Электричество и магнетизм. Лекция 16. Движение заряженных частиц в электромагнитном поле

Содержание

Слайд 2

Энергия электро-магнитного поля Плотность энергии электромагнитного поля Энергия электромагнитного поля

Энергия электро-магнитного поля

Плотность энергии электромагнитного поля

Энергия электромагнитного поля

Слайд 3

Уравнения Максвелла Уравнения Максвелла в локальной и интегральной форме Дж.К. Максвелл

Уравнения Максвелла

Уравнения Максвелла в локальной и интегральной форме

Дж.К. Максвелл в 1859

г. сформулировал систему уравнений, исчерпывающим образом описывающих электрическое и магнитное поля (а вернее – единое электро-магнитное поле.
Слайд 4

Уравнения Максвелла Свойства уравнений Максвелла 1. Уравнения выполняются во всех инерциальных

Уравнения Максвелла

Свойства уравнений Максвелла

1. Уравнения выполняются во всех инерциальных системах отсчёта.

(являются релятивистски инвариантными).
2. Уравнения линейные –> отражение принципа суперпозиции для магнитных и электрических полей.
3.Уравнения содержат все известные законы электродинамики: закон Кулона, закон Био-Савара-Лапласа, уравнение непрерывности и т.п.
4. Уравнения не симмметричны относительно векторов E и B.
5. Из уравнений Максвелла следует возможность существования и распространения электромагнитных волн в вакууме.
Слайд 5

Уравнения Максвелла Уравнения Максвелла в среде без зарядов и токов div

Уравнения Максвелла

Уравнения Максвелла в среде без зарядов и токов

div D =

div Е = 0 rot E = -дB/дt
div B = 0 rot Н = rot B/μ0μ = -дD/дt = -ε0 εдE/дt =>
rot B = - μ0με0 ε дE/дt =>
-д(rot B)/дt = μ0με0 ε д2E/дt2 = rot rot E = ∆E =>
д2E/дt2 = с2∆E => д2B/дt2 = с2∆B
Решение: волна (например, E = Е0 cos(ω(t-x/c)) ) способная существовать и распространяться и в среде, и в пустоте, причем со скоростью света!!
с = 1/ (μ0με0 ε )1/2 = с0/(με )1/2 =~ с0/√ε
Подробнее об ЭМ-волнах – в следующем семестре
Слайд 6

Движение зарядов в электромагнитном поле

Движение зарядов в электромагнитном поле

Слайд 7

Движение зарядов в однородных полях Траектория – парабола, лежащая в плоскости

Движение зарядов в однородных полях

Траектория – парабола, лежащая в плоскости векторов

v0 и E. Очевидна аналогия с движением под действием ускорения свободного падения:

Уравнение движения заряда:

Слайд 8

Разгон заряженных частиц электрическим полем до высоких энергий используют в т.н.

Разгон заряженных частиц электрическим полем до высоких энергий используют в т.н.

ускорителях прямого действия. Пример: электростатический генератор Ван дер Граффа. Ток пучка на УВдГ может достигать нескольких миллиампер. Однако, в таких ускорителях трудно обеспечить энергию частиц больше 40-50 МэВ для протонов и для достижения ещё больших энергий используют линейные ускорители.
Большие энергии – другая механика!
dP/dt =eE = eU/L P=mvγ=mv(1-v2/c2)-1/2
P2 = (eUt/L)2= Er2/c2 – m2c2 =>
Er2 ~ = m2c4 + (eU)2

Ускорители заряженных частиц

Слайд 9

Схема линейного ускорителя Внутри каждой трубки электрическое поле равно нулю. Соседние

Схема линейного ускорителя

Внутри каждой трубки электрическое поле равно нулю. Соседние трубки

имеют противоположную полярность. Таким образом, ускорительное поле находится в зазорах между трубками. Частота генератора и размеры трубок подбираются так, чтобы сгусток ускоряемых частиц подходил к очередному зазору в тот момент, когда полярность трубок изменяется на противоположную.

