрушили многие феодальные порядки и обеспечили быстрое развитие производства.

История

 

Последние добавления:

 

 Лесопильные станки и линии  Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий

Разрезка материалов  "Энциклопедия техники"   Прокатное производство