Кто такой никола тесла и почему в честь него называют компании

Когда использовать переменный или постоянный ток?

Одним из преимуществ, благодаря которым переменный ток доминирует при передаче энергии от генерирующих станций к дому всех людей, является именно его эффективность преодоления больших расстояний. С переменным током можно увеличивать напряжение, а не постоянный ток.

Для передачи электрической энергии на расстояние 1 км с помощью постоянного тока потребуется в 10 раз больше энергии, чтобы получить тот же результат, что и для переменного тока.

Постоянный ток необходим для электронного оборудования, так как отрицательный и положительный заряды находятся на разных проводах, а в электронном оборудовании есть несколько компонентов, которые нуждаются в специальном питании с положительным или отрицательным зарядом.

То есть в переменном токе положительный и отрицательный в основном вместе в потоке, в то время как в постоянном токе положительный и отрицательный заряд разделены в разных проводниках.

Источники электрической энергии

Мировое производство электроэнергии базируется на работе электростанций. Основной принцип работы станций заключается в том, что турбины установленных в них электрогенераторов вращаются с помощью других видов энергии. Они получили своё название соответственно типу используемой энергии:

  • тепловые (ТЭС) – в качестве сырья используются органические виды топлива: уголь, газ, мазут и другие;
  • гидроэлектростанции (ГЭС) – лопасти турбины вращает падающая вода, она же используется для охлаждения рабочих поверхностей генераторов;
  • атомные станции (АЭС) – один из видов ТЭС, где для получения пара, вращающего турбину, используют тепло, выделяемое в результате ядерной реакции.

Размещение тех или иных видов электростанций зависит от распределения по регионам сырьевых ресурсов, географического расположения рек и выбора подходящих мест для возведения АЭС.

Внимание! Основную долю производства мировой электроэнергии до сих пор берут на себя ТЭС. Опасность при эксплуатации АЭС пока является сдерживающим фактором для полного перехода на этот мощный вид производства электричества

Неравномерная плотность проживания населения на планете не позволяет максимально приблизить такие источники энергии к местам потребления. Поэтому приходится передавать производимое электричество на дальние расстояния. Так как и потребление, и получение энергии происходит в реальном режиме, созданы энергосистемы, объединяющие электростанции между собой. Кроме того, сами системы организованы в более мощные энергосистемы. Это сделано для создания резерва рабочей мощности и возможности регулировать подачу электроэнергии к потребителям в бесперебойном режиме.

Разница в часовых поясах, сезонные колебания потребления – всё это нагружает одни станции и недогружает другие. Энергосистемы позволяют станциям подпитывать друг друга в случае перегрузок.

Что касается источников постоянного тока, то их можно разделить на два типа:

  • химические – гальванические элементы, использующие реакции окисления, и электролитические, генерирующие энергию посредством электролиза;
  • электромеханические – генераторы постоянного тока, превращающие энергию вращения в её электрический вид.

Гальванические элементы (батарейки) имеют конечный срок службы. Они конструктивно изготовлены так, что после окончания реакции окисления вырабатывание электричества прекращается. Электролитические элементы (аккумуляторы) имеют периодический режим работы. После разряда их можно заряжать, подавая на их полюса ток заряда, и использовать снова.

Источники электроэнергии

Переменный ток

В начале электрической эры все потребители пользовались постоянным электрическим током. Большой вклад в развитие и распространение сетей с постоянным током внёс американский изобретатель и предприниматель Томас Алва Эдисон (1847 – 1931 гг.). Человек удивительной работоспособности. Только в США он получил 1093 патента. Если брать другие страны мира, то это ещё около трёх тысяч запатентованных изобретения. Томас Эдисон стоял у истоков широкомасштабного применения электричества. Его вариант электрической лампы накаливания с прочной нитью в колбе с вакуумом имел большой коммерческий успех. Не без влияния Томаса Эдисона на промышленных предприятиях стали заменять паровые машины на электродвигатели постоянного тока (на переменном токе электродвигателей ещё не было). Одним словом, в конце XIX века электричество начало семимильными шагами входить в жизнь людей. 

К сожалению, у электрического тока в то время был обнаружен один существенный недостаток. Его очень сложно передавать на большие расстояния. Как мы знаем любой проводник оказывает сопротивление прохождению электрического тока. На маленьких расстояниях это практически незаметно, а на больших сопротивление прибавляется и потери становятся сильно ощутимы. Единственным приемлемым выходом из этой ситуации является передача электроэнергии на повышенном напряжении (десятки и сотни тысяч вольт). Чтобы на передающей стороне повысить, а на принимающей стороне опять понизить напряжение нужны специальные трансформаторы. С постоянным током трансформаторы не работают. Соответствующее решение предложил Никола Тесла (1856 – 1943 гг.). Именно он разработал системы передачи электроэнергии посредством многофазного переменного тока, в которую входили генераторы, повышающие и понижающие трансформаторы, а также в качестве потребителей были представлены электрические машины (в том числе, изобретённый им асинхронный электродвигатель переменного тока). 

Опора высоковольтной линии электропередачи

Переменный ток – электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению. Например, в обычной домашней розетке плюс с минусом на правой и левой клеммах меняются местами 50 раз в течение одной секунды. Человеческий глаз не может различать такую частоту. Поэтому, при включении дома обычной лампы накаливания мы видим ровное (без морганий) освещение. Количество изменений за 1 сек. называется частотой переменного тока и обозначается буквой F (эф). За единицу измерения частоты принят один «герц» (Гц). Такое название единица получила в честь немецкого физика Генриха Рудольфа Герца (1857 – 1894 гг.). В России, как и во многих странах мира, стандарт частоты переменного тока равен 50 Гц. 

Переменный электрический ток вырабатывается на электростанциях (гидроэлектростанции, теплоэлектростанции и атомные электростанции). Принцип везде одинаков – механическое движение турбины передаётся ротору генератора, вращение которого приводит к возникновению напряжения в обмотках статора. На гидроэлектростанциях (ГЭС) турбину вращает поток воды. На теплоэлектростанциях (ТЭЦ) энергия сжигаемого топлива (бензин, керосин, дизельное топливо, газ и т.п.) нагревает в котлах воду до состояния пара, который вращает паровую турбину. На атомных электростанциях (АЭС) энергия ядерной реакции нагревает теплоноситель первого контура. Затем этим теплом до состояния пара нагревается вода второго контура, которая опять же вращает паровую турбину. 

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями . Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.

Второе правило Кирхгофа

Второе правило Кирхгофа относится к замкнутому контуру в цепи. Замкнутый контур – это любая последовательность соединенных элементов внутри разветвленной электрической цепи, такая, что первый и последний элементы также соединены.

Алгебраическая сумма напряжений при обходе контура на элементах равна алгебраической сумме ЭДС в источниках, присутствующих в контуре. Если направление ЭДС или напряжение совпадает с направлением обхода – оно считается положительным, если не совпадает – отрицательным: $U_1+U_2+… =mathscr{E}_1+mathscr{E}_2+…$.

Рис. 2. Второе правило Кирхгофа.

Данное правило означает, что во-первых, источниками разности потенциалов в контуре являются источники ЭДС, а во-вторых, при обходе контура потенциал, изменяясь, все равно возвращается к исходному значению.

Передача данных на расстояние

Теслу спасла феноменальная память, благодаря которой он восстановил свои записи, а «Компания Ниагарских водопадов» выписала ему 100 тыс. долларов на создание новой лаборатории. Результат не заставил себя ждать — в 1896 году ученому удалось передать сигал без помощи проводов на 48 км.

В 1899 году по приглашению электрической компании, Тесла создает лабораторию Колорадо-Спрингс, которая работала над изучением гроз. Для этого серб создал специальный трансформатор с заземленным концом первичной обмотки. Второй конец был присоединен к металлическому шару, из которого выходил стержень. Вторичная обмотка была подключена к   устройству, интегрированному с записывающим прибором. Эта конструкция позволила ученому понять динамику меняющегося потенциала планеты. После этого он провел еще один эксперимент, в ходе которого сумел доказать возможность создания стоячей электромагнитной волны.

После впечатляющих успехов изобретатель вернулся в Нью-Йорк и задумал возвести станцию для передачи данных и энергии на расстояние в любое место планеты. Для этого он приобрел на Лонг-Айленде небольшой земельный участок, а архитектор В. Грой разработал проект деревянной башни. К 1902 году это сооружение под названием «Уорденклифф» высотой 47 метров было построено, но дальше дело не пошло. Обещавший финансировать проект Д. Морган, в последний момент отказал Тесле из опасений разорения собственного бизнеса. Впрочем, ученого это не остановило и в ближайшие годы он продолжил оттачивать технологию, проведя множество экспериментов.

Башня Уорденклифф (Wardenclyffe Tower), известная также как Башня Теслы. Просуществовала с 1901 по 1917 г.

Война токов: постоянный против переменного

Как поспорили Никола Тесла и Томас Эдисон

В 1878 году была основана компания “Эдисон электрик лайт”. Ее основатель Томас Эдисон хотел дать дешевую энергию жителем США. Год ушло на разработку лампочки. Правда, первые прототипы источника освещения работали всего 12 часов. Но это уже был прорыв, в то время люди для освещения пользовались газовыми или керосиновыми горелками.

Томас ЭдисонВ 1880 году Эдисон разработал и запатентовал “технологию трех проводов” для передачи энергии. В его портфеле уже были несколько бумаг с электрическими патентами, и технология передачи электроэнергии стала очередным из них. С помощью нулевого провода и проводов +100 и -100 вольт удалось передать электричество на расстояния в 1,5 километров. Именно ограниченность расстояний и было главным минусом постоянного тока, но об этом потом. . .

Второй герой нашей статьи родился в Хорватии. Никола Тесла закончил Высшее техническое училище в Граце и Парижский университет. Во время обучения в университете к будущему мировому гению пришла идея использования переменного тока в бытовых нуждах. Он даже на бумаге набросал примерный чертеж генератора переменного тока. После приезда в США Тесла показал проект генератора Эдисону, но тот сказал, что посмотрит после, кинул его в свой стол. Томас предложил поработать сербскому гению в его компании над постоянным током. Тесле нужны были деньги, и он согласился.

Основным оппонентом Эдисона в “войне токов” был Джордж Вестингауз. Изобретатель и промышленник хорошо разбирался в физике и поэтому быстро понял, что у постоянного тока был один существенный минус – существенная потеря мощности при передаче на большие расстояния. Пока Тесла работал на Эдисона перевес в “войне токов” был на его стороне, но Томас допустил непростительную ошибку, не став повышать жалование Никола, и тот ушел из компании “Эдисон электрик лайт”.

Никола ТеслаНа одном из публичных лекций Теслы с ним познакомился Вестингауз. Он не только выкупил у молодого изобретателя патенты на его изобретения, касающиеся переменного тока, но и пригласил поработать в “Вестингауз Электрик”. В 1888 году Тесла сконструировал счетчик переменного тока. Именно отсутствие счетчика учитывающего потребление электричества было одним из тормозов в развитии технологии переменного тока.

Эдисон быстро понял, что его гегемония на электрическом рынке пошатнулась, а значит деньги американцев теперь польются в другой карман. Томас начал действовать. Сначала он подал несколько исков о нарушении патентного законодательства. Суд их отверг. Тогда Эдисон подключил технологии “черного пиара”. Он собирал все несчастные случаи, связанные с переменным током и передавал их журналистам. Получающие жалования из его кармана акулы пера не скупились на громкие заголовки.

Еще одним ударом из подтешка от Эдисона было использование конструкции электрического стула в казни человека. Его изобрел друг Томаса инженер-самоучка Гарольд Браун. Естественно, что ток, который отправлял преступников в мир иной, в электрическом стуле использовался переменного типа. После того, как с помощью электрического стула Джордж Вестингаузказнили Уильяма Кеммлера, убийцу своей матери из Буффоло, отстаивавший переменный ток Вестингауз заявил, что “топором у них получилось бы лучше”. По своему обыкновению, Эдисон быстро связался с журналистами, и они расписали предсмертные муки убийцы, озаглавив статью “Вестингауз убил Кеммлера”.

Настроение общества сделало свое дело, постоянный ток стал более популярным. В 1892 году на Манхэттоне построили первую электростанцию вырабатывающую ток такого типа. Технология стала распространяться по Нью-Йорку.

Тесла бы не был гением, если бы не попытался ответить Эдисону. Серб устроил представление, в котором пропускал через себя миллионы вольт переменного тока. Его окружали молнии, которые резвились и играли на его теле, но при этом самому Тесле они не приносили вреда. Публика рукоплескала гению. Переменный ток получил толчок к распространению.

Экономическая целесообразность использование переменного тока сделало свое дело. “Эдисон электрик лайт” перешла в руки профессиональных менеджеров. Она объединилась с фирмой Thomas-Houston Electric Company, специализирующейся на переменном токе. Эдисон признал свою ошибку и назвал ее самой большой в своей жизни. Но до 1928 года две технологии развивались параллельно. В наше время постоянный ток, благодаря технологии сверхпроводимости, опять вызывает интерес. Сегодня победа Теслы и Вестингауза уже не может считаться безоговорочной.

Различия токов

Незнание отличий приводит к неправильному подключению потребителей напряжения к источникам питания. Это вызывает повреждение приборов или, того хуже, опасные для жизни ситуации.

Чтобы чётко разобраться, какой ток называется переменным, какой постоянным, нужно сопоставить параметры.

При сравнении характеристик этих двух видов электричества выделяют отличия:

  1. Физические – у переменного тока сила и направление состоят во временной зависимости. В бытовой сети частота пульсации – 50 Гц. Полярность изменяется по синусоиде 50 раз за секунду. Носители зарядов постоянного тока направленности не меняют.
  2. Конструктивные – на выводах или контактах у DC присутствуют « + » и «– », а у АС на электродах – «ноль» и «фаза». В случае трёхфазной сети 4 контакта: один «ноль» и три «фаза».
  3. Принцип вырабатывания – постоянный ток получают в результате электролитических и химических реакций окисления, работы генераторов постоянного тока и солнечных батарей. Переменный ток вырабатывается трёхфазными генераторами.
  4. В преобразовании – оба вида получают путём превращения одного в другой посредством полупроводниковых выпрямителей и инверторов.

Недостатки электромобилей Тесла

Долгое время зарядки. В то время, как простой автомобиль с ДВС можно заправить буквально за 5 минут, Тесле поребуется около часа. Но и здесь опять же есть подвижки. В настоящее время компания стремится к тому, чтобы сделать время заряда как можно меньше. Для этого она строит так называемые Supercharger stations по всему миру. Эти заправочные станции, как говорят в Тесле, будут совершенно бесплатны, а ваш автомобиль сможет зарядиться на 80% за 30 минут! То есть пока вы пьете кофе, ваш авто уже будет снова готов покорять просторы) Полная зарядка на таких заправочных станциях длится около полутора часов. Пока что таких заправочных станций не так много, но я считаю, что ситуация все равно будет меняться в лучшую сторону.

заправка Supercharger

Высокая стоимость. Цены на новые модели Теслы в бомж комплектации в Америке начинаются от 43 000 $. По нашим деньгам это около 2 800 000 рублей. В Москве цены начинаются от 3,5 млн рублей. Не очень то и дешево для электрокара.

Разница в переменном и постоянном токе

Электрический ток – это смещение электрического заряда проводником упорядоченным образом, как от гнезда для провода электрооборудования.

Когда мы говорим о постоянном или постоянном токе, мы должны представить, что этот электрический заряд или электроны движутся в одном направлении, всегда начиная с генератора, который является началом линии, и до конца линии, которая является электрическим оборудованием.

Переменный ток немного отличается, вместо того, чтобы заряд, движущийся в одном направлении, продвигается и убирается, не останавливая, электроны изменяют направление примерно на 120 в секунду в переменном токе.

Неоновая реклама

В-шестых, одно из самых простых его изобретений, которые получились как бы случайно в виде «побочного явления» — неоновая реклама.

Человек взял неоновые трубки и согнул их в такой форме, что получились имена великих ученых. И эти трубки у Теслы светились — просто забава, предназначенная для демонстрации возможностей электричества, когда оно используется для освещения.

Без самой многообразнейшей световой рекламы облик современных городов, будь то США или Россия, Япония или Европа, да весь мир! — был бы совершенно непривычным. Если вам (как многим) реклама не нравится, то поймите, что вовсе не Тесла виноват в невоздержанности некоторых коммерсантов, которые ее с такой навязчивостью пихают везде и всюду. Это уже называется «бескультурье».

У него были сдвиги

Хорошо это или плохо, чудаковатость — это именно то качество, которое, по-нашему мнению, присуще гениям, и Тесла нас не разочаровал.

Некоторые говорят, что Тесла построил свои величайшие изобретения, в том числе асинхронный двигатель, полностью в своем уме. В отличие от Эдисона, который работал по методу проб и ошибок, Тесла обнаружил, что иногда ключевые решения приходили к нему во время ослепительных вспышек прозрения.

По его собственным словам, Тесла страдал от зрительных и слуховых галлюцинаций, а также обладал повышенной чувствительностью к вибрации и сильному свету. Он также боялся круглых объектов, вроде жемчужин, которые носят женщины, и был зациклен на цифре 3.

Изобретатель также был известен прогрессирующим отвращением к микробам, и в конечном счете ограничил свою диету вареной пищей. Эта фобия возникла после того, как научные коллеги показали ученому сырую воду под микроскопом. На склоне лет стареющий ученый держал голубей у себя в гостиничном номере, но одевался так же прилично, как всегда — что сбивало с толку всех, кто пытался определить его истинное психическое состояние.

Особенности Теслы, стоит отметить, не влияли на его социализацию; репортеры и друзья описывали его как обаятельного, скромного и приятного человека.

Победа переменного тока

Пока Эдисон отстаивал свое изобретение на суде общественного мнения, Вестингауз и Тесла захватывали машиностроение и бизнес. Компания Вестингауза провела зрелищную презентацию своих систем, предоставив осветительную систему на десятки тысяч лампочек для Всемирной выставки в Чикаго в 1893 году. Красота ночной иллюминации впечатлила посетителей, убедив их в том, что будущее все же за переменным током.

Всемирная выставка, посвященная 400-летию открытия Америки, была проведена в Чикаго 1893 года. К берегам озера Мичиган стекалась публика со всей страны, чтобы полюбоваться новейшими изобретениями и трендами США. ФОТО: GRANGER, CORDON PRESS

Затем, параллельно с Всемирной выставкой, Тесла начал вести тайные переговоры со спонсорами строительства гигантской гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде. Он убеждал их в том, что для передачи электроэнергии по всему штату Нью-Йорк лучше использовать переменный ток.

После интенсивной корреспонденции и личных встреч ему удалось уговорить банкиров. В то же время Тесла информировал Вестингауза о продвижении проекта на Ниагарском водопаде, чтобы тот мог поучаствовать в тендере на проектирование и оборудование электростанции. Признав заслуги Теслы в этом проекте, банкиры пригласили его произнести речь на банкете в честь открытия электростанции в 1896 году.

ОСВЕЩЕНИЕ БЕЛОГО ГОРОДА

Системы переменного тока Вестингауза и Теслы на Всемирной выставке в Чикаго. ФОТО: BROOKLYN MUSEUM OF ART, NY/BRIDGEMAN/ACI

Всемирная выставка 1893 года была проведена в Чикаго в честь 400-летия прибытия Христофора Колумба в Новый Свет. 200 павильонов собрали 27 миллионов посетителей, и там было что посмотреть: первое колесо обозрения, движущийся тротуар, кинофильмы на кинетоскопе Эдисона и многое другое.

Градостроители со всей Америки вдохновлялись сияющими белыми зданиями, построенными специально для выставки. После этого в городах по всей стране начали строить роскошные ратуши, бульвары и парки, достойные эпохи прогресса. Westinghouse Electric получила контракт на освещение выставки и спроектировала новые светильники для павильонов. Для их питания компания установила 24 генератора мощностью 500 лошадиных сил, трансформаторы и прочее оборудование для демонстрации разнообразия и производительности своих систем.

После постройки электростанции на Ниагарском водопаде основное направление в американской электропромышленности утвердилось окончательно. На протяжении большей части ХХ века частные коммунальные предприятия массово генерировали и передавали переменный ток предпринимателям и простым жителям.

Поскольку постройка новых электростанций обходилась недешево, а предельная прибыль от продажи электроэнергии была низкой, эти предприятия в целом стремились расширять свои сети. Они начали с городов и постепенно охватывали по несколько штатов сразу. При этом они по-прежнему опираются на технологию многофазного переменного тока, изобретенную Теслой и Вестингаузом.