Появление генераторов электрического тока, превращавших механическую энергию в электрическую и дававших возможность, утилизируя естественные энергетические ресурсы, получать достаточно дешевый электрический ток, создало необходимые предпосылки для развития практических применений электрического тока.
Первое из них применение для освещения, как было уже сказано, возникло сначала на основе использования, открытого академиком Петровым светового явления, получившего впоследствии название «вольтовой дуги». а затем на основе изученного акад. Ленцем и Джоулем явления нагревания проводника проходящим по нему током. Таким образом, оба явления, базируясь на которых возникла осветительная техника XIX в., были или открыты, или изучены русскими учеными. Русскими же изобретателями были найдены и реальные способы использования этих явлений для устройства электрических источников света — П. Н. Яблочковым для устройства дуговой лампы, получившей название «свечи Яблочкова», и А. Н. Лодыгиным для устройства лампы с накаливаемым светящимся проводником, получившей название «лампы накаливания».
До появления свечи Яблочкова и лампы накаливания Лодыгина делались многочисленные попытки создания электрических источников света, но все они кончались неудачей. Пути развития электрической светотехники показали русские пионеры и, идя по указанному ими пути, светотехника в руках талантливых изобретателей всего мира, в том числе русских изобретателей — Репьева, Доброхотова-Майкова, Тихомирова, Чиколева и ряда других, быстро достигла большого совершенства. Рост числа применений свечи Яблочкова и возникшая отсюда необходимость питать возможно большее число свечей от одного общего генератора электрического тока привели П. П. Яблочкова к изобретению прибора (1877 г.), который он назвал индукционной катушкой и который впоследствии получил название трансформатора переменного тока. Этот же трансформатор несколько времени спустя был вторично изобретен сотрудником проф. Столетова по Московскому университету Усагиным (1882 г.) и затем еще раз в 1885 г. построен французским электриком Голардом и венгерскими инженерами Циперновским, Дери и Блати, работавшими на заводе Ганца в Будапеште. Трансформаторы Яблочкова и Усагина не получили распространения, и только позже, когда начало развиваться применение переменного тока высокого напряжения, трансформаторы нашли свое место в электротехнике. Это уже были трансформаторы Голарда и Гиббса и трансформаторы Циперновского, распространявшиеся в Европе фирмой Ганц. В США трансформаторы Голарда и Гиббса строила фирма Вестингауз, трансформаторы Циперновского — Генеральная Электрическая Компания.
Об изобретателе первого трансформатора П. Н. Яблочкове как будто совсем забыли и об его изобретении вспомнили только тогда, когда между американскими и европейскими фирмами начались споры о патентах. Только тогда был установлен приоритет Яблочкова.
Начало широкого применения переменного тока относится уже к последней четверти XIX в., в середине же века господствовал ток постоянный, и попытки применять ток переменный встречали ряд возражений. Первое сколько-нибудь широкое применение получил переменный ток для питания свечей Яблочкова и хотя результаты были хороши, но дальнейшего распространения в то время переменный ток не получил. Причины ясны: тогда как постоянный ток был хорошо изучен, законы его хорошо известны, сведения о переменном токе были очень ограничены. При его применениях встречались с явлениями в то время необъяснимыми (индукционные и емкостные явления, резонанс, влияние частоты и пр.), представлявшими для эксплоатации много затруднений. Кроме того, и что очень было важно, в то время не было сколько-нибудь применимых электродвигателей переменного тока, тогда как имелись отличные двигатели постоянного тока. Поэтому, когда на смену свечам Яблочкова появились лампы накаливания и дуговые регуляторы постоянного тока, переменный ток был совсем оставлен. Однако, в дальнейшем в связи с расширением электрических сетей, потребовавшим повышения напряжения, и в связи с появлением трансформаторов, позволявших легко получить токи высоких напряжений, вновь стали делать попытки перейти к применению переменного тока. Вначале эти попытки встречали жестокую критику и большую оппозицию. Во главе возражавших против применения переменного тока, в особенности, высокого напряжения, стояли такие люди, как Эдисон, авторитет которого в электротехническом мире стоял недосягаемо высоко. Эдисон писал, что прокладка по улицам кабелей переменного тока высокого напряжения эквивалентна закладке под мостовую динамитных мин. Даже такой авторитет, как В. Томсон (Кельвин), опасался применения переменного тока и, например, при обсуждении вопроса о выборе рода тока для Ниагарской установки высказался за постоянный ток.
Споры о применении переменного тока длились долго и окончились в пользу переменного тока лишь после изобретения так называемых «трехфазных токов», т. е. после введения русским электротехником Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским в жизнь трехфазного тока, позволившего блестящим образом решить вопрос о двигателе переменного тока. За постоянным током осталось, однако, одно преимущество, именно, что он мог применяться и для разного рода электрохимических процессов.
Из электрохимических процессов наибольшее распространение в этот период имели покрытие одних металлов другими (золочение, серебрение) и гальванопластика. Последняя была изобретена акад. Якоби в 1838 г. и сразу получила широкое применение. Свое открытие Якоби описывает таким образом: «Оный способ состоит в употреблении гальванического действия по определенным и свойственным опыту правилам, по которым медь, без содействия огня, растворением в кислотах, превращается снова в крепкую и прочную массу самого лучшего качества. Сей раствор из меди, оседая на каком-нибудь другом металле или металлических составах, принимает все виды, изображенные на сих последних с резкостью и удивительной точностью, так что получается точная копия оного. Сие изобретение принадлежит России и не может быть оспоримо никаким другим изобретением вне оной».
Потребности снабжения гальванопластических ванн током вызвали ряд весьма интересных работ Якоби, некоторые из которых касались не только техники генерирования тока, но и экономики снабжения электрохимических устройств. В дальнейшем электролиз получил широкое применение и в металлургии, особенно металлургии цветных металлов.
Сильно развившаяся во второй половине XIX в. промышленность требовала все большее и большее количество энергии. Практиковавшиеся в первые три четверти века методы снабжения энергией заводов и фабрик и т. п. от небольших паровых или гидравлических двигателей, большей частью через посредство ременных или канатных передач, уже не удовлетворяли потребностям новой промышленности. Отличные свойства электродвигателей вызвали стремление широко применять этот род двигателей, число и мощность которых стали очень быстро расти. Для питания все увеличивавшихся установок нужно было располагать значительным количеством электрической энергии. Эту энергию во многих случаях оказывалось выгодно получать от электрических генераторов, расположенных не у самих мест потребления энергии, а на более или менее далеких расстояниях от этих мест, например, от генераторов, установленных на паровых электрических станциях, расположенных вблизи угольных или торфяных месторождений, что позволяет избежать перевозки топлива, или на мощных водяных потоках, которые можно утилизировать через посредство гидравлических турбин для вращения электрических генераторов. Способы распределения электрической энергии между рядом потребителей были уже разработаны, требовалось лишь найти способы достаточно экономичной передачи более или менее значительных мощностей на большие расстояния.
В России первые опыты электрической передачи достаточно большой мощности были произведены в 1874 г., задолго до того, как они были сделаны в Европе. Именно в этом году в Петербурге военный инженер Пироцкий устроил электропередачу в 6 лошадиных сил на расстояние свыше 1 км.
Главная трудность для решения этого вопроса заключалась в том, что для передачи больших мощностей, да притом на большие расстояния, необходимо применять токи высокого напряжения, так как чем ниже напряжение, тем толще требовались провода, и при нормально применявшихся в то время напряжениях порядка 100 В передача даже небольших мощностей на сравнительно небольшие расстояния требовала для проводов такого количества меди, которое делало подобную передачу экономически невыполнимой. Необходимо было пойти на повышение напряжений, что при получении тока от генераторов постоянного тока представляло немало затруднений. Эти затруднения преодолел частично известный французский ученый-изобретатель Марсель Депре, построивший первые динамомашины сравнительно высокого напряжения. Известно, какую оценку получили работы Депре со стороны Маркса и Энгельса. Передав сначала из Миссбаха в Мюнхен, а затем из Крейля в Париж и обратно хотя и небольшую мощность по обычным телеграфным проводам, Депре, действительно, практически решил вопрос о возможности передачи электрической энергии на расстояние. Построенные им для этой цели генераторы и двигатели постоянного тока высокого напряжения (порядка 6000 В) были, конечно, далеки от совершенства, но все-таки они работали удовлетворительно и передача была осуществлена.
После М. Депре по указанному им пути повышения напряжений постоянного тока для передачи пошли и другие изобретатели, в частности, Фонтен, инженер завода Грамма, долго оспаривавший у Депре приоритет, швейцарский инженер Тюри и др.
Их работы имели громадное значение в истории электротехники, но практическое применение, и то в весьма ограниченном объеме, получила лишь система Тюри, предложившего и на генераторном и на приемном концах соединять по нескольку установленных генераторов и двигателей последовательно и, таким образом, получить достаточно высокие напряжения. По системе Тюри было построено несколько электропередач напряжением до 100 000 В, но появление трехфазного тока, давшего гораздо более удовлетворительные с технической и экономической стороны результаты, положило на долгое время конец изысканиям методов передачи энергии постоянным током высокого напряжения. Лишь во второй четверти XX в. в связи с крупными успехами, достигнутыми в конструкции ионных и электронных приборов, эти изыскания снова возобновились и уже приводят к некоторым положительным результатам.
В России, как было сказано, вопросам электрической передачи энергии отдавали много внимания уже в 70-х годах прошлого века. Разработке теоретических вопросов электропередачи был посвящен ряд работ петербургского физика Д. А. Лачинова, внесшего много ясности в существовавшие тогда (конец 70-х и начало 80-х годов) взгляды на технику и экономику электрической передачи энергии.
Интересно отметить, что и практически в России была осуществлена одна из первых по времени установок передачи энергии постоянным током высокого напряжения. Это была установка для питания медного рудника вблизи Батуми. В качестве первичных двигателей были применены гидравлические турбины, установленные на горном потоке.
Изобретение трансформаторов переменного тока, давших возможность менять напряжение тока в самых широких пределах, повышая его до сотен тысяч вольт и понижая до нескольких вольт, а затем и изобретение трехфазных двигателей направили исследовательскую мысль по новому пути и в сравнительно короткое время электрическая передача энергии трехфазным током получила широчайшее применение.
К концу первой четверти XX в. стали передавать уже мощности в сотни тысяч киловатт на расстояния нескольких сотен километров и довели напряжение передач до 250 000 В и даже в дальнейшем почти до 400 000 В. Громадное значение во всем этом прогрессе имели работы и изобретения русского электрика М. О. Доливо-Добровольского, изобретателя трехфазного тока.
С получением возможности выгодно использовать естественные энергетические ресурсы, где бы они ни были расположены, значительно расширилась область применения электрической энергии. В настоящее время нет области техники, в которой бы она так или иначе не применялась. Она получила широчайшее применение в химических производствах, в металлургии, в горном деле, в металлообрабатывающей промышленности, в рельсовом и безрельсовом транспорте и т. п.
Нужно отметить одну отрасль техники, где, как и в деле электрического освещения, инициаторами и пионерами были наши русские электрики. Это — область электрической сварки, в которой вольтова дуга, открытая русским ученым Петровым, получила практическое применение для сварки в руках русских же изобретателей — Бенардоса и Славянова. В конце 70-х годов электрическая сварка была изобретена Николаем Николаевичем Бенардосом и затем усовершенствована Николаем Гавриловичем Славяновым. Долгие годы способы дуговой сварки Бенардоса и Славянова были единственными, применявшимися на практике. Да и до настоящего времени все нововведения в этой области являются лишь отдельными, правда часто весьма существенными, усовершенствованиями способов Бенардоса и Славянова.
Таким образом, к концу XIX в. электротехника сильных токов достигла весьма высокого уровня, и участие русских ученых и изобретателей в достижениях в этой области электротехники было очень значительно. Не меньшее значение имели работы русских ученых изобретателей и в области электротехники слабых токов, т. е. электротехники, имеющей дело с задачей передачи всякого рода сигналов, особенно телеграфных. Можно утверждать, что начало проволочной телеграфии положили работы русских ученых Шиллинга (1786–1837 гг.) и акад. Якоби, выполненные в Петербурге в первой половине XIX в., а начало беспроволочной телеграфии (радиотелеграфии) — труды проф. Александра Степановича Попова, выполненные также в Петербурге в конце того же века.