ELEC-A4920 (3 op) Sähkötekniikan historia ja innovaatiot 6. luento: Sähköinen virtapiiri
luento päivämäärä aihe 1 8.1.2018 Johdanto. Sähkön ja magnetismin varhaishistoria 2 15.1.2018 Lasi- ja lakkasähkö 3 22.1.2018 Staattisen sähkön aikakausi 4 29.1.2018 Sähkökemian synty, sähköparisto 5 5.2.2018 Sähkön magneettivaikutus 6 12.2.2018 Sähköinen virtapiiri 7 19.2.2018 Magneetin sähkövaikutus 8 26.2.2018 Sähkömagneettiset kentät ja aallot 9 5.3.2018 Sovelluksia: tietoliikenne 10 12.3.2018 Sovelluksia: sähkövalo 11 19.3.2018 Sovelluksia: sähkövoima 12 26.3.2018 Sovelluksia: langaton tiedonsiirto
http://archive.org/details/ dieelektrischenf02frit (v. 1890)
(taas) alkuun hiukan Suomen sähkötekniikan historiaa... 1809
Johan Ludvig Runeberg 1804 1877 Juhana Vilhelm Snellman 1806 1881 Elias Lönnrot 1802 1884
Johan Jakob Nervander s. Uudessakaupungissa 23.2.1805 Oulun triviaalikoulu, Turun katedraalikoulu, yliopp.1820 Turun Akatemia, priimusmaisteri 1827 Turun palo, Helsinkiin dosentiksi 1829 fysiikan ja matematiikan apulainen 1832 Euroopan matka 1832 36 Magneettisen observatorion johtaja, ylim. professori 1838 fysiikan professori 1845 k. Helsingissä 15.3.1848
Juhlamerkki (1955)
H. Nevanlinna: ILMATIETEEN LAITOS 170 VUOTTA (2009)
http://www.hist-geo-space-sci.net/5/11/2014/hgss-5-11-2014.html
(Heikki Nevanlinna (2011): Magneettiset havainnnot Helsingin magneettis meteorologisessa observatoriossa 1844 1910.) Meidän Kenraalikuvernöörillemme Suomessa: Me olemme armollisesti nähnyt hyväksi suostua, Aleksanterin yliopiston Kanslerin alamaisesta aloitteesta siihen, että Yliopistoon perustetaan Magneettinen Observatorio. Sen perustamiskustannukset otettakoon Yliopiston uudisrakennusrahastosta, mutta vuotuiset ylläpitokustannukset peitetään Suomen valtion varoilla siten, että Yliopiston käyttöön annetaan tätä tarkoitusta varten vuosittain 1000 pankkiruplaa. Olemme armollisesti nähnyt hyväksi nimittää matematiikan ja fysiikan adjunktin Johan Jacob Nervanderin ylimääräiseksi Professoriksi Aleksanterin yliopistoon ja määrätä hänet Magneettisen Observatorion esimieheksi. Mainittu Nervander saa pitää aikaisemman Adjunktin palkkansa, mutta lisäksi hän saa käyttää hyväkseen vapaan asuntoedun Observatoriossa. Henkilökohtaisena palkkaetuna Nervanderille myönnetään vuosittain 1500 pankkiruplaa. Varat tähän otetaan osittain observatorion vuotuisten käyttökulujen säästöistä, osittain Yliopiston uudisrakennusrahastosta kuitenkin niin, että palkkaetu lakkaa, jos Nervanderille avautuu sopiva Vakinainen Professorin virka siihen kuuluvine palkkauksineen. Tämän hoitakoon Yliopiston Kansleri. Pietarissa 16./28. maaliskuuta 1838 Nikolai (varmennus: ministerivaltiosihteeri R.H. Rehbinder) (Alkuperäisdokumentti on laadittu venäjäksi ja ruotsiksi )
Heikki Nevanlinna (2011): Magneettiset havainnnot Helsingin magneettis meteorologisessa observatoriossa 1844 1910. https://helda.helsinki.fi/handle/10138/27936 Nurmijärvi 2007 Helsinki 1844
magneettisia mittauksia aikavälillä 1844 1910: 920 965 erantohavaintoa ja 930 942 horisontaalihavaintoa lähes 1,9 miljoonaa lukemaa! (sähköraitiotieliikenne alkoi 1900)
(Nevanlinna 2011)
(Nevanlinna 2011)
Tutkielma lieriökehyksisestä galvanometristä, jolla pystyy välittömästi ja ilman laskutoimituksia määrittämään sähköisen virran voimakkuuden sen poikkeuttaessa magneettisen neulan suuntaa
Nervanderin bussoli (Helsingin yliopistomuseo Arppeanum)
Jukka Venermon diplomityö
(MyCourses)
Demidovin palkinto (Демидовская премия) Tiedepalkinto Myönnetty vuodesta 1832 Venäjän tiedeakatemian jäsenille 1832 1865 uudestaan alkaen 1993 Johan Jacob Nervander 1848!! Павел Николаевич Демидов (1798 1840) Aurora Karamzin (Stjernvall, Demidova) (1808 1902)
Claude Servais Mathias Pouillet (1790 1868) sinigalvanometri (1837)
Virtapiirin salaisuus?
Yksinkertaistako?
hankaussähkö intensiteettisähkö galvaaninen sähkö kvantiteettisähkö Sähkön käsite? statiikassa johde kuin johde (mitä on johtavuus?) sähköpiirin käsite epäselvä (Leiden vs. Volta) Samuel Christie 1830 luvulla: Käytän sanaa `virta vain mukavuussyistä... (johtimen joutuminen tilaan, jossa se vaikuttaa magneettineulaan)
Leidenin pullolla vaikutus kevyisiin kappaleisiin Voltan patsaalla magneettineulaan Mutta virtaako välttämättä mikään?
Magneettinen voima lankaa pitkin?
Tutkimuksia ja kokeita... Henry Cavendish suolaliuoskokeet Peter Barlow yksi/kaksiainesähkö? miten magneettivoima käyttäytyy pitkin lankaa Humphry Davy virta verrannollinen: A/L riippuu metallista Antoine César Becquerel kaksisähköteoria
Thomas Johann Seebeck (1770 1831) Paristojen epästabiilius oli ongelma Seebeck 1822: lämpösähköinen ilmiö (lämpötilaero metalliliitosten välillä sähköinen voima) ei elektrolyyttiä, ei polarisoitumista!
Lämpösähköinen generaattori esim: kupari konstantaani liitos: 41 mikrovolttia/kelvin Cassini-luotaimen RTG: (radioisotope thermoelectric generator) V ( SB S A) ( T 2 T1 ) Käänteinen ilmiö: Peltier efekti
http://www.thermoelectrics.caltech.edu/thermoelectrics/history.html
Joseph Fourier (1768 1830)
Fourier sarjat!
Käsikirjoitus jo vuonna 1807 hylättiin trigonomisten sarjojen käytön takia!
8 2 n ( 1) n 1 sin[(2n 1) x] 2 (2n 1)
n 1 8 2 n ( 1) n 1 sin[(2n 1) x] 2 (2n 1)
n 2 8 2 n ( 1) n 1 sin[(2n 1) x] 2 (2n 1)
n 3 8 2 n ( 1) n 1 sin[(2n 1) x] 2 (2n 1)
suhteellinen virhe n 11
Georg Simon Ohm (1789 1854) syntyi Erlangenissa opettajana kouluissa/opistoissa (Gottstadt, Neuchâtel, Bamberg, Köln, Nürnberg) 1827 Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet ei ymmärretty/arvostettu Saksassa Copley mitali 1841 sai lopulta professuurin (München 1852)
Ohm: metallilankojen vertailu: kiertovaaka virran mittarina
(höyryä) (jäätä) Ohmilla Seebeckin lämpösähkölähde magneettivoima paristo a X
!! sama resistanssi
Werner von Siemens (1860): ohmin määritelmä tarkennus (1893): elohopeapatsaan pituus 106,300 cm elohopea: A = 1 mm 2 L = 1 m (sulavan jään lämpötila)
Heike Kamerlingh Onnes: 26. lokakuuta 1911
Wheatstonen silta (1833) Samuel Hunter Christie (1784 1865) Sir Charles Wheatstone (1802 1875)
Brian Bowers, Sir Charles Wheatstone FRS 1802 1875, IEE, 2001
Kohti piiriteoriaa... Gustav Robert Kirchhoff (1824 1887) piirilait 1845 tunnetumpi spektroskooppisista tutkimuksistaan
Impedanssi Charles Steinmetz (1865 1923) piirisuureet kompleksilukuarvoisiksi Oliver Lodge 1851 1940 värähtelevälle kipinälle johdin suuri vastus vaikka tasavirtavastus pieni
Sähköteho Joule: lämpiäminen verrannollinen virran neliöön Kvantiteettisähkö huono pitkissä lennätinjohdoissa korkea jännite parempi James Prescott Joule (1818 1889)
Kohti energiakäsitettä... flogiston poistui palavista aineista kalorikki (kalorium) nestemäinen, näkymätön, massaton aine (lämmönsiirtyminen) mutta työ ei voi synnyttää ainetta! Benjamin Thompson (Kreivi Rumford, 1753 1814) tykinputkien porauskoe München 1798
Lämmön mekaaninen ekvivalentti James Prescott Joule 1 cal = 4,1868 J
Julius Robert von Mayer (1814 1878) energiamuotoja: mekaaninen, sähköinen, kemiallinen, lämpö, ruoka... energian säilymisen periaate kiista Joulen kanssa
Wo Bewegung entsteht, Wärme vergeht Wo Bewegung verschwindet, Wärme sich findet Es bleiben erhalten des Weltalls Gehalten Die Form nur verweht, das Wesen besteht.
Hermann von Helmholtz (1821 1894)
3. tehtävä Jos sinut olisi määrätty vuonna 1829 Keisarilliseen Aleksanterin-Yliopistoon Johan Jacob Nervanderin vastaväittäjäksi, mitä asiaa/asioita olisit hänen tutkimuksissaan eniten kritisoinut? Kirjoita vähintään kaksi sivua jättöpäivä ke 21.2. Nervanderin dosentinväitöskirja löytyy Nopasta: Muu materiaali.