Ускорители заряженных частиц

В линейных ускорителях частица подвергается многократному ускорению, пролетая сквозь ряд цилиндрических трубок, присоединенных к электрическому генератору высокой частоты.

Слайд 10

Ускорители заряженных частиц Стэнфордский линейный ускоритель (SLAC.) Он работал в период

Ускорители заряженных частиц

Стэнфордский линейный ускоритель (SLAC.) Он работал в период 1989-1998 гг.,

имел длину около 3 км и ускорял как электроны, так и позитроны до энергии 50 ГэВ.
Слайд 11

Движение зарядов в однородных полях 1). Скорость частицы перпендикулярна вектору индукции магнитного поля

Движение зарядов в однородных полях

1). Скорость частицы перпендикулярна вектору индукции магнитного

поля
Слайд 12

Движение зарядов в однородных полях Магнитная сила сообщает заряду только нормальное

Движение зарядов в однородных полях

Магнитная сила сообщает заряду только нормальное ускорение.

Траектория движения окружность, лежащая в плоскости, перпендикулярной вектору B. Релятивистский импульс частицы направлен по касательной к траектории

ω − угловая скорость, связанная с частотой вращения по окружности

Слайд 13

Движение зарядов в однородных полях В нерелятивистском пределе циклотронная частота не зависит от скорости частицы.

Движение зарядов в однородных полях

В нерелятивистском пределе циклотронная частота не зависит

от скорости частицы.
Слайд 14

Ускорители заряженных частиц Циклотрон Это циклический резонансный ускоритель тяжёлых частиц (протонов,

Ускорители заряженных частиц

Циклотрон

Это циклический резонансный ускоритель тяжёлых частиц (протонов, ионов).

Первая работающая

модель циклотрона

В 1930 году Э. Лоуренсом (США) был создан первый– циклотрон на энергию протонов 1 МэВ (его диаметр был 25 см).

Слайд 15

Ускорители заряженных частиц Схема движения частиц в циклотроне и фазотроне. Вид

Ускорители заряженных частиц

Схема движения частиц в циклотроне и фазотроне. Вид сверху

и сбоку

Тяжелые заряженные частицы попадают в камеру из инжектора 1 вблизи центра камеры и движутся в постоянном магнитном поле, направленном перпендикулярно плоскости движения частиц, по раскручивающейся спирали 2. В зазоре между дуантами частицы ускоряются импульсным электрическим полем Частота изменения переменного напряжения 4, приложенного к дуантам 3 равно циклотронной частоте частиц.

Слайд 16

Ускорители заряженных частиц С. Ливингстоун и Э. Лоуренс у 27-дюймового циклотрона,

Ускорители заряженных частиц

С. Ливингстоун и Э. Лоуренс у 27-дюймового циклотрона, который использовался

в экспериментальных исследованиях ядерных реакций и искусственной радиоактивности
Слайд 17

Ускорители заряженных частиц Бетатрон Бетатрон − это циклический ускоритель, в котором

Ускорители заряженных частиц

Бетатрон

Бетатрон − это циклический ускоритель, в котором ускорение заряженных

частиц производится вихревым электрическим полем, которое создаётся переменным магнитным полем. Ускоренные частицы движутся по кругу в специальных вакуумных камерах. Первый бетатрон создал Д.У. Керст в 1940 г.

Д. Керст возле своих бетатронов, маленький - на 2.3 МэВ, большой - на 25 МэВ

Слайд 18

Ускорители заряженных частиц Ускоритель заряженных частиц в Европейском Центре ядерных исследований (ЦЕРН).

Ускорители заряженных частиц

Ускоритель заряженных частиц в Европейском Центре ядерных исследований (ЦЕРН).

Слайд 19

Условия радиальной фокусировки Условие равновесия частицы в неинерциальной СО Ускорители заряженных

Условия радиальной фокусировки

Условие равновесия частицы в неинерциальной СО

Ускорители заряженных частиц

Если частица

отклонилась то поле должно возвращать ее назад

Это так, если

Слайд 20

Ускорители заряженных частиц

Ускорители заряженных частиц

Слайд 21

Ускорители заряженных частиц Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца

Ускорители заряженных частиц

Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя

составляет 26 659 м; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков.

