Кто изобрёл электричество: история возникновения, век и год изобретения

Что такое электричество

Под этим термином понимают ток и процессы, вызванные его влиянием. Электричество — категория, определяющая систему явлений, обусловленных структурой физических тел, взаимодействием, движением заряженных частиц вещества.

Ток вызывает тепловое, химическое, световое, магнитное, механическое действие. Генераторами, например, атмосферного электричества являются пылевые бури, облака, пар, дым промышленных установок.

Наука, изучающая электричество

Электричество как природное явление представляет интерес для биологов, химиков, физиков. Детальному его изучению посвящен такой раздел физики, как электродинамика.

Природу разрядов, магнитные явления, их практическое применение, преобразование, передачу изучает электротехника. Продукты этой отрасли знаний включают в себя бытовое и промышленное оборудование, коммуникации и сферу обработки информации.

История возникновения

Много лет назад люди наблюдали за природными явлениями, имеющими электрическую природу. В 600 г. до н.э. в Греции экспериментально установили, что потертая шерстью окаменелая смола притягивает предметы.

В 30-е гг. ХХ веке археологи нашли горшки, внутри которых находились медные листы. Эти своеобразные батареи для освещения были обнаружены в Багдаде, что дает основания предположить, что разработка принадлежит древним персам.

В 1600 году слово electricus использовалось Уильямом Гилбертом для описания статической энергии, возникающей при механическом взаимодействии веществ. Томас Браун в ряде исследовательских трудов использовал категорию «электричество» («янтарность»). С этого времени началась эра экспериментов с целью разгадки природы явления. Дата каждого из них вписана в историю.

В 17 в. был изобретен генератор, классифицированы изоляторы и проводники, разграничены частицы с зарядами «+» / «-». С XVIII в. и до сих пор человечество продуцирует, генерирует и потребляет электричество.

Период ранних открытий подготовил базис для развития науки, проведения исследований, разработки оборудования для транспортирования электричества.

Основатель электротехники

Также в конце XVII века при английском дворе трудился придворный медик и физик Уильям Гилберт. Его также вдохновили труды древнегреческого мыслителя, и он перешел к собственным исследованиям по данной тематике.

Этот изобретатель разработал прибор для изучения электричества – версор. С его помощью он смог расширить знания об электрических явлениях. Так он установил, что подобными янтарю свойствами обладают сланцы, опал, алмаз, карборунд, аметист и стекло. Кроме этого, Гилберт установил взаимосвязь между пламенем и электричеством, а так же сделал ряд других открытий, которые позволили современным ученым называть его основоположником электротехники.

Передача электричества на расстояние

В XVIII веке исследования по теме были успешно продолжены. Два ученых из Англии Гренвилл Уилер и Стивен Грей установили, что электричество проходит через одни материалы (их назвали проводниками) и не проходит через другие. Они же поставили первый опыт по передаче электрической силы на расстояние. Ток прошел небольшую дистанцию. Так 1729 год можно назвать первой датой, при ответе на вопрос, в каком году изобрели промышленное электричество. Далее открытия последовали одно за другим:

• профессор математики из Голландии Машенбрук изобрел «лейденскую банку», которая по своей сути явилась первым конденсатором;
• французский естествоиспытатель Шарль Дюфе классифицировал электрические силы на стеклянные и смоляные;
• Михаил Ломоносов доказал, что молнии получаются из-за разности потенциалов, и изобрел первый громоотвод;
• профессор из Франции Шарль Кулон открыл закон взаимосвязи между неподвижными зарядами точечного формата.

Все установленные факты были собраны под одной обложкой Бенджамином Франклином, он же предложил несколько перспективных теорий, например, то, что заряды могут быть, как положительными, так и отрицательными.

Этапы создания теории

Электричество — как вырабатывается и из чего состоит

Каждая ступень строительства электрической теории возводилась на основе личных открытий выдающихся учёных физиков. Их фамилии составляют список имён, кому принадлежит изобретение электричества. Теоретическая научная база электричества развивалась постепенно, по мере накопления экспериментального опыта.

Появление термина

Выше уже упоминалось то, что понятие «электричество» впервые было введено в употребление Уильямом Гилбертом в 1600 г. С этого момента отмечают дату, когда появилось электричество.

Первая электростатическая машина

Демонстрируемый прибор в 1663 г. бургомистром Магдебурга Отто фон Генрике считают первой электростатической машиной. Она представляла собой смоляной шар, насаженный на металлический стержень.

Лейденская банка

В 1745 году случилось знаменательное событие – голландский исследователь Питер ван Мушенброк создал электростатический конденсатор. Прибор был назван в честь города, где было сделано изобретение, – Лейденской банкой.

