Проводит ли пар электрический ток
Перейти к содержимому

Проводит ли пар электрический ток

  • автор:

Вода и электрический ток

Чтобы вещество смогло проводить электрический ток, в нем должны присутствовать заряженные частицы, способные свободно перемещаться через весь его объем под действием приложенного электрического поля. В металлических проводниках, например, такими заряженными частицами выступают свободные электроны, а в электролитах — положительно и отрицательно заряженные ионы.

Диэлектрики вовсе не проводят постоянный электрический ток, поскольку заряженные частицы в их структуре хотя и есть, однако они связаны друг с другом, и не могут свободно перемещаться, образуя ток.

Но переменный ток пропускают даже диэлектрики, это называется током смещения, например конденсатор в цепи переменного тока на определенной частоте будет проводить ток так, словно является проводником.

Вода и электрический ток

Обычная неочищенная вода

Что касается обычной воды (речной, водопроводной, особенно — морской и т. д.), то в ней всегда присутствуют растворенные минеральные вещества, которые под действием приложенного электрического поля распадаются на ионы, способные двигаться как в электролите.

По этой причине обычная неочищенная вода проводит ток, ведя себя подобно слабому электролиту. Если через такую воду попытаться пропустить ток, то в течение небольшого времени он будет через нее идти, хотя и слабо.

Теоретически идеально чистая вода

Теоретически, если воду полностью очистить от примесей, то есть удалить из ее объема абсолютно все вещества, включая соли, газы, остатки кислот, то она станет диэлектриком, и будет вести себя как изолятор.

В ней не будет ионов, способных двигаться под действием электрического поля и образовывать ток, а сами молекулы воды — электрически нейтральны. Такую воду можно было бы использовать, например, в качестве диэлектрика между пластинами конденсатора.

Дистиллированная вода

Реальная дистиллированная вода

Но в реальности даже дистиллированная вода (вода, очищенная путем испарения с последующей конденсацией пара) не бывает абсолютно чистой.

Есть российский ГОСТ 6709-72, определяющий массовую концентрацию остатка примесей в такой дистиллированной воде — не более 5 мг на литр, и минимальное удельное сопротивление не менее 2 кОм*м.

То есть куб дистиллированной воды со стороной длиной в 1 метр, с приложенными к нему по краям электродами, будет иметь сопротивление минимум 2 кОм. А если представить разлитую по полу дистиллированную воду, скажем, в объеме одного стакана (200 мл), то ее сопротивление в лучшем случае окажется 200 кОм. Можно сказать, что это практически — диэлектрик.

Нет смысла пытаться использовать такую воду как проводник постоянного тока. С этой точки зрения дистиллированная вода не проводит электрический ток. Ее обычно используют для коррекции плотности электролитов.

Почему стоит опасаться контакта любой воды с электричеством

Почему стоит опасаться контакта любой воды с электричеством

Однако люди не зря боятся контакта любой воды с электричеством, особенно — с переменным напряжением из розетки. Даже сетевое напряжение с провода, упавшего в лужу воды, на которую может случайно наступить человек, способно вызвать миллиамперный переменный ток, которого будет достаточно для причинения организму вреда.

Человеческое тело и фаза из розетки, соединенные через лужу разлитой воды, образуют цепь с реактивными элементами, и если человек в такой ситуации случайно коснется заземленного предмета, то его ударит током. Вот почему необходимо избегать контакта электричества с водой. Как вы понимаете, с дистиллированной водой риск причинения вреда меньше, но он все равно остается. Поэтому лучше избегать попадания любой воды на электрические приборы.

  • Какое напряжение опасно для жизни человека?
  • 10 правил и рекомендаций по электробезопасности при проведении ремонтных работ
  • Какой ток опаснее, постоянный или переменный?

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Техника безопасности

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Проводит ли пар электрический ток

Когда гоночный болид едет по трассе, между его днищем и дорогой может создаваться очень низкое давление, достаточное для поднятия крышки канализационного люка. Так произошло, например, в Монреале в 1990 году на гонке спортпрототипов — крышка, поднятая одним из болидов, ударила следующий за ним болид, из-за чего начался пожар и гонка была остановлена. Поэтому сейчас во всех гонках болидов по городским улицам крышки привариваются к ободу люка.

—>СТАТИСТИКА —>

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

—>МЫ ВКОНТАКТЕ —>

—>НЕМНОГО РЕКЛАМЫ —>

Наши спонсоры

Вода и электрический ток

Жидкости, как и твердые тела, могут быть проводниками и диэлектриками. Растворы и расплавы солей, кислот, оснований являются проводниками электрического тока второго рода. Тип проводимости таких проводников – ионный.

Проводники второго рода – такие проводники, в которых при протекании тока происходят химические процессы.

Описание:

В стакан с водой поместили два электрода, подключенные к источнику тока, в цепи в качестве индикатора тока взяли лампочку. Если замкнуть такую цепь, лампа гореть не будет, что означает отсутствие тока, а это значит, что в цепи есть разрыв, и вода сама по себе ток не проводит.

Но если в стакан добавить некоторое количество NaCl – поваренной соли – и повторить замыкание, то лампочка загорится. Это значит, что в стакане между катодом и анодом начали двигаться свободные носители заряда, в данном случае ионы (рис. 1).

Рисунок 1. Схема опыта

Объяснение:

Откуда во втором случае (в соленой воде) берутся свободные заряды для протекания тока? Дело в том, что вода имеет полярные молекулы (рис. 2).

Рисунок 2. Полярность молекулы воды

При добавлении в воду соли молекулы воды ориентируются таким образом, что их отрицательные полюса находятся возле натрия, положительные – возле хлора. В результате взаимодействий между зарядами молекулы воды разрывают молекулы соли на пары разноименных ионов. Ион натрия имеет положительный заряд, ион хлора – отрицательный (рис. 3). Именно эти ионы и будут двигаться между электродами под действием электрического поля.

Рисунок 3. Схема образования свободных ионов

При подходе ионов натрия к катоду он получает свои недостающие электроны, ионы хлора при достижении анода отдают свои. Протекает электрический ток – лампочка горит.

Пар проводит ток?

Смотря под каким напряжением. Молния и сухой воздух пробивает.

А насчёт пара — чему там проводить-то? Если напряжение достаточно малое — то есть не больше киловольтов, то ионизации не будет. А без ионизации не будет носителей заряда.

В воде ток проводят либо примеси, либо очень незначительное количество диссоциировавших ионов воды. Но в паре-то откуда диссоциация?

Остальные ответы
ессли ты в резиновых перчатках и диэлектрических ботах, тогда нет
я думаю при высоком напряжении есть риск поражения эл. током. а вообще хороший вопрос )

Должен проводить но мало. Либо при большом напряжение пробой искры будет.

Вода абсолютно без примесей ток не проводит.

Ток проводит всё.

Из-за обычного напряжения батарейки, ток по пару будет почти незаметен.

Пар и электричество, часть 1: Электрический свет

Ночной вид на Манхэттен, Ист-Ривер и Бруклин с Вулворт-билдинг

Итак, к последней трети девятнадцатого века паровая энергия произвела революцию в горнодобывающей промышленности, производстве и транспортировке по суше, рекам и океанам. Казалось бы, этого уже было достаточно. Но изобретатели девятнадцатого века выжали из пара ещё одну революцию, создав из него электрическое освещение, а затем задействовав электроэнергию и для другой работы.

Мечта об электричестве зародилась в 1830-х годах. В ответ на открытия и демонстрации Уильяма Стерджона и Майкла Фарадея Европу охватила лихорадка, связанная с электричеством и его чудесами. Электрическая батарея существовала уже несколько десятилетий; она могла развлекать и удивлять, но не находила практического применения. Появление электромагнитов и электродвигателей обещало всё изменить, через преобразование электрической энергии элементов батареи в механическую работу. Энтузиасты рисовали фантасмагорическую картину грядущего электрического века, который заменит извергающую пар энергию тихим электрическим жужжанием[1]. Николас Каллан, ирландский профессор натурфилософии и постоянный автор журнала «Анналы электричества» Стерджена, писал про цинковые батареи и электромагнитные двигатели:

. электромагнитный двигатель, такой же мощный, как любой из паровых двигателей на Кингстаунской железной дороге, можно построить за 250 фунтов стерлингов; во-вторых, вес такого двигателя не превысит двух тонн; в-третьих, ежегодные расходы на его эксплуатацию и ремонт составят не более 300 фунтов стерлингов. Если мои расчёты верны, то расходы на приведение в движение железнодорожных вагонов с помощью электромагнетизма составят едва ли одну четвёртую от стоимости пара»[2].

Джеймс Джоуль, впоследствии прославившийся как один из самых выдающихся английских физиков, но в то время работавший управляющим на семейной пивоварне, поначалу разделял этот энтузиазм. Он писал в 1839 году:

Я почти не сомневаюсь, что электромагнетизм в конце концов заменит пар в вопросе приведения в движение машин. Если мощность двигателя пропорциональна притягательной силе его магнитов и если эта сила притяжения равна квадрату электрической силы, то экономия будет находиться в прямом соотношении с количеством электричества, и стоимость работы двигателя получится снизить до бесконечности»[3].

Однако именно Джоулю выпало на долю решительно лопнуть этот воображаемый пузырь с помощью острых инструментов, которые он и его современники разработали в рамках только что зародившейся науки об энергии. Осознав, что для получения электроэнергии батарея должна потребить немного металла, и измерив количество работы, которое может быть произведено заданным количеством этого металла (в то время обычно цинка), он смог убедительно показать, что тогдашние батареи никогда не смогут вытеснить угольные. Заданная масса цинка производила меньше работы, чем та же масса угля, хотя стоила в двадцать раз дороже[4].

Джоуль в поздние годы жизни [Henry Roscoe, The Life & Experiences of Sir Henry Enfield Roscoe (Macmillan: London and New York, 1906), 120].

Однако оставалась вероятность того, что электрическая цепь сможет сделать что-то совершенно новое, не имеющее аналогов в паровом двигателе. Первым таким применением стала гальванизация — использование электрического тока для того, чтобы заставить металл в растворе (например, золото или серебро) покрыть другой металлический предмет. Итальянский химик Луиджи Бругнателли первым продемонстрировал, что это возможно, но широкую известность и применение эта техника получила лишь в конце 1830-х годов. Вторым изобретением стал электрический свет.

Дуга

В 1808 году Гемфри Дэви — поэт, философ, изобретатель и шоумен, в то время находившийся на пике славы как публичный лектор Королевского института, — прочитал лекцию, в которой продемонстрировал способность электричества создавать яркий и стойкий свет [явление электрической дуги открыл в 1802 году Василий Владимирович Петров, русский физик-экспериментатор, электротехник-самоучка / прим. перев.]:

Когда на маленькие кусочки древесного угля из ивы, которую тщательно прожгли, действовало вольтовское электричество в вакууме Торричеллиана. из угля вырывалось пламя самого яркого пурпурного цвета и образовывало как бы проводящую цепь света длиной почти в дюйм. [5]

Поток электричества создавал светящуюся дугу, проскакивая через щель между двумя кусками угля. Год спустя он повторил эксперимент в воздухе, а не в вакууме, с батареей в четыре раза больше (состоящей из 2 000 элементов). По словам одного из наблюдателей, «искра, свет которой был настолько интенсивным, что напоминал солнечный, пробила несколько линий воздуха и произвела разряд через нагретый воздух длиной почти три дюйма, дававший ослепительный блеск»[6].

Задумчивый Гемфри Дэви, возможно, придумывающий строки романтического стиха. [Томас Филлипс, Национальная портретная галерея, Лондон].

Это явление стало блестящей демонстрацией; зрители Дэви, жаждавшие впечатляющих проявлений силы науки, любили этот вид электрического салонного фокуса. Но никто не рассматривал его как практическую форму искусственного освещения. Батарея быстро исчерпывала свой заряд, а уголь сгорал под воздействием тепла дуги. Вскоре кроме слабеющего тока и уменьшающегося в объёме угля в устройстве образовывался слишком большой зазор, чтобы его мог преодолеть ток, и дуга гасла. Даже если бы это было не так, батарея с сотнями или тысячами элементов, каждый из которых состоял из металлических пластин площадью четыре дюйма, была слишком дорогой для повседневного использования.

Реальный прогресс в области электрического освещения начался только в 1840-х годах. Изобретатели во Франции и Британии разработали лампы со стержнями из твёрдого кокса, которые горели медленнее и равномернее, чем древесный уголь, и регулирующие механизмы с электромагнитом, заставляющие стержни сближаться при ослаблении тока, поддерживая нужный зазор. Благодаря этим особенностям, а также усовершенствованным элементам питания дуговые лампы могли гореть непрерывно в течение нескольких часов и нашли применение в качестве новинок освещения вестибюлей гостиниц и театральных спецэффектов; например, восходящее солнце для оперы «Le Prophète»[7].

Две ранние конструкции дуговой лампы [Henry Schroeder, History of Electric Light (Washington: Smithsonian Institution, 1923), 21].

В 1850-х годах другие изобретатели разработали ещё более совершённые регуляторы, но дороговизна и короткий срок службы батарей оставались непреодолимыми препятствиями для широкого применения.

Динамо

Ответ дала энергия пара. У электрической энергии, конечно, не получилось нанести удара по углю и открыть новую эру чистой энергии. Она смогла стать успешной только благодаря сотрудничеству с паром. О том, что движение может создавать электрический заряд, было известно уже тысячелетия. Само понятие «электричество» было названо в честь янтаря (по-гречески elektron), поскольку этот материал притягивал предметы после натирания. Но создать машину, которая могла бы эффективно преобразовывать движение парового двигателя в полезный ток, эффективный генератор, было совсем другим делом.

В 1820 году Ганс Эрстед показал, что электрический ток может создавать механическую силу с помощью магнита. В начале 1830-х годов Майкл Фарадей показал обратное: что магнит может вызывать ток. Его генератор, состоящий из металлического диска, вращающегося между концами магнита, производил через диск настолько слабый ток, что тот мог лишь заставить немного подпрыгивать иглу гальванометра. Подобные генераторы, называемые магнето, прошли через годы постепенного усовершенствования в течение следующих двадцати лет, не найдя широкого применения за пределами лаборатории, за исключением нескольких, проданных для нужд гальванической промышленности. Однако они продемонстрировали, что вращательное движение (например, от парового двигателя) можно использовать для генерации тока[8].

Экспериментальное магнето Фаради [Генри Шрёдер, История электрического света (Вашингтон: Смитсоновский институт, 1923), 8].

В середине 1850-х годов Фредерик Холмс, лондонский профессор химии, сконструировал магнето с якорем из шести дисков, по периметру каждого из которых были закреплены катушки проволоки. Магнето вращалось между семью магнитами, и Холмс показал, что оно может питать дуговую лампу. Холмс считал, что его новое устройство может заменить масляные лампы на маяках Англии, и обратился в Тринити-хаус, организацию, ответственную за надзор за домами, с просьбой испытать его. При поддержке Фарадея, своего научного руководителя, старшие братья дома согласились испытать дуговой фонарь, питаемый магнето конструкции Холмса весом более пяти тонн, которое, в свою очередь, приводилось в движение паровой машиной мощностью в три лошадиные силы. Дорогостоящий, громоздкий и порой неработающий аппарат не произвёл фурора в мире маяков, но он дал первое представление о потенциале плодотворного союза между паром и электричеством[9].

Во Франции компания Société l’Alliance, созданная для развития дугового освещения, добилась дальнейших успехов. Исследователь из «Национальной консерватории искусств и ремёсел» в ходе экспериментов обнаружил, что магнето тратит большую часть своей мощности на искры от коммутатора (обычно металлической щётки), который преобразует переменный ток вращающегося магнето в привычный однонаправленный ток цепи с батарейным питанием. Убрав коммутатор и сделав генератор переменного тока, Alliance добилась гораздо большей эффективности и с большим успехом продавала свои приборы французским маякам, чем Холмс — британским. Дуговой фонарь Alliance светил из Порт-Саида на средиземноморском входе в Суэцкий канал, когда тот открылся в 1869 году[10].

Кольцевая динамо-машина Зеноба Грамма 1871 года [Генри Шрёдер, История электрического света (Вашингтон: Смитсоновский институт, 1923), 28].

Но настоящий скачок в развитии практического дугового освещения и практической электроэнергетики в целом произошёл с появлением самовозбуждающегося динамомашины, созданной независимо друг от друга в 1866 году Чарльзом Уитстоном и Сэмюэлем Варли в Англии и Вернером фон Сименсом в Берлине. До этого момента магнето вращали свой подвижный элемент в поле одного или нескольких постоянных магнитов, чтобы вызвать ток. Но динамо использовало постоянные магниты только в качестве запала для запуска гораздо более мощных электромагнитов: оно отводило часть тока, генерируемого вращающимся якорем, на электромагнитные катушки в окружающем статоре, которые, в свою очередь, вызывали гораздо более сильный ток в главной цепи. Испытания, проведённые в английском Тринити-хаусе в 1870-х годах, показали, что динамомашина Сименса весила почти в тридцать раз меньше, чем магнето Холмса, и при этом производила в четыре раза больше света на лошадиную силу[11].

Система

На пути к широкому распространению дугового освещения стояли два препятствия. Во-первых, поскольку для регулирования расстояния между дугами в цепи использовался электромагнит, в цепь от одного генератора можно было включить только одну лампу; в противном случае колебания тока, вызванные одной лампой, нарушали работу механизмов управления на других. Во-вторых, ламп просто не хватало: они не могли проработать всю ночь, поскольку их приходилось отключатьь от цепи для замены углерода. Павел Яблочков, отставной инженер русской армии, переехавший из России во Францию, в Париж, решил первую из этих проблем с помощью своих «свечей». Вместо того чтобы располагать угольки вертикально, он ставил их бок о бок, прокладывая между ними изолятор, чтобы не допустить электрического соединения, кроме как на кончике, где возникала дуга. Это устраняло необходимость в регуляторе для поддержания расстояния между лампами и, следовательно, позволяло соединять множество ламп вместе. Свечи Яблочкова использовались для освещения общественных мест в Париже и Лондоне в конце 1870-х годов, приводимые в действие очередной версией усовершенствованной динамо-машины, разработанной бельгийцем Зенобом Граммом[12].

Американец Чарльз Браш объединил усовершенствованные генераторы, поставляемые из Европы, с долговечной и надёжной конструкцией дуговой лампы, что в итоге привело к широкому распространению электрического освещения в коммерческих целях. Браш работал в Кливленде, торгуя железной рудой на Великих озёрах, а в свободное время занимался изобретательством в мастерской компании своего друга по снабжению телеграфов. Как и другие за десятилетия до него, он использовал электромагнит для регулирования расстояния между электродами дуги, но добавил «кольцо-муфту», которое могло подавать длинный угольный стержень небольшими порциями при каждом ослаблении тока, как грифель механического карандаша. Он также обнаружил, что стержни, изготовленные из другого вида кокса, полученного в результате переработки нефти, а затем покрытые медью, можно делать длиннее и тоньше, чем традиционные угольные стержни, что обеспечивало их более длительное горение. Это позволило его лампам давать около восьми часов ровного света, а при создании двухуглеродной лампы — шестнадцать[13].

Двухуглеродная дуговая лампа Браша [Смитсоновский институт].

Одним из его первых ключевых клиентов был филадельфийский бизнесмен Джон Уонамейкер, управлявший одним из первых «универмагов» Grand Depot, где под одной крышей продавалось практически всё. На Рождество 1878 года он включил двадцать восемь новых ламп Браша, питавшихся от шести генераторов. Три года спустя он в сотрудничестве с другими филадельфийскими грандами установил освещение Браша на улицах города. Построенная возле мэрии электростанция из кирпича, оснащённая восемью паровыми машинами мощностью сорок пять лошадиных сил, у каждой из которых была собственная динамо-машина, питала сорок девять дуговых фонарей, установленных на железных столбах с красной окраской вдоль Честнат-стрит от реки Делавэр до реки Шуйлкилл[14].

Фрагмент обложки журнала Scientific American от 02 апреля 1881 года, на котором изображены электростанция Браша, лампы Браша и фонари Браша, освещающие одну из улиц Нью-Йорка.

Электрическое освещение Браша даёт возможность задуматься о том, насколько сильно изменилась технологическая роль парового двигателя за предыдущее столетие. Из отдельного источника энергии для простых механических насосов он превратился во встроенный компонент сложных технологических систем, состоящих из множества взаимосвязанных и взаимозависимых инноваций: пароходы, фабрики, железные дороги, а теперь и городское освещение, и ещё более сложные системы электроснабжения. Паровая машина стала своего рода механической митохондрией, формой жизни, захваченной и использованной для приведения в действие ещё более сложного организма, во многих случаях уже существовавшего (например, текстильные фабрики, работающие на воде, и железные дороги на конной тяге). Эти организмы не могли преуспеть без эволюции их составных частей (двигателей, динамомашин, ламп и схем, в случае электрического освещения Бруша) до такой степени, чтобы работать в гармонии с достаточной экономичностью и простотой для практического использования целого.

Достигнув этой цели, электрические дуговые светильники распространились по общественным местам городов Северной Америки, Европы и даже далёких Индии и Австралии, и везде они ослепляли публику своим ярким белым светом. Когда в 1880 году в городе Уобаш (штат Индиана) на здании суда установили светильники Браша, корреспондент газеты Chicago Tribune сообщил о почти религиозной реакции:

люди стояли, охваченные благоговением, как будто в присутствии сверхъестественного. Мужчины падали на колени, стонали при виде этого зрелища, многие онемели от изумления. Мы созерцали новое чудо науки, как молнию, низвергающуюся с небес»[15].

Газ

Это был не первый случай на памяти людей, когда публика наблюдала рассвет новой эры в области освещения общественных мест. До появления электричества передовой технологией освещения в XIX веке были угольные газовые лампы. Газовые лампы сжигали метановые пары, выделяемые углём при его варке в ретортах без доступа воздуха. Натурфилософы обнаружили, что уголь можно перегонять в горючий газ, ещё в семнадцатом веке, но впервые его стали использовать в качестве коммерческого источника света в первом десятилетии девятнадцатого[16].

Иллюстрация 1821 года с изображением ретортной фабрики, в которой варили уголь для получения осветительного газа.

Первыми освоили эту технологию фабрики — она позволяла им работать до глубокой ночи, особенно в короткие дни североевропейской зимы, и таким образом получать больше пользы от дорогостоящего оборудования. Подобно тому, как паровая машина уничтожила различия между сезонами, определявшие приливы и отливы водяной энергии, газовое освещение уничтожило древнее и мощное различие между ночью и днём быстрее, чем любое событие со времён укрощения огня. В какой-то степени мы можем считать потребность в искусственном освещении естественным результатом отвращения человечества к темноте, но в какой-то степени она была и побочным продуктом современности: рост капиталоёмкой промышленности и офисной работы в помещениях, зависящей от чтения и письма, создал больше работы, которую можно было выполнять после захода солнца, и больше финансовых стимулов для её выполнения.

Одной из первых газ начала использовать хлопчатобумажная фабрика Джорджа Ли в Салфорде, недалеко от Манчестера. В 1805 году её освещали пятьдесят газовых ламп, установленные Болтоном и Уаттом под руководством того же Уильяма Мёрдока, который двадцатью годами ранее разработал для этой фирмы планетарную передачу[17]. К середине века газовые пары хранились в баллонах и затем подавались по трубам на фабрики, в магазины, уличные фонари, офисы и богатые дома в большинстве крупных городов Запада. Газовая каминная лампа давала более яркий свет, чем свеча или масляная лампа, при меньших издержках (после того как были покрыты первоначальные расходы на установку) и с меньшим риском пожара (поскольку она была прикреплена к неподвижной трубе, которая не могла опрокинуться).

Однако к началу 1880-х годов дуговые фонари быстро вытеснили газовые в освещении общественных и коммерческих объектов: городских улиц, универмагов, парков аттракционов, фабрик и т. д. Репортёр, присутствовавший на освещении Честнат-стрит в Филадельфии, отметил, что по сравнению с ней существующее общественное освещение выглядит «жёлтым, тусклым и нездоровым», а электрический свет может быть дешевле даже газового[18]. Успех Браша привлёк конкурентов, которые копировали и улучшали его творение, делая газ всё менее привлекательным. Больше других стоит отметит Элиу Томсона из Филадельфии, который придумал, как сделать высокоэффективную саморегулирующуюся динамо-машину, поддерживающую постоянный ток независимо от количества работающих ламп. Это позволяло отдельным лампам выходить из строя или отключаться без необходимости использования шунтирующих цепей или других компенсирующих резисторов[19].

Электрические свечи Яблочкова в Лондоне вместе с относительно слабыми газовыми лампами, существовавшими до них.

Однако при всех своих впечатляющих преимуществах в яркости, чёткости и стоимости дуговое освещение создавало зрелище, совершенно не подходящее для домов и офисов. Никто не хотел видеть рядом с рабочим столом или диваном яркую дуговую лампу мощностью в две тысячи свечей (примерно в двадцать раз ярче обычной современной лампочки). Для того чтобы сделать электрический свет домашним, нужно было пойти другим путём.

Накаливание

Явление электрического накаливания также было известно уже много десятилетий. Электрический ток, пропущенный через определённые материалы, например полоску платины или стержень из углерода, заставлял их светиться тёплым, мягким светом, сильно отличающимся от ослепительной дуги. Десятки изобретателей на протяжении XIX века пытались превратить этот эффект в практичный электрический свет, но все они сталкивались с одним и тем же основным ограничением: материал накаливания сгорал или плавился слишком быстро, чтобы стать полезным источником света.

К 1878 году несколько изобретателей добились определённых успехов в создании практичной системы электрического освещения с помощью ламп накаливания: Мозес Фармер разработал динамо-машину и лампы накаливания, которые он использовал для освещения собственного дома в Кембридже, штат Массачусетс, в 1860-х годах. Мозес не прилагал особых усилий для коммерциализации своего домашнего эксперимента, но его партнёр Уильям Уоллес продолжил производство динамо-машины Фармера. В начале 1879 года Джозеф Свон, английский химик-промышленник, продемонстрировал лампочку с углеродистой нитью накаливания в вакууме (нужном, чтобы предотвратить возгорание углерода). Сойер, ещё один коренной янки, как и Фармер, также разработал углеродную лампу накаливания в колбе, заполненной азотом, и планы электрической распределительной системы, но его чрезмерная любовь к алкоголю и буйный нрав не позволили ему обеспечить стабильное партнёрство и финансирование[20].

Томас Эдисон, вдохновлённый демонстрацией дуговых ламп, зажигаемых динамо-машинами на фабрике Уоллеса, в 1878 году открыл свою собственную компанию по производству электрического освещения. Эдисон уже слыл успешным и известным изобретателем благодаря своим работам над телеграфом, телефоном и фонографом, и одной его репутации хватило, чтобы поднять стоимость акций газовой компании, когда он объявил о своём вступлении в конкурентную борьбу. Он приложил множество сил и привлёк гораздо больше капитала, чем любой из его конкурентов, получив финансовую поддержку от телеграфной компании Western Union и разросшейся банковской империи Дж. П. Моргана[21].

Эдисон со своим фонографом в апреле 1878 года, за несколько месяцев до того, как он приступил к созданию электрического света.

На своей «фабрике изобретений» в Менло-Парке, штат Нью-Джерси, он и его сотрудники провели тщательный поиск материалов, чтобы найти идеальную нить накаливания. Все понимали, что решающее значение имеет длительный срок службы, но Эдисон, который уже смотрел дальше лампочки (которую он называл «горелкой», по аналогии с газовой лампой), на всю электрическую систему, понял ещё одно: ему нужна была нить накаливания с высоким сопротивлением. Сван и Сойер создали нити с низким сопротивлением, чтобы минимизировать потери энергии в цепи на нагрев, но Эдисон понял, что для эффективного распространения электричества по городу важнее минимизировать стоимость медной проводки и генераторов: по закону Ома высокое сопротивление означает низкий ток, что означает тонкие и дешёвые провода[22]. Фрэнсис Аптон и Чарльз Бэтчелор, два самых доверенных сотрудника Эдисона, провели серию экспериментов с самыми разными материалами: бумагой, рыболовной леской, хлопковой нитью, ламповой краской, картоном, древесными опилками всех видов (от самшита до ели), пробкой, скорлупой кокосовых орехов и многим другим, прежде чем остановились на карбонизированном бамбуке как на самом эффективном. Он давал сопротивление току в сотни Ом и оказался способен гореть сотни часов, не выходя из строя[23].

Затем, подобно Брашу, но в ещё более амбициозных масштабах, лаборатория Эдисона создала законченную электрическую систему вокруг своей успешной лампочки. Из Менло-Парка вышли новая динамо-машина с барабанным якорем, новая конструкция вакуумного насоса для максимально эффективного удаления воздуха из стеклянной оболочки лампочки, винтовые гнёзда для надёжной установки лампочек под любым углом, счётчики и выключатели. Новые конструкции кабелей и распределительных коробок распределяли электроэнергию по системе «фидер-главный», которая позволила снизить стоимость меди за счёт того, что от генератора к главным цепям, питающим лампы, отходило несколько тонких фидерных цепей, а не одна толстая магистральная линия[24].

Вся эта изобретательность воплотилась в знаменитой станции «Перл-стрит» в центре Нью-Йорка, выбранной из-за её близости к более чем тысяче существующих потребителей газа, которых Эдисон надеялся перевести на электрическое освещение. Когда в сентябре 1882 года станция была включена, среди её первых клиентов оказались сотрудники редакции газеты New York Times, на страницах которой свет был воспет как значительно превосходящая газ альтернатива:

. ярче, чем газ, и в сто раз стабильнее. Как только стемнеет настолько, что понадобится искусственное освещение, вы поворачиваете винтик, и свет появляется, без тошнотворного запаха, без мерцания и без бликов. Свет был мягким, плавным и приятным для глаз — казалось, что ты пишешь при дневном свете, свете без мерцания и с минимальным нагревом, от которого обычно болела голова[25].

На самом деле для создания волшебного сияния электрических ламп требовалось много тепла, бликов и вредных испарений, но они были скрыты от клиентов на нижних этажах станции Перл-стрит, где котлы Babcock & Wilcox подавали пар на двигатели Armington & Sims, которые, в свою очередь, вращали динамо-машины Edison Electric «Джамбо», названные в честь знаменитого слона P. Т. Барнума[26]. В 1930-х годах историк-культуролог Льюис Мамфорд провёл разделение между мрачным парово-металлической эпохой «палеотехники» и чистой, яркой и электрической «неотехникой»[27]. Но в какой-то степени это было ложное разделение. Электричество распределяло и подразделяло паровую энергию, делало её невидимой, но, вопреки мечтам первых электрических энтузиастов, не заменяло её[28].

Вид в разрезе на станцию Перл-стрит, где пар из котлов внизу топит двигатели, которые приводят в действие динамо-машины наверху.

И всё же это ещё не вся правда о связи электричества и пара. Эдисон явно задумывал свою систему освещения как замену газовому освещению. Но его мечты простирались гораздо дальше электрифицированного эквивалента газового освещения и превратились во всеобъемлющую систему питания: «Тот же самый провод, который приносит вам свет, — провозгласил Эдисон в 1878 году, задолго до того, как у него появилась работающая лампа накаливания, — будет также приносить энергию и тепло. С помощью его энергии вы сможете запустить лифт, швейную машинку или любое другое механическое устройство, требующее мотора, а с помощью тепла вы сможете приготовить пищу»[29].

Хотя в 1878 году это видение было далеко от реальности, оно действительно воплотилось в жизнь и предъявило новые требования к паровой энергии, которые потребовали её повторного изобретения и замены столетнего поршневого парового двигателя на нечто совершенно новое.

Примечания

[1] Donald Cardwell, “Science and Technology: The Work of James Prescott Joule,” Technology and Culture 17, 4 (October 1976), 674-678.

[2] N.J. Callan, “On a method of connecting electro-magnets so as to combine their electric power,” in William Sturgeon, ed. The Annals of Electricity, Magnetism, & Chemistry, v. 1 (London: Sherwood, Gilbert, and Piper, 1837), 494.

[3] James Joule, The Scientific Papers of James Prescott Joule, v. 1 (London: The Physical Society, 1884), 14.

[4] Robert Hunt, “On the Application of Electro-Magnetism as a Motive Power,” in Philosophical Magazine and Journal of Science 36 (1850), 551.

[5] “The Bakerian Lecture. An account of some new analytical researches [etc.],” Philosophical Transactions of the Royal Society of London 99, 99 (December 1809), 71-72.

[6] “Proceedings of Learned Societies,” The Philosophical Magazine 35 (1810), 463.

[7] W. James King, The Development of Electrical Technology in the 19th Century: 3. The Early Arc Light and Generator (Washington, DC: Smithsonian Institution, 1962), 336-337.

[13] Maury Klein, The Power Makers: Steam, Electricity, and the Men Who Invented Modern America (New York: Bloomsbury, 2008), 113-114. Jeffrey La Favre, “The Brush Arc Lamp” (https://www.lafavre.us/brush/lamparc.htm).

[14] John Vidumsky, “From a Corner of the City, The Source of Light,” Hidden City (June 18, 2012), https://hiddencityphila.org/2012/06/from-a-corner-of-center-city-the-source-of-light; Nicholas B. Wainwright, History of the Philadelphia Electric Company, 1881-1961 (Philadelphia: Philadelphia Electric Company, 1961), 18-19.

[15] Quoted in John Winthrop Hammond, Men and Volts: The Story of General Electric (New York: J.B. Lippincott, 1941), 32.

[16] Charles Hunt, A History of the Introduction of Gas Lighting (London: Walter King, 1907), 9-10.

[17] Leslie Tomory, “Fostering a Revolution: Boulton & Watt and Gaslight 1800-1812,” The British Journal for the History of Science 46, 2 (June 2013), 209-214.

[18] Quoted in Wainwright, 19.

[19] W. Bernard Carlson, Innovation as a Social Process: Elihu Thomson and the Rise of General Electric (Cambridge: Cambridge University Press, 2003), 168; Hammond, Men and Volts, 15-16.

[20] Klein, The Power Makers, 154-158.

[21] Klein, The Power Makers, 130-140.

[22] Robert Friedel and Paul Israel, Edison’s Electric Light: The Art of Invention (Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2010), 42-43.

[23] Friedel and Israel, Edison’s Electric Light, 78-80, 104, 113, 129-130.

[24] Klein, The Power Makers, 146-147, 159; Friedel and Israel, Edison’s Electric Light, 140, 164-165.

[25] “Edison’s Electric Light. “The Times” Building Illuminated by Electricity,” New York Times, September 5, 1882.

[26] Friedel and Israel, Edison’s Electric Light, 177-178; Klein, The Power Makers, 169.

[27] Lewis Mumford, Technics and Civilization (), 212-215.

[28] Мамфорд восхвалял преимущества чистой гидроэлектроэнергии, но даже на пике своего развития в первой половине двадцатого века она не производила и половины электроэнергии в Соединённых Штатах. Bureau of Reclamation, “Hydropower Program: The History of Hydropower Development in the United States,” February 3, 2016, https://www.usbr.gov/power/edu/history.html.

[29] “Edison’s Newest Marvel / Sending Cheap Light, Heat, and Power by Electricity,” New York Sun, September 16,1878 in The Papers of Thomas A. Edison: The Wizard of Menlo Park, 1878, https://muse.jhu.edu/pub/1/oa_monograph/chapter/974260.

  • Научно-популярное
  • Энергия и элементы питания

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *