전기의 현상은 어디에나 있습니다. 그렇다면 전기란 무엇일까요?
전기는 물질 운동의 한 형태이며, 물질에 포함된 전자가 입자와 함께 움직일 때의 에너지 표현 형식이다. 그래서 본질적으로 전기는 일종의 에너지이며, 흔히 전기라고 불린다.
전기는 사람들의 생산 생활에서 광범위하게 응용되었다. 예를 들면, 전기가 들어오면 전등이 빛나거나 전기난로가 뜨거워질 수 있다 (전기의 열 효과라고 함). 모터를 회전시킬 수 있습니다 (전기의 동적 효과라고 함). 전기 분해 (전기의 화학 효과라고 함) 할 수 있습니다. 전자석은 강력한 흡인력 (전기라는 자기효과) 등을 만들어 낸다. 전기에는 다른 형태의 에너지로 변환 할 수있는 많은 기능이 있음을 알 수 있습니다. 따라서 사람들은 보통 전력으로 표현된 전기를 전기라고 부른다.
전기의 본질이 무엇인지 더 잘 이해하기 위해서, 우리는 먼저 물질의 전기 구조를 이해해야 한다. 현대과학의 대량의 실험은 어떤 물질도 분자로 이루어져 있고 분자는 원물질의 성질을 유지하는 원자로 구성되어 있다는 것을 증명한다. 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있으며, 원자핵에는 양성자와 중성자도 함유되어 있다.
중성자는 전하를 띠지 않고 양성자는 양전기를 띠기 때문에 핵은 양전기를 띠고 전자는 음전기를 띠게 된다. 정상적인 상황에서 원자핵이 가지고 있는 양전하가 전자가 가지고 있는 음전하와 동일하기 때문에 일반 원자 (심지어 물질) 는 전기를 띠지 않는다. 전자는 일정한 궤도로 원자핵을 중심으로 움직이는데, 우주에서 태양계의 행성과 태양의 관계처럼 외부 궤도의 전자와 원자핵의 관계는 매우 약하다. 전자가 외부 요인 (예: 빛, 열, 외부 힘 등) 의 영향으로 일정한 에너지를 얻을 때. ), 그것은 원자핵의 매력과 속박에서 벗어나 궤도에서 빠져나와 자유 전자가 되어 물체가 음전기가 부족해 정태를 나타내고, 또 다른 자유 전자가 있는 물체는 음전기를 띠게 할 수 있다. (윌리엄 셰익스피어, 자유전자, 자유전자, 자유전자, 자유전자, 자유전자, 자유전자)
전력 발전의 약사
"전기" 라는 단어는 서양에서는 그리스어 "호박" 에서 나왔지만, 중국에서는 번개 현상에서 유래했다. 18 세기 중엽 이후 전기에 대한 연구가 점차 전개되고 있다. 인간의 전기에 대한 모든 중대한 발견은 광범위한 실용 연구를 불러일으켜 과학기술의 비약적인 발전을 촉진시켰다.
현재 인류의 생활, 과학 기술 활동, 물질 생산 활동은 모두 전기와 불가분의 관계에 있어서 전기가 없는 세계가 어떤 모습일지 상상하기 어렵다. 과학기술이 발달하면서 전문지식을 갖춘 일부 연구 내용이 점차 독립되어 전자학, 전기공학 등과 같은 전문학과를 형성하였다. 전기, 일명 전자기학은 물리학에서 중요한 의의를 지닌 기초학과이다.
전기의 기록은 기원전 6 세기로 거슬러 올라간다. 일찍이 기원전 585 년에 그리스 철학자 탈레스는 호박과 나무 블록 마찰이 빛과 잔디 등 작은 물건을 끌어들일 수 있다고 기록했고, 나중에 마찰한 탄옥도 빛과 작은 물건을 끌어들이는 능력을 가지고 있다는 것을 알게 되었다. 앞으로 2000 년 동안, 이 현상들은 자석이 철을 빨아들이는 것처럼 물질의 본질로 여겨질 뿐, 다른 중대한 발견은 없었다.
1600 년 영국 물리학자 길버트는 호박, 석탄옥석 마찰 후 가벼운 물체를 끌어들일 수 있을 뿐만 아니라 상당한 양의 물질이 마찰된 후에도 가벼운 물체를 끌어들이는 성질이 있다는 것을 발견했다. 약 1660 년, 마드레부르크의 그리크는 세계 최초의 마찰모터를 발명했다.
18 세기에 전기 연구가 급속히 발전했다. 1729 년 영국의 그레이는 호박의 전기 효과가 다른 물체로 전달될 수 있는지를 연구하면서 도체와 절연체의 차이를 발견했다. 금속은 전도할 수 있고, 실크는 할 수 없다. 그는 처음으로 인체를 충전했다. 그레이의 실험은 프랑스 학자 디피의 주의를 끌었다. 1733 년 디페이는 절연된 금속도 마찰을 통해 전기를 충전할 수 있다는 것을 발견했기 때문에 모든 물체가 마찰을 통해 전기를 충전할 수 있다고 결론 내렸다. 그는 유리에 생성 된 전기를 "유리" 라고 불렀고 호박에서 생성 된 전기는 수지에서 생성 된 전기와 동일하므로 "수지" 라고 불렀습니다. 그는 전하가 같은 물체가 서로 배척한다는 결론을 내렸다. 전하가 다른 물체는 서로 끌어당긴다.
1745 년 네덜란드 라이튼의 무신브룩은 전기를 절약할 수 있는 라이튼병을 발명했다. 라이튼 병의 발명은 전기학의 진일보한 연구에 조건을 제공하고 전기학 지식의 전파에 중요한 역할을 했다.
같은 시기에 미국 과학자 프랭클린은 전기에 대한 인식을 높이기 위해 의미 있는 일을 많이 했다. 1747 에서 그는 전기가 유체이며, 정상적인 상황에서 전기는 모든 물질에 일정한 양으로 존재하는 원소라고 제안했다. 전기는 유체와 마찬가지로 마찰을 통해 한 물체에서 다른 물체로 이동할 수 있지만 만들어질 수는 없습니다. 어떤 고립된 물체의 총 전기량은 변하지 않는다. 이것이 바로 속칭 전하 보존 법칙이다. 그는 물체가 마찰할 때 얻은 전기의 불필요한 부분을 양전기라고 하고, 물체가 전기를 잃을 때의 부족한 부분을 음전기라고 부른다. 그 이후로, 이 두 가지 성질은 정반대로 서로 다른 전기 상태에 정식 명칭을 부여했다. 이어 1752 년 세계를 놀라게 한' 연 실험' 의 성공은 천둥과 전기의 내면적 연계를 검증했다. 전하 상호 작용에 대한 정량 연구는 18 세기 후반에 시작되었다. 1776 년 프리스틀리는 전기 금속 용기의 내부 표면에 전하가 없다는 것을 발견하고 전기와 중력 사이에도 비슷한 법칙이 있을 것으로 추정하고 있다. 1769 년, 볼이 전기와 중력의 균형을 받는 실험을 통해 로빈슨은 처음으로 두 전하 사이의 상호 작용력과 거리의 제곱에 반비례한다는 것을 직접 확인했다. 1773 에서 카반디시는 거리의 2 차 형태에 반비례한다고 계산했다. 그의 실험은 근대에 전기를 정확하게 검증하는 법칙의 초기 형태이다. 1782 년 이탈리아 물리학자 볼트 개발이 축전지에 성공했다. 이 전원 공급 장치는 매우 원시적이지만, 배터리의 발명은 정전기에서 전력 전기에 이르는 획기적인 발전으로 전기 연구의 급속한 발전을 촉진시켰다.
1785 년 프랑스 물리학자 쿨롱은 정교한 비틀림 저울 실험을 설계하여 두 정적점 전하 사이의 상호 작용력과 그것들 사이의 2 차 거리에 반비례하여 전기 축적에 비례하는 쿨롱 법칙을 직접 측정했다. 쿨롱의 실험은 세계의 인정을 받았고, 전기 연구는 과학 대열에 들어서기 시작했다.
화학 전원 공급 장치가 발명된 후, 사람들은 곧 그것으로 많은 특이한 일을 할 수 있다는 것을 발견하였다. 1800 년에 칼라일과 니콜슨은 저압 전류로 물을 분해했습니다. 같은 해, 리터는 전해수에서 두 종류의 가스를 성공적으로 수집하여 황산동 용액으로부터 금속구리를 전기적으로 풀었다. 1807 년에 데이비드는 거대한 배터리 팩으로 칼륨, 나트륨, 칼슘, 마그네슘 등의 금속을 연이어 분해했다. 18 1 1 년, 데이비드는 2000 개의 배터리로 구성된 배터리 팩으로 탄소 전극 아크를 만들었습니다. 19 의 50 년대부터 등대, 극장 등의 장소의 강광원이 되어 점차 19 의 70 년대 에디슨이 발명한 백열등으로 대체되었다. 또한 볼타 배터리는 지멘스 등이 1839 년에 발명한 전기 도금의 발전을 촉진시켰다.
프랭클린은 일찍이 1750 년 전부터 라이튼 병의 방전이 강침을 자화시킬 수 있다는 것을 관찰했지만, 번개로 나침반의 자침이 회전하는 것을 관찰했지만, 19 세기 초에도 과학계는 여전히 전기와 자기는 두 가지 독립적인 기능으로 널리 인식되고 있다. 이런 전통적 관념과는 달리 덴마크 자연철학자 오스트는 독일 철학자 칸트와 셰린의 자연력 통일성에 대한 철학 사상을 받아들여 전기와 자기 사이에 어떤 연관이 있다고 굳게 믿었다. 1807 년 덴마크 학자 오스터는 도체가 전기를 켤 때 그 근처의 작은 자침이 편향되어 편향 자침의 전류가 자기효과를 가지고 있다는 것을 발견했다. 그는 전류가 도체를 통과할 때 도체 주위에 자기장이 발생한다고 단언했다. 전기에너지가 자성을 낳는 이 위대한 발견은 전기현상과 자기현상의 내재적 연계를 밝혀내어 전자기학의 연구 분야에 기초를 다졌다. 전류 자기 효과의 발견은 전기 연구의 새로운 시대를 열었다.
전류 자기 효과의 발견은 전기 응용의 새로운 영역을 열었다. 1825 년에 스터킨은 전자석을 발명하여 전기의 광범위한 응용을 위한 조건을 만들었다. 1833 년에 가우스와 웹은 최초의 간단한 단선 전보를 만들었습니다. 1837 년 휘스톤과 모스는 각각 전보를 발명했고, 모스는 움직이는 종이에 점과 대시를 표시하여 정보를 전달할 수 있는 암호 세트를 발명했다. 186 1 년, 벨이 전화를 발명했고, 현대는 여전히 수화기로 사용되고 있으며, 그 송화기는 에디슨이 발명한 탄소 송화기와 휴스가 발명한 마이크가 개선한 것이다.
패러데이는 전자기 감지를 바탕으로 첫 번째 발전기를 만들었다. 게다가, 그는 전기 현상을 다른 현상과 연계하여 광범위한 연구를 진행했다. 1882 년 프랑스 물리학자 암페어는 자침에 전류가 작용하는 힘에 대한 전기 역학 원리와 전류가 생성하는 자기장의 방향 (오른쪽 나선 법칙) 을 결정하는 방법을 제시했다. 전기와 자기는 동일하다는 것을 지적하며, 전자기 작용은' 전류의 상호 작용' 이라는 표현으로 통일적으로 묘사해야 한다. 1826 년 잉글랜드와 아일랜드의 유명한 물리학자 옴은 저항의 개념을 전류 연구에 도입했다. 대량의 실험을 거쳐 그는 마침내 전류를 통제하는 법칙을 발견하고, 유명한 옴의 법칙을 총결했다. 전류가 있는 어떤 폐쇄 회로에서도 전류 강도는 전동력에 정비례하며 회로의 총 저항에 반비례한다. 또 다른 독일 과학자 키르호프 (또 키르호프) 의 진일보한 연구를 통해, 그는 노드 전류와 회로 전압 법칙을 제시하여 임의 회로, 특히 복잡한 회로를 해결하였다. 1827 년 미국 과학자 헨리가 강력한 전자석을 성공적으로 개발해 원통형 코일로 실험을 해 회로에서 전기 유통이 끊어졌을 때의 스파크 변화를 관찰하여 자감 현상을 발견하고 제기했다. 1828 년 독일 과학자 가우스는 자기편각, 자기경사각, 자기강도의 세 가지 요소로 자기력을 묘사하도록 자기강계와 자기측측측측측측측측측정기를 설계했다. 183 1 년 8 월, 영국 물리학자, 화학자 패러데이는 마침내 자기도 발전할 수 있는 법칙, 즉 자력발전법칙을 발견하고 전기와 자기간의 관계를 더욱 밝히고 자력선의 개념을 제시했다. 바로 전자기 감지의 이 위대한 발견으로, 나중에 발전기 등 전기 설비의 발명을 위한 이론적 토대를 마련했다. 1833 년 러시아 과학원원사 냉자씨는 논문에서 자기장의 변화가 돌연변이일 수 없다는 것을 설명하고 전동력을 감지하는 저항으로 인한 것이라고 설명했다. 따라서 렌츠의 법칙은 전자기 관성의 법칙이라고도 한다. 동시에, 그는 감생기전력의 방향을 결정하는 냉차법칙을 제시했는데, 이는 감생전동력의 방향을 결정하는 오른손 법칙보다 더 보편적이다. 또한, 그와 영국 물리학자 줄은 거의 동시에 전류가 다른 곳에서 나오는 열 효과에 대한 연구 결과를 발표했다. 즉, 저항에서 발생하는 열은 통과된 전류의 제곱, 저항의 크기, 전기가 공급되는 시간에 비례한다. 나중에 줄-렌츠의 법칙 또는 약칭 줄 법칙이라고 불린다. 1833 년, 패러데이는 마찰 시동이 볼트 배터리와 동일하다는 것을 성공적으로 증명했고, 1834 는 전기 분해의 법칙을 발견했고, 1845 는 자광 효과를 발견하여 물질의 순자성과 항자성을 설명했다. 그는 또한 극화 현상과 정전기 감지 현상을 상세히 연구하여 처음으로 전하 보존 법칙을 실험을 통해 증명했다.
1856 년 영국 과학자 맥스웰은 쿨롱의 법칙, 암페어의 법칙, 패러데이의 법칙을 종합했을 뿐만 아니라 소위 변위 전류라는 개념도 제시했다. 기존의 전자기 이론에 필드의 개념을 도입하여 맥스웰의 전자기장 (미분) 방정식을 세웠는데, 이는 전기 발전사에서 또 하나의 휘황찬란한 이정표이다. 그는 우주에서 에테르라는 것이 전자기력을 퍼뜨려 유명한 뉴턴 초거리 작용을 부정했기 때문이라고 생각한다. 1873 에서 그는 점프 방정식을 사용하여 공간에서 시간에 따라 변하는 전기장과 자기장이 상호 의존적이라는 것을 설명했다. 전기장의 성질을 바꾸면 자기장이 생성될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지라고 생각하는데, 이는 전자기장이 진공에서 빛의 속도로 빛의 에너지와 전자기 질량을 전파할 수 있다고 추정한다. 1887 년 독일 과학자 헤르츠가 전자파를 인공적으로 생산하는 실험을 성공적으로 실시하여 맥스웰 예언의 정확성을 입증했다.
전자기 감지의 발견은 에너지 개발과 광범위한 활용을 위한 새로운 전망을 열었다. 1866 년, Siemens 는 실용적인 자력 모터를 발명했습니다. 19 년 말, 장거리 전력 전송 실현 모터는 생산과 운송 분야에 광범위하게 적용되어 공업 생산의 면모를 크게 바꾸었다.
맥스웰은 변화하는 자기장이 주변 공간의 소용돌이 전기장을 자극한다고 생각한다. 변화하는 전기장은 매체 전위의 변화를 일으키며, 전위의 변화는 전류처럼 주변 공간에서 소용돌이 자기장을 자극할 수 있다. 맥스웰은 수학 공식으로 그것들을 분명하게 표현하여 전자기장의 보편방정식인 맥스웰 방정식을 얻었다. 패러데이의 자력선 사상과 전자기 전달의 사상이 그 속에서 충분히 구현되었다.
1888 년 Hertz 는 콘덴서 방전의 진동 특성에 따라 전자파원과 전자파 탐지기를 설계해 실험을 통해 전자파를 탐지하고 전자파의 파속을 결정할 수 있다. 그는 또한 전자파가 광파와 마찬가지로 편광이며 반사, 굴절, 초점이 될 수 있다는 것을 관찰했다. 그 이후로 맥스웰의 이론은 점차 사람들에게 받아들여졌다.
맥스웰의 전자기 이론은 헤르츠 전자기파 실험에 의해 새로운 분야인 전자파의 응용과 연구를 개척했다는 것을 증명했다. 1895 년 러시아의 포포프와 이탈리아의 마르코니는 각각 무선 신호를 전송했다. 마르코니는 헤르츠의 진동기를 수직 안테나로 개선했습니다. 독일의 볼랑은 송신기를 두 개의 진현으로 나누어 신호 전송 범위를 확대하기 위한 조건을 만들었다. 190 1 년, 마르코니는 처음으로 대서양을 가로지르는 무선 연락을 취했다. 전자관의 발명과 전송선에서의 응용은 전자파의 발사와 수신을 용이하게 하고, 무선 기술의 발전을 촉진하며, 인류의 생활을 크게 변화시켰다. 특히 벨이 전화를 발명한 것은 주목할 만하다. 그는 2 월 1876 에서 미국 특허청에서 전화 특허권을 신청했다.
1896 년 로렌츠는 맥스웰 방정식을 미시 분야에 적용하여 물질의 전자기 특성을 원자 중 전자의 역할에 귀결시키는 전자 이론을 제시했다. 이것은 빛의 분극, 자화, 전도성 및 흡수, 산란 및 분산에 대한 물질의 현상을 설명 할뿐만 아니라 자기장에서 스펙트럼 분열의 정상적인 Zeeman 효과를 성공적으로 설명 할 수 있습니다. 또한 로렌츠는 전자 이론에 근거하여 운동 매체의 광속에 관한 공식을 추론하여 맥스웰의 이론을 한 걸음 앞으로 밀고 나갔다.
패러데이, 맥스웰, 로렌즈의 이론 체계에서는 전자기파의 운반체인 특수한 매체' 이더넷' 이 있다고 가정한다. 에테르참조계에서만 진공의 광속은 방향과 엄격하게 무관하며 맥스웰 방정식과 로렌츠 힘 공식도 에테르참조계에서만 엄격하게 성립된다. 이것은 전자기 법칙이 상대성의 원리에 부합하지 않는다는 것을 의미한다. 이 문제에 대한 추가 연구로 아인슈타인은 1905 년에 특수 상대성 이론을 수립했다. 특수 상대성 이론의 설립은 전자기 이론을 발전시켰을 뿐만 아니라 이론 물리학의 미래 발전에도 큰 역할을 했다.
전력 과학이 계속 발전함에 따라 19 의 70 년대부터 인류는 전력 응용 기술의 발명 창조에도 놀라운 돌파구를 마련했다. 1879 년 미국 과학자 발명가 에디슨은 백열등을 여러 차례 발명하고 개선한 뒤 퓨즈를 발명했다. 발전기, 자동전보, 타자기, 축음기, 새 배터리를 포함한 에디슨의 일생의 발명은 인류에게 불후의 공헌을 하였다. 당시 세계에는 단상 AC 와 단상 동기 발전기가 등장했지만 조명용으로만 사용되었습니다. 공업에서 사용되는 AC 모터는 처음에는 단상 AC 비동기 모터일 뿐이다. 스스로 시작할 수 없기 때문에, 사용에 큰 제약이 있다. 188 1 년 에디슨은 AC 발전기를 발명했고 1882 년 프랑스 겔러와 영국 고부스는 자기회로 변압기를 발명했다. 1888 년 러시아 공학교사 브로프스키와 뤼드는 3 상 통신 시스템을 구축했다. 1889 년, 3 상 AC 실험 응용 성공, 세계 최초의 3 상 시스템 회선 설립. 얼마 지나지 않아 3 상 발전기와 모터가 잇따라 등장해 3 상 교류 시스템이 전 세계적으로 보편적으로 응용할 수 있는 토대를 마련했다. 1890 3 열 철심 3 상 변압기가 출시된 이후 3 상 비동기 모터가 널리 사용되고 있으며 산업 전력이 빠르게 대체되었습니다. 이로 인해 산업 생산에서 전기 에너지의 응용이 급속히 발전하여 증기 등 동력원을 점차 대체하게 되었다. 20 세기 초까지 인류는 1796 년 영국 와트가 증기기관을 발명한 이후 개척한 증기시대를 끝내고 더욱 선진적인 전기시대로 접어들었다. 3 상 교류 시스템 응용 기술 및 전력 공업의 창설과 발전에 있어서 창조, 실험에서 전 세계적으로 보편적으로 응용하는 것은 100 여 년 밖에 되지 않는다는 것을 알 수 있다.
전기장
전기장은 전하 주변 공간에 존재하는 특수한 물질로 자기장을 변화시킨다. 전기장은 일반적인 물리적 오브젝트와 다릅니다. 그것은 분자 원자로 구성된 것은 아니지만, 그것은 객관적으로 존재한다. 전기장은 일반 물질이 가지고 있는 힘과 에너지 등 객관적인 속성을 가지고 있다. 전기장력의 본질은 이렇습니다. 전기장은 전기장력이라고 하는 전하에 작용합니다. 전기장 에너지의 본질은 전하가 전기장에서 움직일 때, 전기장력이 확실히 전하에 작용한다는 것이다 (전기장에 에너지가 있다는 것을 의미).