Два вида зарядов

Бенджамин Франклин ввёл понятие о полярности зарядов. С тех пор аксиомой является то, что любой электрический потенциал имеет отрицательный и положительный полюсы.

Бенджамин Франклин

В 1747 году американский научный исследователь Бенджамин Франклин создаёт собственную теорию об электричестве. Он представил природу электричества как нематериальную жидкость в виде неких флюидов.

Провода и роторы

Справедливости ради, проблема была не только в лампах, но и в электроснабжении. Производства устанавливали себе отдельные маломощные генераторы, города и деревни побогаче следовали тем же путём. Государственной программы финансирования электрификации не было, но иногда городские власти выделяли средств из резервных фондов. В 1912-м году сотрудники «Общества электрического освещения» взялись за создание крупных электростанций, которые могли бы снабжать энергией целые районы. Первой такой станцией стала «Электропередача» в Московской области, вокруг которой сейчас раскинулся городок Электрогорск. Эта станция до сих пор является местом проведения многочисленных экспериментов в области тепловой энергетики. На момент постройки она была самой крупной ТЭС, работавшей не на привозном топливе, а буквально «на подножном корме».

«Электропередача» обрела жизнь благодаря четырём людям: Кржижановскому, Радченко, Классону и Винтеру. Имя Классона станция носит сегодня; именно он подобрал место вблизи подходящего водоёма-охладителя и на богатейших залежах торфа, который изначально служил топливом для производства пара. Иван Радченко заведовал разработкой торфа. Александр Винтер, получивший образование в железнодорожном училище, через год после поступления в Киевский политехнический институт был выслан в Баку за студенческие беспорядки. В столице Азербайджана он по шестнадцать часов в сутки, по его же воспоминаниям, проводил в котельных. Работа в местном обществе «Электрическая сила» дала ему знания о функционировании паровых турбин, подобных тем, что позднее были установлены на «Электропередачу».

Однако построить станцию – это одно, а вот устроить подачу энергии от её генераторов к лампочкам и станкам – другое. 75 км от Москвы следовало каким-то образом преодолеть. На седьмом Всероссийском электротехническом съезде в 1913-м году инженеры договорились, что самый перспективный способ передачи энергии на большие расстояния – воздушные высоковольтные линии. Кабельный завод в Москве работал уже почти полвека, меди хватало, дерева для постройки опор – тоже. Имелись трансформаторы, как и теория, по которой можно было рассчитать оптимальный вольтаж для передачи и для потребления. Не было только одного – прецедента постройки семидесятикилометровой линии на землях Подмосковья. На землях, заболоченных и лесистых, и потому трудных для строительства, или же находящихся во владении частных лиц.

И как раз тут у энтузиастов-электротехников возникли проблемы. Дело в том, что не существовало практики взаимодействия поддерживаемого государством проекта с частными землевладельцами – дворянами и помещиками, далёкими от тяги к прогрессу. Законодательства, которое регулировало бы эти вопросы, не было тоже. А царскими указами в начале 20-го века поставить на место десяток зажиточных подданных уже не представлялось возможным. Поэтому руководители проекта, в основном Кржижановский и Винтер, лично договаривались с каждым из неуступчивых обладателей земель на пути от Электрогорска к Москве. Платили, заводили знакомства, увещевали и выпивали вместе с теми, кто упрямился.

Тем не менее, к 1914-му году была завершена постройка и «Электропередачи», и ЛЭП. Москва получила своё электричество. Новая станция заменила ряд мелких: — Георгиевскую, построенную в 1902-м году; эта ТЭС работала на привозном топливе и давала свет зданиям в радиусе полутора вёрст; — Городскую, за счёт которой освещался Каменный мост и площадь у храма Христа Спасителя; — Дворцовую (построенную немецким промышленником Сименсом для освещения Кремля); — привокзальные Ярославскую и Брестскую; — и др. Поскольку в 1914-м Российская империя вступила в Первую мировую войну, «Электропередача» так и осталась единственной станцией, способной снабжать энергией целую область.

Георгиевская электростанция

В это же время шло строительство меньших электростанций. Практика их создания была сформирована компанией Сименса в 80-х годах. В 1897-1898-м «Общество электрического освещения» в Петербурге строит электростанцию на Обводном канале, Кельнское общество «Гелиос» – ещё одну, на Новгородской улице, а Бельгийское анонимное общество электрического освещения – третью, на набережной Фонтанки. На десять лет этих станций хватает.