Большой адро́нный колла́йдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; сокр. БАК) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (ЦЕРН), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы.

Слайд 22

Движение зарядов в однородных полях 2). Скорость частицы не перпендикулярна вектору

Движение зарядов в однородных полях

2). Скорость частицы не перпендикулярна вектору индукции

магнитного поля

Траектория − левая или правая спираль в зависимости от знака заряда частицы

Слайд 23

Движение зарядов в однородных полях

Движение зарядов в однородных полях

Слайд 24

Движение зарядов в однородных полях Движение заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли

Движение зарядов в однородных полях

Движение заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли

Слайд 25

Плазма.

Плазма.

Слайд 26

Плазма как состояние вещества Плазма = частично или полностью ионизованный газ

Плазма как состояние вещества

Плазма = частично или полностью ионизованный газ =


среда, состоящая из хаотически движущихся заряженных частиц

При сильном нагревании газа происходит диссоциация (распад) молекул на атомы. Дальнейший рост температуры приводит к ионизации = отрыву электронов от атомов с образованием ионов.

Слайд 27

Плазма как состояние вещества

Плазма как состояние вещества

Слайд 28

Плазма как состояние вещества Струи солнечной плазмы движутся по дугам вдоль

Плазма как состояние вещества

Струи солнечной плазмы движутся по дугам вдоль силовых

линий магнитного поля. Фото: NASA/TRACE

Концентрация плазмы меняется в широких пределах: от n ~ 10−6 см−3 в межгалактическом пространстве до n ~ 1022 см−3 в твёрдых телах.

В состоянии плазмы находится большая часть вещества Вселенной − звёзды, звёздные атмосферы, галактические туманности и межзвёздная среда.

Слайд 29

Плазма как состояние вещества Кулоновское взаимодействие частиц плазмы распространяется на большие

Плазма как состояние вещества

Кулоновское взаимодействие частиц плазмы распространяется на большие расстояния,

поэтому взаимодействие частиц является коллективным, а не парным как у молекул обычного газа.
Электрические и магнитные поля очень сильно влияют на плазму, вызывая появление в ней электрических токов, объёмных зарядов и ряд других специфических свойств.
Плазма проводит электрический ток.
Приближённо плазму можно рассматривать как идеально проводящую несжимаемую жидкость, если скорости направленного движения частиц плазмы намного меньше скорости звука в плазме

Свойства плазмы:

Слайд 30

Дебаевский радиус экранирования

Дебаевский радиус экранирования

Слайд 31

Z-пинч- эффект − это следствие закона Ампера о магнитном притяжении отдельных

Z-пинч- эффект − это следствие закона Ампера о магнитном притяжении отдельных

параллельных токовых струй.

Ток в проводящей среде имеет свойство уменьшать своё сечение под действием собственного, порождаемого самим током, магнитного поля.

Пинч-эффект

Лабораторная установка для газовых разрядов. Z-пинч в водороде.

Слайд 32

Плазма в магнитном поле Управляемый термоядерный синтез (УТС) − это синтез

Плазма в магнитном поле

Управляемый термоядерный синтез (УТС) − это синтез более тяжёлых

атомных ядер из более лёгких при высоких температурах с целью получения энергии, который носит управляемый характер.
Слайд 33

Плазма в магнитном поле Управляемый термоядерный синтез (УТС) − это синтез

Плазма в магнитном поле

Управляемый термоядерный синтез (УТС) − это синтез более тяжёлых

атомных ядер из более лёгких при высоких температурах с целью получения энергии, который носит управляемый характер.
В 1950-ые гг в СССР и США была предложена идея магнитной термоизоляции плазмы для осуществления УТС.

В основе идеи – сжатие плазменного жгута за счет пинч-эффекта

Слайд 34

Плазма в магнитном поле С помощью индуктора в камере создают вихревое

Плазма в магнитном поле

С помощью индуктора в камере создают вихревое электрическое

поле. Протекающий через плазму ток нагревает её и создаёт магнитное поле, которое сжимает протекающий через плазму ток.

Схема тороидальной камеры с магнитной катушкой (ТОКАМАК).

Слайд 35

Плазма в магнитном поле Тороидальные катушки создают продольное магнитное поле (вдоль

Плазма в магнитном поле

Тороидальные катушки создают продольное магнитное поле (вдоль оси

тора), которое препятствует смещению плазменного шнура. Магнитное поле, создаваемое полоидальными витками, противодействует силе, направленной по большому радиусу тора.

Схема тороидальной камеры с магнитной катушкой (ТОКАМАК).

Слайд 36

Плазма в магнитном поле На Токамаках второго поколения были получены внушительные

Плазма в магнитном поле

На Токамаках второго поколения были получены внушительные параметры

плазмы: температура 8⋅107 К, плотности плазмы превышающие 1020 м-3.

Токамак Т-15, введен в строй в 1988 году, в настоящее время работы на нем приостановлены .

Слайд 37

Плазма в магнитном поле Лоуренсовские лаборатории, США, Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR)

Плазма в магнитном поле

Лоуренсовские лаборатории, США,
Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR)


Слайд 38

Плазма в магнитном поле Неустойчивости плазмы проявляются как самопроизвольные отклонения от

Плазма в магнитном поле

Неустойчивости плазмы проявляются как самопроизвольные отклонения от невозмущённого

квазистационарного состояния плазмы.
Различают различного вида неустойчивости: магнитогидродинамические, пучковые, токовые, дрейфовые, кинетические, параметрические, диссипативные, разрывные и другие.
Слайд 39

Плазма в магнитном поле Увеличивающееся магнитное поле сильнее сожмёт плазму пинча

Плазма в магнитном поле

Увеличивающееся магнитное поле сильнее сожмёт плазму пинча в

области перетяжки и температура там повысится. Высокое давление плазмы в перетяжке приводит к вытеканию плазмы из перетяжки в осевом направлении. Это приводит к дальнейшему повышению температуры плазмы в перетяжках.

Желобковая неустойчивость.
Если в каком-либо сечении плазма сожмётся так, что радиус пинча r1 станет меньше, чем радиус r2 соседней области, то магнитное поле в этом сечении пинча повысится.

Слайд 40

Плазма в магнитном поле Изгибная (шланговая) неустойчивость. На внутренней стороне изгиба

Плазма в магнитном поле

Изгибная (шланговая) неустойчивость.
На внутренней стороне изгиба силовые линии

магнитного поля сгущаются, усиливая магнитное давление, что приводит к увеличению изгиба шнура.
Слайд 41

Термоядерный синтез ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, ИТЭР) Задача ИТЭР заключается

Термоядерный синтез

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, ИТЭР)  Задача ИТЭР заключается в

демонстрации возможности коммерческого использования термоядерного реактора и решении физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути.
 ЕС, США, Россия, Китай, Япония, Корея, Индия
Слайд 42

Спасибо за внимание! Успеха на экзаменах! Дистанционный курс общей физики НИЯУ

Спасибо за внимание!
Успеха на экзаменах!

Дистанционный курс общей физики НИЯУ МИФИ

Следующая лекция
В

следующем семестре!
Слайд 43

Курс общей физики НИЯУ МИФИ Обзор 1. Электростатика - Линии напряженности

Курс общей физики НИЯУ МИФИ

Обзор

1. Электростатика  
- Линии напряженности электрического поля

и эквипотенциальные
поверхности.
- Связь между напряженностью и потенциалом.
- Поле вне и внутри объемно заряженного шара.
- Работа силы электрического поля. Потенциал.
- Дипольный электрический момент системы зарядов.
- Поле электрического диполя.
- Электрический диполь в однородном и неоднородном поле
(вращательный момент, энергия, сила).
- Энергия электрического поля. Плотность энергии.
Слайд 44

Курс общей физики НИЯУ МИФИ Обзор 2. Проводники в электрическом поле.

