1 Історична довідка розвитку електротехнології

Виникнення електротехнології можна віднести до 1800 р., коли почалися експерименти з створеними в 1799 р. італійським фізиком Алессандро Вольта першими електрохімічними генераторами, які привели до відкриття хімічної, теплової і магнітної дії електричного струму. Хоча перші відомості про використання електроенергії в ремеслах відносяться до ІІІ віку до нашої ери. На основі знахідок німецького археолога В. Кеніга, зібраних їм в 1936 р. в околицях нинішнього Багдада, може вважатися встановленим, що у 250 р. до нашої ери у парфян були використані мідно–залізні гальванічні елементи з електролітом з винної, оцтової або лимонної кислоти. На жаль секрет цього пристрою був втрачений у результаті руйнівних війн, що відбувалися в цьому регіоні.

У тому ж 1800 р. англійці А. Карлейль і У. Ніколсон на основі «вольтова стовпа» здійснили розклад води на водень і кисень. У 1802 р. російський фізик В.В. Петров побудував унікальну батарею з 2100 мідно–цинкових елементів, ЕРС яких склала коло 1700 В, а корисна потужність 60–85 Вт. Досліджуючи цю батарею високої напруги, він відкрив явище електричної дуги і обґрунтував можливість її використання для плавлення металів, електричного освітлення і відновлення металів з окислів.

У 1807 р. професор Московського університету Ф.Ф. Рейс відкрив явище електроосмосу, яке отримало в теперішній час практичне застосування (опріснення морської води тощо). В цьому ж році англієць Х. Деві розробив електролітичний спосіб отримання лугових металів (калію, натрію, магнію, кальцію і інших раніше невідомих) у чистому вигляді. У 1833–1834 р.р. М. Фарадей встановив кількісні закономірності електролізу (закони Фарадея), він також ввів терміни електроліз, електроліт, електрод, катод і анод, катіони, аніони, іони. Фарадей показав, що генерування електричної енергії гальванічним елементом завжди супроводжується хімічним процесом.

У 1832 р. за ідеєю і замовленням французького фізики Андре Марі Ампера паризький приладобудівник Іпполіт Піксі виготував перший електромагнітний генератор, який з комутатором являв собою генератор постійного струму і без комутатора – змінного струму.

Одним з перших практичних використань електрики була металізація – осадження тонкого шару металу на поверхню виробу з допомогою електричного струму. У 1838 р. російський вчений Б.С. Якобі відкрив явище гальванопластики, що дозволило за допомогою електролізу отримувати точні копії поверхні предметів і зразу ж знайшло застосування в поліграфії і медальєрному ділі. Б.С. Якобі належить також пріоритет у розробці методу нанесення металевих покрить на предмети – гальваностегії.

У 1842 р. англійський підприємець Джон Стівен Вулрич з’єднав генератор постійного струму через ремінну передачу з паровою машиною і використав для живлення гальванічних ванн.

Всі ці відкриття привели до масового виникнення гальванотехнічних підприємств як в Росії, так і в зарубіжних країнах.

Один з перших російських професорів електротехніки М.А. Шателен писав: «Перша половина ХІХ ст. була особливо багатою результатами вивчення електричного струму: була відкрита електрична дуга, термоелектричні явища (Т. Зеєбек, Ж. Пельтьє); знайдені закони теплових дій струму (закон Джоуля–Ленца), були визначені закони хімічної дії струму (закони М. Фарадея), були встановлені закони Г. Ома і Г. Кирхгофа, які внесли значну ясність в розумінні явищ струму; були виявлені властивості струму намагнічувати залізо і діяти на магніти; були знайдені закони взаємодії струмів між собою і струму з магнітами; були відкриті закони електромагнітної індукції».

Експерименти з першими електротехнічними джерелами струму привели також до ряду інших відкриттів і виникненню таких галузей електротехнології, як електротермія, електрохімія. Для широкого розповсюдження електротехнологічних методів обробки, отримання нових матеріалів і інтенсивного розвитку електричного освітлення була потреба в створенні потужних і економічних джерел енергії.

Таким чином, досягнення в галузі електротехнології в значній мірі сприяло вирішенню ряду теоретичних і практичних проблем в галузі електротехніки, створенню електромашинних генераторів, удосконаленню енергетичної техніки.

Наступним етапом розвитку електротехнології можна назвати період з 70–80–х років ХІХ століття, коли були створені економічні генератори постійного струму, а у 1889 р. М.О. Доліво–Добровольський розробив синхронні генератори трифазного струму, які виробляли достатньо дешеву електричну енергію. Це послужило основою швидкого розвитку таких енергоємних електротехнологічних процесів, як виробництво алюмінію (завдяки чому алюміній перестав бути дорогоцінним металом), опановуються методи отримання карборунду і карбіду кальцію, який у великих кількостях почав використовуватися для вироблення ацетилену. Електротехнологічні методи починають використовуватися для виплавляння високоякісних сталей.

У кінці 60–х років ХІХ століття були проведені досліди з використання електричного струму для зварювання металів. Практичне вирішення цієї проблеми належить російському винахіднику Н.Н. Бенардосу, який у 1886 р. запропонував метод електродугового зварювання, – вперше використав електричну дугу між вугільним електродом і металом для зварювання. Пізніше, у 1891 р., явище електричної дуги було використано російським інженером Н.Г. Славяновим, який розробив спосіб дугового зварювання металевим електродом із захистом зварювальної зони шаром порошкоподібної речовини, тобто флюсу. Ним також був створений напівавтомат для регулювання довжини дуги, який став попередником автоматичних зварювальних установок, був запропонований шлаковий захист розплавленого метала від дії оточуючого середовища, використані присадки різних феросплавів.

У кінці ХІХ ст. починають широко застосовуватися електродугові печі для відновлення металів з руд, розвивається електрометалургія, освоюється промислове виробництво міді і цинку, проводяться досліди щодо використання струмів високої частоти для виділення теплоти безпосередньо у оброблюваному матеріалі.

Значний вклад у теорію електротехнологічних процесів і розробку електрообладнання внесли російські і радянські вчені. Серед них слід відмітити В.П. Іжевського, який створив «російську електричну піч» для плавки кольорових металів, А.Н. Лодигіна, багато і плідно працювавшого в галузі електрометалургії, М.С. Максименко – засновника рудної електротермії, В.П. Вологдіна – творця індукційної плавки металів і індукційного поверхневого закалювання, Є.О. Патона – засновника сучасних методів автоматичного зварювання тощо.

Контрольні питання до розділу 1

1. Відкриття яких явищ можна вважати за початок розвитку електротехнології ?

2. Які основні відкриття зроблені в першій половині ХVІІІ

століття ?

3. Які вчені зробили внесок в розвиток електрохімії ?

4. Хто стояв у витоків винаходу електричної дуги ?

5. Які українські вчені зробили свій внесок в розвиток електротехнології ?