Содержание
Постоянный ток – это упорядоченное однонаправленное движение зарядов в проводнике. Скорость способна изменяться. От этого ток постоянным быть не перестаёт. В технике сюда принято относить и униполярную последовательность импульсов. К примеру, считается, что ток после выпрямительного моста постоянный. В действительности – это униполярная последовательность импульсов.
Происхождение электричества
История электричества рассматривалась в тематике Переменного тока, но остались подробности. Дочери Фалеса Милетского мир обязан знанию об электричестве. Слово происходит от древнегреческого названия янтаря, а первым всерьёз занялся исследованиями Уильям Гилберт. К тому времени уже известны работы Перегрина о магнетизме – единственный короткий манускрипт, а о Фалесе Милетском физик знал по трактатам Аристотеля.
Выход книги De magnete, magneticisque corparibus etc пришёлся на 1600 год. Чтобы лучше понять обстановку, вспомним, что после 9 лет следствия в указанный период сожгли Джордано Бруно. Без пролития крови, как требовали правила инквизиции. Бывший священник по доносу собственного друга отправился на костёр. Через 5 лет при короле Якове I произошёл Пороховой заговор. Суд обвинил группу католиков в попытке взорвать парламент и даже поймал – Гая Фокса.
Электричество
Той печальной осенью дворяне вразрез со сложившимися традициями подверглись пыткам на дыбе. Гай не сдавался, но когда начали подписывать показания соратники, он поступил аналогично. Почерк сильно отличался от обычного – невозможно писать с изувеченными руками. На казни Гаю помогли на виселицу взобраться палачи, но он сумел ловко прыгнуть и сломать шею, избежав дальнейших мучительных процедур.
В этой кутерьме Уильям Гилберт, пару лет не доживший до Порохового заговора, и ушедший из жизни с водворением на престол Якова I выпускает трактат, связанный с неописуемо загадочными явлениями – электричество и магнетизм. Описывает, что потёртый янтарь отклоняет в сторону стрелку компаса, конструирует прибор, именуемый версором, для наблюдения и опытов. Учёного легко могли обвинить в колдовстве – инквизиция и аналогичного рода структуры жгли ведьм. Сие затронуло преимущественно материковую часть Европы, но и в Англии было жарко. Закон о прекращении уголовного преследования за колдовство вышел в Великобритании лишь в 1735 году.
Прежде постоянное электричество вполне могло стать причиной если не казни, то неприятных процедур. Итак, Гилберт, набравшись смелости говорит, что электричество считается слабой силой, легко разрушаемой. Стоит лишь поместить между телами диэлектрик, как эффект притяжения нарушается. Одновременно магнетизм признается сильной чертой и не зависит от попадания влаги, влияния предметов и прочего. Избранные тела способны электризоваться, а другие нет. Магнетизм затрагивает лишь избранные материалы, а «слабое» явление влияет на все сущее (со слов Гилберта). Подмечены и иные характерные черты. К примеру, магниту свойственно постоянство, а для электризации тело следует натереть до «блеска, нагрева или истечения».
Изучение электричества
Книга полна технических ошибок из-за несовершенства методик исследования. Но это дало учёным исход, и через двести лет уже придумали Вольтов столб. Это источник постоянного напряжения, чуть напоминающий современный аккумулятор. Неплохо, если учесть, что после Фалеса Милетского прошло 20 веков (2000 лет), пока человек решился изложить научно простое явление электризации янтаря. Эстафету перенял Никола Кабео, в Философии магнетизма (1629 год) попытавшийся, избегая душ у материальных тел, объяснить загадочные явления. По соображениям учёного вещь, наделённая необычными качествами, раздвигала и сжимала воздух, отчего происходили наблюдаемые феномены. Натолкнуло на мысль отсутствие разницы меж обычными и заряженными телами в тысячекратных опытах над постоянными объектами.
Отцом постоянного тока называют Отто фон Герике, внимавшего с прилежностью трудам Гилберта. Учёный захотел создать машину, автоматизировавшую процесс трения, и пришёл постепенно к конструкции первого статического генератора. Для этих целей Герике рекомендует использовать шар из серы величиной с детскую голову. Накопленный электрический потенциал оказался потрясающим, учёный немедленно делает ряд открытий:
- Заряды способны притягиваться и отталкиваться.
- Электричество течёт по проводникам.
Течение тока по поводам
Реакция научного мира отсутствовала. Никто не заметил выдающихся открытий на фоне работ Герике по теме разреженных газов. Систематизировал сведения по электричеству Шарль Дюфе в декабре 1733 года, через много лет после смерти выдающегося учёного. Экспериментатор установил, что заряды бывают двух знаков, первый немедленно окрестили стеклянным, второй – смоляным. Через пару лет европейские государства начинают расставаться с практикой преследования граждан за колдовство, открытия следуют друг за другом.