Курс общей физики НИЯУ МИФИ

Обзор

2. Проводники в электрическом поле. Конденсаторы.
- Электрическое

поле одной и двух заряженных плоскостей.
- Электроемкость. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора.
- Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.
- Энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного проводника.
- Проводник в электрическом поле. Распределение заряда в проводнике.
Слайд 45

Курс общей физики НИЯУ МИФИ Обзор и . 3. Диэлектрики. Электрическое

Курс общей физики НИЯУ МИФИ

Обзор

и

.

3. Диэлектрики. Электрическое смешение (индукция)
-

Связь между поляризованностью диэлектрика и объемной плотностью связанных зарядов.
- Связь между поляризованностью диэлектрика и поверхностной
плотностью связанного заряда.
- Поле в диэлектрике. Вектор электрического смещения.
- Циркуляция и ротор электрического поля (вектора E и D).
- Теорема Гаусса для вектора электрического смещения (индукции)
- Условия на границе двух диэлектриков (вектора E и D)..
Слайд 46

Курс общей физики НИЯУ МИФИ Обзор 4. Электрический ток. - Опыты,

Курс общей физики НИЯУ МИФИ

Обзор

4. Электрический ток.
- Опыты, подтверждающие наличие

свободных электронов в металлах.
- Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности.
- Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах.
- Мощность тока. Удельная тепловая мощность тока.
- Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
- Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правила Кирхгофа.
Слайд 47

Курс общей физики НИЯУ МИФИ Обзор 5. Магнитостатика - Магнитное поле

Курс общей физики НИЯУ МИФИ

Обзор

5. Магнитостатика
- Магнитное поле равномерно движущегося заряда.

Закон Био-Савара.
- Поле бесконечного прямого тока.
- Поле в центре и на оси кругового тока.
- Поле соленоида
- Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции.
- Закон Ампера. Сила взаимодействия параллельных токов.
- Энергия магнитного поля. Плотность энергии.
- Контур с током в однородном и неоднородном магнитном поле
(вращательный момент, энергия, сила).
Слайд 48

Курс общей физики НИЯУ МИФИ Обзор 6. Магнетики - Намагниченность магнетика.

Курс общей физики НИЯУ МИФИ

Обзор

6. Магнетики
- Намагниченность магнетика. Связь между намагниченностью

и
плотностью молекулярных токов.
- Циркуляция и ротор магнитного поля (вектора В и Н ).
- Условия на границе двух магнетиков (вектора В и Н ).
- Магнитные свойства диа-и парамагнетиков
- Магнитные свойства ферромагнетиков.
- Поле соленоида
Слайд 49

Курс общей физики НИЯУ МИФИ Обзор 7. Электромагнитная индукция и самоиндукция

Курс общей физики НИЯУ МИФИ

Обзор

7. Электромагнитная индукция и самоиндукция
- Явление электромагнитной

индукции. Правило Ленца. Э.Д.С. индукции.
- Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида.
- Взаимная индукция двух контуров с токами
8. Электродинамика
 - Ток смещения. Полный ток.
- Уравнения Максвелла.
- Энергия и плотность энергии электромагнитного поля.
9. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном поле
 - Сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле
Сила Лоренца.
- Ускорители заряженных частиц (качественно)
- Плазма в магнитном поле (качественно)
Слайд 50

Курс общей физики НИЯУ МИФИ Следующая лекция в новом семестре

Курс общей физики НИЯУ МИФИ

Следующая лекция
в новом семестре

Слайд 51

Дополнение 2. История электрогенерации

Дополнение 2.
История электрогенерации

Слайд 52

Главное практическое применение электромагнитной индукции – это генерация электроэнергии Технические детали

Главное практическое применение электромагнитной индукции – это
генерация электроэнергии
Технические детали производства,

переработки и передачи электрической энергии на расстояние были отработаны трудами большого числа изобретателей и инженеров, среди которых такие знаменитые имена, как Никола Тесла, Вернер фон Сименс, Эмилий Христианович Ленц и иногие другие.