Затем, после того, как правительственную комиссию не прошёл план постройки метро в Петербурге, принимается решение проложить линии электрического трамвая. В Киеве такой трамвай появился ещё в 1892-м году – для него построили полтора километра линий и 30-киловаттную электростанцию. Теперь же Генрих Графтио, впоследствии ведущий специалист по электрификации железных дорог, запускает в 1907-м году трамвай в Петербурге, и заодно строит «Трамвайную» электростанцию. В 1914-м началось строительство пятой станции, «Уткиной заводи». Но, как и в случае с предыдущими станциями, основную часть финансирования предоставили зарубежные инвесторы, в основном немецкие.

С началом войны их попросили покинуть страну, да они и сами не горели желанием отдавать деньги вражескому государству. А «Русское акционерное общество электрических районных станций», которое формально руководило стройкой, само проект «не вытянуло».

киевский трамвай

За пределами столиц сооружение электростанций в основном находится в руках филиалов «Общества Электрического освещения» и электротехнических обществ – иностранные предприниматели редко заглядывали в провинции. В результате на просторах Российской империи нечасто появлялись мощные станции, зато часто – технически передовые. Например, первая электростанция, вырабатывавшая переменный трёхфазный ток, была сооружена в Новороссийске. Краснодарский край вообще отличался хорошими показателями электрификации, в основном за счёт удачного для прокладки ЛЭП равнинного рельефа северного берега Кубани.

Также в отдалённых регионах хорошо обстояло дело с гидроэлектростанциями. Первая из них появилась на реке Березовка у Зыряновского рудника на Алтае. Её мощность составляла 150 кВт и спроектирована она была горным инженером Кокшаровым. Большей известностью пользовалась построенная в Петербурге, на реке Большая Охта, 300-киловаттная станция. Над её строительством в числе прочих работал Роберт Классон. Следующая ГЭС, получившая имя «Белый уголь», расположилась опять в глубинке, хотя и у курортных Ессентуков и Кисловодска – на реке Подкумок. Эта станция питала 400 уличных дуговых фонарей, электродвигатели для насосов минеральных вод и несколько трамвайных линий.

Вообще проекты использование энергии рек появились даже раньше, чем Сименс организовал своё «Общество электрического освещения». Предложения по строительству ГЭС в 1880-м выдвигал российский инженер Чиколев, а в 1892-м с аналогичными идеями выступал Николай Бенардос. По его замыслу электроэнергией, полученной от турбин на Неве, должен был снабжаться Петербург. Графтио предполагал использовать течение реки Волхов (при советской власти его проект будет претворён в жизнь). Но поскольку наиболее организованно работал Кржижановский с коллегами, ГЭС по используемости отставали от ТЭС.

И всё же в 1913-м году на протяжённых речках насчитывались тысячи небольших электростанций. Ещё больше их стояло на горных речушках, вблизи рудничных предприятий. К 1917-му году суммарная мощность гидроэлектростанций России достигала 19 МВт. Самая крупная из них вырабатывала 1350 кВт электричества и находилась в Туркестане – эта Гиндукушская ГЭС работает до сих пор. Для сравнения, самая производительная электростанция империи – «Электропередача» – производила 9000 кВт энергии.

машинный зал Гиндукушской ГЭС

Причины, почему в центральных регионах акцент делался на тепловых станциях, а на периферии – на ГЭС, довольно очевидны. Во-первых, изначально считалось, что равнинные, хоть и полноводные реки использовать для производства электроэнергии невыгодно. Во-вторых, в Москву и Петербург регулярно поставляли большое количество топлива, добытого в других государствах (важным поставщиком была Англия). А отдалённые населённые пункты рассчитывать на стабильное снабжение не могли. В то же время, обильные торфяные залежи в Подмосковье способствовали появлению небольших электростанций, находящихся в частном владении.

Начало Первой мировой несколько изменило расстановку сил в российском энергетическом сегменте. Со времён Сименса подрядчиками и спонсорами развёртывания сети электростанций выступали в основном подданные Германии. В 1909-м году более 85% электротехнических предприятий и компаний принадлежали не Российской империи; из-за обострения отношений к 1914-му году эта доля упала до 70%, но этого было недостаточно – резкое сворачивание зарубежных инвестиций всё равно сильно ударило по энергетическому строительству.

Другой проблемой было отсутствие машиностроения достаточного уровня. Например, при строительстве Гиндукушской ГЭС использовались турбины австро-вергерского производства. Даже для крупнейших столичных электростанций турбины поставлялись из Европы и США. С началом войны поставки сократились. Правда, в результате этого кроме негативного влияния был и положительный момент – постепенно стало развиваться отечественное приборостроение. Сразу после начала войны открылся Московский Электроламповый завод; рассматривались проекты по сооружению турбинных заводов, но до революции их не успели осуществить.

ГОЭЛРО

Пришедшие к власти после Октябрьской революции большевики в 1920 году приняли план по электрификации страны. Его разработка началась еще во время гражданской войны. Главой соответствующей комиссии (ГОЭЛРО – Государственной комиссии по электрификации России) был назначен Глеб Кржижановский, который уже имел опыт работы с разными энергетическими проектами. Например, он помогал Роберту Классону со станцией на торфе в Московской губернии. Всего в комиссию, создававшую план, вошло порядка двухсот инженеров и ученых.

Хотя проект предназначался для развития энергетики, он также затрагивал всю советскую экономику. В качестве сопутствующего электрификации предприятия появился Сталинградский тракторный завод. Новый промышленный район возник в Кузнецком угольном бассейне, где началось освоение огромных залежей ресурсов.

Согласно плану ГОЭЛРО должно было быть построено 30 электростанций районного значения (10 ГЭС и 20 ТЭС). Многие из этих предприятий работают и сегодня. В их числе Нижегородская, Каширская, Челябинская и Шатурская тепловые электростанции, а также Волховская, Нижегородская и Днепровская ГЭС. Осуществление плана привело к появлению нового экономического районирования страны. История света и электричества не может быть не связана с развитием транспортной системы. Благодаря ГОЭЛРО появились новые железные дороги, магистрали и Волго-Донской канал. Именно посредством этого плана началась индустриализация страны, а история электричества в России перевернула очередную важную страницу. Поставленные ГОЭЛРО цели были выполнены в 1931 году.

Электрическая дуга Петрова

История возникновения электричества сложилась бы иначе, если бы не физик-экспериментатор и старательный самоучка Василий Петров (1761-1834). Этот ученый, движимый собственным мало кому понятным любопытством, провел множество опытов. Ключевым его достижением стало открытие электрической дуги в 1802 году.

Петров доказал, что ее можно использовать в практических целях – в том числе для сварки металлов, плавки и освещения. Тогда же экспериментатором была создана большая гальваническая батарея. История развития электричества многим обязана Василию Петрову.

Свеча Яблочкова

Другой русский изобретатель, внесший свой вклад в прогресс в энергетике, – Павел Яблочков (1847-1894). В 1875 году он создал угольную дуговую лампу. За ней закрепилось название «свеча Яблочкова». Впервые изобретение было продемонстрировано широкой публике на Парижской всемирной выставке. Так писалась история возникновения света. Электричество, в том смысле в каком привыкли понимать его все мы, становилось все ближе.

Лампа Яблочкова, несмотря на революционность идеи, имела несколько фатальных недостатков. После отключения от источника она гасла, а запустить свечу заново уже не представлялось возможным. Тем не менее история происхождения электричества по праву оставила в своих анналах имя Павла Яблочкова.

Лампа накаливания Лодыгина

Первые отечественные опыты, связанные с городским электрическим освещением, были проведены Александром Лодыгиным в Санкт-Петербурге в 1873 году. Именно он изобрел лампу накаливания. Однако попытка ввести новинку в массовую эксплуатацию оказалась неудачной – ей не удалось отнять нишу у повсеместно распространенных газовых фонарей. Патент на вольфрамовую нить был продан зарубежной компании General Electric.

Российские энтузиасты, тем не менее, не растеряли задора. Незадолго до Первой мировой войны «Общество электрического освещения» получило право на производство ламп накаливания. Грандиозные планы не осуществились из-за кровопролития, падения экономики и всеобщей разрухи. К 1917 году лампы накаливания были только в богатых поместьях, успешных магазинах и т. д. В целом даже в двух столицах такое освещение охватывало лишь треть зданий. К электричеству масса людей относилась как к невероятной роскоши, и каждая новая освещенная витрина привлекала внимание тысяч горожан.

Станции и трамваи

Появлялись в царскую эпоху и станции меньших масштабов. История электричества в России многим обязана немецкому промышленнику Вернеру фон Сименсу. В 1883 году он работал над праздничной иллюминацией московского Кремля. После первого удачного опыта его компания (которая позже станет известна как концерн мирового масштаба) создала систему освещения Зимнего дворца и Невского проспекта в Петербурге. В 1898 году небольшая электростанция появилась в столице на Обводном канале. Бельгийцы инвестировали средства в аналогичное предприятие на набережной Фонтанки, а немцы – в еще одно на Новгородской улице.

История электричества сводилась не только к появлению станций. Первый трамвай в Российской империи появился в 1892 году в Киеве. В Петербурге этот новейший вид общественного транспорта в 1907-м запустил инженер-энергетик Генрих Графтио. Инвесторами проекта были немцы. Когда началась война с Германией, они вывели из России капитал, а проект на время заморозился.

Первые ГЭС

Отечественная история электричества в царский период ознаменовалась и первыми небольшими гидроэлектростанциями. Самая ранняя появилась на Зыряновском руднике в Алтайских горах. Большая известность обрушилась на станцию в Петербурге на реке Большой Охте. Одним из ее строителей был все тот же Роберт Классон. Кисловодская гидроэлектростанция «Белый уголь» служила источником энергии для 400 уличных фонарей, трамвайных линий и насосов на минеральных водах.

К 1913 году на разных российских речках были уже тысячи ГЭС небольшого размера. По подсчетам специалистов их общая мощность составляла 19 мегаватт. Самой крупной ГЭС была Гиндукушская станция в Туркестане (она работает и сегодня). При этом накануне Первой мировой войны сложилась заметная тенденция: в центральных губерниях упор делался на строительство тепловых станций, а в далекой провинции – на силу воды. История создания электричества для российских городов началась с больших вложений иностранцев. Даже оборудование для станций почти все было зарубежным. Например, турбины закупали отовсюду – от Австро-Венгрии до США.

В период 1900-1914 гг. темп российской электрификации являлся одним из самых высоких во всем мире. В то же время существовал заметный перекос. Электричество поставлялось в основном для промышленности, а вот спрос на бытовые приборы оставался достаточно низким. Ключевая же проблема продолжала заключаться в отсутствии централизованного плана модернизации страны. Движение вперед осуществлялось частными компаниями, при этом в массе своей – иностранными. Немцы и бельгийцы в основном финансировали проекты в двух столицах и старались не рисковать своими средствами в далекой российской провинции.

Энергетика и война

Накануне Великой Отечественной войны общая мощность электроэнергетики СССР составляла около 11 миллионов киловатт. Вторжение Германии и разрушение значительной части инфраструктуры сильно снизили эти показатели. На фоне этой катастрофы в Государственном Комитете Обороны сделали строительство предприятий, вырабатывающих мощности, частью оборонзаказа.

С освобождением территорий, занятых немцами, начался процесс восстановления разрушенных или поврежденных электростанций. Самыми важными были признаны Свирская, Днепровская, Баксанская и Кегумская ГЭС, а также Шахтинская, Криворожская, Штеревская, Сталиногорская, Зуевская и Дубровская ТЭС. Обеспечение оставленных немцами городов электричеством на первых порах осуществлялось благодаря энергопоездам. Первая такая передвижная станция прибыла в Сталинград. К 1945 году отечественной энергетике удалось выйти на довоенные показатели выработки. Даже краткая история электричества показывает, что путь модернизации страны был тернистым и извилистым.

Дальнейшее развитие

После наступления мира в СССР продолжилось строительство крупнейших во всем мире ТЭС и ГЭС. Энергетическая программа осуществлялась согласно принципу дальнейшей централизации всей отрасли. К 1960 году выработка электричества увеличилась в 6 раз по сравнению с 1940 годом. К 1967-му закончился процесс создания единой энергетической системы, объединившей всю европейскую часть страны. В эту сеть вошло 600 электростанций. Их общая мощность составила 65 миллионов киловатт.

В дальнейшем упор в развитии инфраструктуры делался на азиатский и дальневосточный регионы. Отчасти это объясняется тем, что именно там сосредотачивалось около 4/5 всех гидроэнергетических ресурсов СССР. «Электрическим» символом 1960-х стала возведенная на Ангаре Братская ГЭС. Вслед за ней появилась аналогичная Красноярская станция на Енисее.

Гидроэнергетика развивалась и на Дальнем Востоке. В 1978 году в дома советских граждан стал поступать ток, который производила Зейская ГЭС. Высота ее плотины – 123 метра, а вырабатываемая мощность – 1330 мегаватт. Настоящим чудом инженерной мысли в Советском Союзе считали Саяно-Шушенскую ГЭС. Проект реализовывался в условиях сложного климата Сибири и удаленности от крупных городов с необходимой промышленностью. Многие детали (например, гидротурбины) попадали на стройку через Северный ледовитый океан, проделывая путь в 10 тысяч километров.

В начале 1980-х серьезно изменился топливно-энергетический баланс советской экономики. Все большую роль играли атомные электростанции. В 1980 году их доля в выработке энергии равнялась 5%, а 1985 году – уже 10%. Локомотивом отрасли была Обнинская АЭС. В этот период началось ускоренное серийное строительство атомных электростанций, однако экономический кризис и катастрофа в Чернобыле затормозили данный процесс.