Становление понятия постоянный ток
По мере роста желающих заняться электричеством, появляется больше людей, жаждущих славы. К примеру, зарегистрированы сообщения:
- Из куриных яиц, подвергшихся действию электризации, цыплята вылупляются быстрее.
- Аналогичные опыты, проделанные с семенами, дали ускоренное развитие сельскохозяйственных культур.
- Электричество оживляет мёртвых животных.
Предположим, что часть описанных фактов не совсем соответствует действительности. В 1940 году группа советских физиологов показала, что под действием искусственного кровоснабжения оживают сердце и легкие, голова и целое животное (собака). Остаётся гадать, почему технология не получила дальнейшего развития.
Ток постоянный
Вернёмся к электричеству: в 1745 году изобретена лейденская банка – первый в мире конденсатор, способный копить заряд. Обкладками служили листы олова, диэлектриком – стекло. Нельзя пройти мимо Джона Кантона, значительно усовершенствовавшего версор Гилберта. Новый прибор назвали электроскопом, он показывал взаимодействие зарядов и приблизительную их количественную оценку. Устройство состояло из маленького древесного шарика, на шёлковой нити подвешенного к крючку. При поднесении заряженного тела проявлялся эффект электростатической поляризации, объект притягивал груз.
В дальнейшем деревянную бусину заменили на материал, способный принимать заряд, стремясь определить знак. Джон Кантон и поныне считается первооткрывателем электростатической индукции, объяснённое Эпинусом на основе теории дальнодействия, а эстафету перенимает Шарль Кулон. В 1784 году вооружённый знаниями предыдущих поколений при помощи крутильных весов физик даёт определение собственному знаменитому закону. Впервые постоянный ток химической природы предполагалось получить в 1791 году Гальвани, но открытия не произошло по сложившимся обстоятельствам. Учёный занимался физиологией:
- Препарированная мёртвая лягушка начинала дёргаться под прикосновением металлических крючков. Это обычное оборудование для вивисекторов, просто чудо, что эффект оказался замечен.
- Повторяя опыты на диэлектриках, Гальвани установил, что эффект не наблюдается никогда.
Из сделанной работы учёный вынес неправильный вывод о наличии животного электричества. Здесь за работу взялся великий Алессандро Вольта. Неизвестно, сколько лягушек замучил муж науки, но вывод потрясающий: электричество, а точнее, постоянный ток появляется при взаимодействии металлов с разными характеристиками через электролит – жидкости умершей твари. Весной 1800 года появился первый в мире источник, называемый Вольтовым столбом. Это электрохимический прибор, где цинковая и медная пластина погружены в электролит.
Открытие первоначально лежало в области физиологии, проводящей жидкостью стала солёная вода. Её и сегодня в экстренных ситуациях рекомендуют использовать вместо крови. Потом уже Волластон заменил солёную воду кислотой. Эти открытия, подобно ядерному реактору, зарядили энергией исследователей. Открытия стали расти как грибы после тёплого осеннего дождя: электролиз, лампы накала, электрический двигатель, закон Ома для полной цепи, впервые открытый для постоянного тока.
Постоянный ток в современном мире
Итак, чтобы прийти от простых опытов по электризации тел к постоянному току, человечеству потребовалось 200 лет. Ещё через 200, 20 ноября на свет вышел первый процессор Пентиум IV. Неплохой рывок. Процессор тоже питается постоянным током, как системный блок в целом. Потребление электронного мозга составляет до 70 Вт. При питании от источника напряжением 3 В ток – более 20 А. Сегодня известно, что контактов у процессора масса, и результирующий ток действительно велик, но делится на множество ветвей. Недаром к подобным агрегатам выпускают кулеры на 50 и более Вт (мощность средней лампочки накала).
Итак, постоянный ток господствует в электронике. В зависимости от применяемого семейства микросхем полярность выделяется положительной и отрицательной. Вот почему номиналов в блоке питания множество. От постоянного тока питаются шаговые двигатели в жёстком диске или приводе для чтения оптических носителей, обеспечивая лучший КПД.
Постоянный ток широко применяется в аккумуляторах, способен храниться в отличие от переменного. Запасается, скорее, напряжение, но в рассматриваемом контексте сочтём термины словами синонимами: заряд и разряд идут постоянным током. До эпохи Николы Тесла переменный ток не использовали, двигатели и прочее оборудование нуждались в генераторах постоянного.
Постоянный ток часто используется в датчиках, иногда в виде импульсов. Это сложно понять, когда напряжение меняется. Но направление неизменно – значит, все правильно. Так работают датчики Холла. Термопару в этой роли считают, скорее, прибором, работающим по напряжению, отдаваемый этим источником постоянный ток весьма мал.