Электромагнитная индукция

Слайд 53

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» В 1831 году Майкл Фарадей на

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

В 1831 году Майкл Фарадей на основе

открытого им явления электромагнитной индукции построил генератор электрического напряжения (т.н. «диск Фарадея»). Небольшое напряжение появляется между серединой и периферией медного диска, вращающегося между полюсами подковообразного магнита).
Позже эксперименты показали, что используя вместо диска катушку из многих витков провода, можно получить куда более высокое напряжение.
Катушки стали характерной частью всех последующих генераторов

Дополнение: история электрогенерации

Michael Faraday
1791-1861

Слайд 54

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Первый действующий электрогенератор, работающий на принципах

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Первый действующий электрогенератор, работающий на принципах электромагнитной

индукции, построил в 1827 г. - ещё до публикации открытий Фарадея – монах, физик и изобретатель венгр Иштван Йедлик Он же в 1829 г сконструировал один из первых электродвигателей, в 1840-ые Йедлик спроектировал электро-локомотив, а потом еще (sic!) содовую газировку!
Очень скромный человек, Йедлик не публиковал и не патентовал своих изобретений. Он вырос и учился в Словакии (тогда – часть Венгрии), потом вступил в орден Бенедиктинцев, преподавал физику в орденких школах в Пребурге (Братислава). С 1839 года он преподавал физику в Будапештском университете, а с 1863 года стал его ректором.
О своем изобретении динамо-машины Йедлик публично заявил по настоянию коллег только в середине 1850-х, когда идея уже была запатентована Вернером фон Сименсом (1816-1892

Дополнение: история электрогенерации

Jedlik István Ányos
1800-1895

Werner von Siemens
1816-1892

Слайд 55

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Россиянин Э.Х. Ленц первым дал математичекую

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Россиянин Э.Х. Ленц первым дал математичекую формулировку

законам электромагнитной индукции. В 1833 году он высказал идею о том, что одна и та же машина может работать и как электродвигатель, если её питать током, и как генератор электротока, если её ротор вращать механически,
В 1838 году он сам доказал эту возможность экспериментально.
Стало понятно, что электричество – это не только интересный объект для научного исследования, но может оказаться весьма удобным способом приведения в движение различных механизмов

Дополнение: история электрогенерации

Эмилий Христианович Ленц ,1804-1865

Слайд 56

Для получения большой мощности электрогенератора – нужно сильное магнитное поле. В

Для получения большой мощности электрогенератора – нужно сильное магнитное поле. В

1830-40-ые годы в динамо-машинах применяли только постоянные магниты. В 1850-60-ые стали делать генераторы с электромагнитами, обмотка которых питалась током от отдельного генератора с постоянными магнитами.
В 1860-ые А. Пачинотти и З.Т. Грамм получили патенты на машины с самовозбуждением, где магнит запитывался током, генерируемым самой машиной.
В 1873 году бельгийский инженер З.Т. Грамм продемонстрировал две соединённые проводами ~1км. машины, одна из которых (снабженная двигателем внутреннего сгорания) служила генератором и питала электроэнергией вторую, приводившую в движение насос. Это была эффектная демонстрация возможности практического использования электроэнергии.

Дополнение: история электрогенерации

Zénobe-Théophile Gramme,
1826-1901

Слайд 57

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» В 1878 г. изобретатель и бизнесмен

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

В 1878 г. изобретатель и бизнесмен Т.А.

Эдисон основал компанию «Edisson Electric Light» (позднее - General Electric) по производству и продаже. постоянного электро-тока для систем освещения. Параллельно он совершенствует недавно изобретенные лампочки накаливания. (А.Н.Ладыгин, Т.А.Эдиссон, Дж.У.Суон, и др.).
К 1879 году Эдисон доводит срок службы лампочки до ~12 часов. (сегодня эта цифра кажется смешной, но альтернативами в те годы были только свечи и керосиновые лампы. Эдисон обещал: «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешёвым, что только богачи будут жечь свечи».

Дополнение: история электрогенерации

Thomas Alva Edison
1847-1931

Александр Николаевич Ладыгин, 1847-1923

Слайд 58

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» В 1880 г. Эдисон патентует трехпроводную

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

В 1880 г. Эдисон патентует трехпроводную систему

производства и передачи электроэнергии. Три провода - нулевой и два с напряжением ±110 вольт – дают возможность подключить питаемые устройства к разным парам проводов. Это снижает материалоемкость системы.
В январе 1882 года Эдисон запускает первую электростанцию в Лондоне, а в середине года - вторую на Манхэттене, мощностью ~1,5 кВт, освещавшую дом Эдисона и помещения его фирмы.
К 1887 году в США было уже более 100 электростанций постоянного тока, работавших по трёхпроводной схеме Эдисона.

Дополнение: история электрогенерации

Thomas Alva Edisson
1847-1931

Слайд 59

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» В 1884 году Эдисон нанимает на

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

В 1884 году Эдисон нанимает на работу

молодого иммигранта из Австро-Венгрии Николу Тесла - специально для доработки генераторов постоянного тока, пообещав выплатить за это (по утверждению Теслы) 50 тыс. долларов. Менее, чем через год Тесла уволился, сочтя что Эдиссон обманул его.
А 1886 году на взятые в долг деньги Тесла открыл свою фирму по производству ламп уличного освещения, и его дела пошли в гору.
В 1888 году он арендовал офис на 5-ой авеню в Нью-Йорке, как раз около центрального офиса компании Эдисона. Между изобретателями разгорелась борьба, известная в истории США под названием «Война токов» (The Currents War).

Дополнение: история электрогенерации

Никола Тесла
1856-1943

Слайд 60

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Электростанции Эдисона вырабатывали напряжение, близкое к

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Электростанции Эдисона вырабатывали напряжение, близкое к потребительскому

(100-200 В), которое по трехпроводной схеме и доставляли потребителям на удалении не более ~1-1,5 км от электростанции. На больших расстояниях потери на нагрев проводов съедают большую часть произведенной энергии..
Q = I2R = (P/U)2R
Снизить потери можно снижая сопротивление проводов (делая их толще, т.е. тяжелее и дороже) или повышая напряжение. Менять напряжение постоянного тока на тот момент не умели, а трансформаторы для изменения амплитуды тока переменного уже были изобретены (П.Н.Яблочков, патент 1876j. Тесла предложил производить ток переменный, передавать по магистральным линиям высокого напряжения (га сотни км), а затем, понизив напряжение, подавать потребителю.

Дополнение: история электрогенерации

Павел Николаевич Яблочков
1847-1894

Слайд 61

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» .У Эдисона был еще один серьезный

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

.У Эдисона был еще один серьезный конкурент

- инженер, изобретатель и миллионер Дж. Вестингауз, который, неплохо знал физику и понимал, что слабое звено системы Эдиссона - большие потери мощности в проводах. В 1886 г. Вестингауз построил первую ГЭС, производившую переменный ток в 500В (Грейт-Баррингтон, Массачусетс). Проблема была в отсутствии электромоторов, способных эффективно работать на переменном токе. Проблему решил Тесла, который в 1882 году (еще до приезда в США) изобрел много-фазный электромотор на переменном токе. В 1888 году он патентует свое изобретение в США и берется за разработку генераторов переменного тока. С 1887 г. Тесла и Вестингауз работают вместе, а Эдиссон ведет против них компанию «серного пиара»: платит за сплетни об особой опасности переменного тока и за «электрический стул» Г.Брауна, якобы предоставленный Вестингаузом

Дополнение: история электрогенерации

George Westinghouse
1846-1914

Слайд 62

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» В 1891 году на электротехнической выставке

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

В 1891 году на электротехнической выставке во

Франкфурте-на-Майне немецкая компания AEG демонстрирует линию передачи электрической мощности около 220 кВт на расстояние 175 км. Сенсационно высокий КПД линии (~ 80 %) был достигнут благодаря применению т.н. трехфазного напряжения, изобретенного русским инженером М. О. Доливо-Добровольским.
Вестингауз приобретает права на использование трехфазной системы и в 1896 году выигрывает тендер на строительство крупнейшей на ту пору ГЭС на Ниагарском водопаде.
После изобретений Теслы и Доливо-Добровольского, система постоянного тока Эдиссона потерпела поражение даже несмотря на то, что сам Тесла вскоре потерял интерес к этой области исследований и занялся изысканиями в области электромагнитных излучений,

Дополнение: история электрогенерации

Михаил Осипович Доливо-Добровольский 1861-1919

Слайд 63

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Уже в начале XX века большинство

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Уже в начале XX века большинство электростанций

выдавали именно переменный ток, хотя все еще существовало немало потребителей постоянного тока. Переменный ток для них преобразовывался в постоянный с помощью ртутных выпрямителей.
Но электростанции постоянного тока строились вплоть до 1920-х годов. Хельсинки окончательно перешёл на переменный ток в 1940-х годах, Стокгольм в 1960-х. В США вплоть до конца 1990-х годов существовало более 4 тысяч разрозненных потребителей постоянного тока, и только в ноябре 2007 года было принято решение о прекращении подачи постоянного тока по сетям и главный инженер компании «Консолидейтед Эдисон», которая этим занималась, сам перерезал символический кабель.
Так закончилась знаменитая «войне токов».

Дополнение: история электрогенерации

Слайд 64

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Динамика мирового производства электроэнергии (Год —

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Динамика мирового производства электроэнергии (Год — млрд. кВт*ч):

1890 —

9
1900 — 15
1914 — 37,5
1950—950
1960—2300
1970 — 5000
1980 — 8250

1990 — 11 800
2000 — 14 500
2005 — 18 138
2007 — 19 895
2013 — 23 127
2015 – 23 550
2019 - 29 000

Общемировой объем электро-генерирующих мощностей в 2017 году превысил 23 ТВт:
В 2019 году крупнейшими в мире производителями электроэнергии являются Китай (27,8%), Северная Америка (США + Канада – 19 %). Евросоюз (12%), Далее идут Индия (5,8%), Россия (4,1%) и Япония (3,8%). Остальной мир – 27,5%.

Дополнение: история электрогенерации

Слайд 65

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Распределение производства электроэнергии по источникам): В

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Распределение производства электроэнергии по источникам):

В 2019 году

возобновляемая энергетика (ветер, солнце) выдала 5,3% мирового производства электроэнергии (около 20% европейского производства) и, как казалось, окончательно утвердилась в качестве самого быстрорастущего, основного сектора энергетического рынка. Только в 2017 году было введено в эксплуатацию более 150 ГВт новых мощностей солнечной и ветровой генерации.
Однако, в 2020-21 годы пандемия, климатические и экономические неурядицы заставили усомниться в возможности скорого отказа от углеводородов и атомной энергетики…

Дополнение: история электрогенерации

- Предыдущая
Конкурс рисунков о правилах дорожного движения
Следующая -
Выборочная совокупность в социологических исследованиях

Похожие презентации

Механическая работа
Термоядерные реакции (9 класс) - Презентация по физике_
Закон всемирного тяготения Ньютона
Inductance. Self-inductance
Презентация по физике "Волновой источник тока" - скачать
Мощные силовые выпрямительные диоды
Атомның күрделі құрылысын айғақтайтын құбылыстар
Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц
Дифракция света на ультразвуке (акустооптическая дифракция)
Уравнение непрерывности
Аттестационная работа. Использование конструктора LEGO. Технология и физика во внеурочной деятельности
Закон Кулона
Плазма
Радиационные эффекты и уровни радиации
Направление электрического тока
Измерение объёма взвешиванием
Звуковые волны
Прямолінійний рівноприскорений рух
Блок-схема машин. Понятие детали и сборочной единицы. МП
Тема урока: Квартирная электропроводка 8 класс Раздел «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ РАБОТЫ »
Проект «Волшебный мир зазеркалья». Свойства зеркала
Атомные электростанции
Физика вокруг нас. (8 класс)
Бұлшық ет жиырылуының биофизикасы
Интерференция света
Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Лекция 7
Коливання та хвилі
Комплексная интерпритация геофизических исследований скважин
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть