Zgodovina elektrike

Znanost o elektrotehniki je bila ustanovljena v elizabetinski dobi

Paul Taylor/Getty Images

Zgodovina elektrike se začne z Williamom Gilbertom (1544–1603), zdravnikom in naravoslovcem, ki je služil prvi angleški kraljici Elizabeti. Pred Gilbertom je bilo o elektriki in magnetizmu znano le to, da je vodni kamen ( magnetit ) imel magnetne lastnosti in da bi drgnjenje jantarja in curka pritegnilo koščke različnih materialov, da bi se začeli lepiti.

Leta 1600 je Gilbert objavil svojo razpravo 'De magnete, Magneticisique Corporibus' (O magnetu). Knjiga, natisnjena v strokovni latinščini, je razlagala leta Gilbertovih raziskav in poskusov o elektriki in magnetizmu. Gilbert je močno dvignil zanimanje za novo znanost. Gilbert je v svoji slavni knjigi skoval izraz 'elektrika'.

Zgodnji izumitelji

Več evropskih izumiteljev, med njimi Otto von Guericke (1602–1686) iz Nemčije, Charles Francois Du Fay (1698–1739) iz Francije in Stephen Gray (1666–1736) iz Anglije, so po navdihu in izobraževanju Gilberta razširili znanje.

Otto von Guericke je prvi dokazal, da vakuum lahko obstaja. Ustvarjanje vakuuma je bilo bistveno za vse vrste nadaljnjih raziskav elektronike. Leta 1660 je von Guericke izumil stroj, ki je proizvajal statično elektriko; to je bil prvi električni generator.

Leta 1729 je Stephen Gray odkril princip prevodnosti elektrike, leta 1733 pa je Charles Francois du Fay odkril, da je elektrika v dveh oblikah, ki ju je poimenoval smolnata (-) in steklasta (+), ki ju zdaj imenujemo negativna in pozitivna.

Leyden Jar

Leydenski kozarec je bil prvotni kondenzator, naprava, ki shranjuje in sprošča električni naboj. (Takrat je elektrika veljala za skrivnostno tekočino ali silo.) Leydenski kozarec je leta 1745 skoraj istočasno na Nizozemskem izumil akademik Pieter van Musschenbroek (1692–1761). Leta 1745 in v Nemčiji nemški duhovnik in znanstvenik Ewald Christian Von Kleist (1715–1759). Ko se je Von Kleist prvič dotaknil svojega Leydenskega kozarca, je prejel močan sunek, ki ga je podrl na tla.

Leydenski kozarec je poimenoval francoski znanstvenik in duhovnik Jean-Antoine Nollet (1700–1770) po Musschenbroekovem rojstnem mestu in univerzi Leyden. Po Von Kleistu so kozarec imenovali tudi Kleistianov kozarec, vendar se to ime ni obdržalo.

Ben Franklin, Henry Cavendish in Luigi Galvani

Ustanovitelj ZDA Bena Franklina (1705–1790) pomembno odkritje je bilo, da sta elektrika in strela eno in isto. Franklinov strelovod je bil prva praktična uporaba elektrike. naravni filozof Henry Cavendish iz Anglije, Coulomb iz Francije in Luigi Galvani Italije je znanstveno prispeval k iskanju praktične uporabe električne energije.

Leta 1747 je britanski filozof Henry Cavendish (1731–1810) začel meriti prevodnost (sposobnost prenašanja električnega toka) različnih materialov in svoje rezultate objavil. Francoski vojaški inženir Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) je leta 1779 odkril tisto, kar so pozneje poimenovali 'Coulombov zakon', ki je opisoval elektrostatično silo privlačnosti in odboja. In leta 1786 je italijanski zdravnik Luigi Galvani (1737–1798) pokazal, kar zdaj razumemo kot električno osnovo živčnih impulzov. Galvani je slavno povzročil trzanje žabjih mišic tako, da jih je stresel z iskro iz elektrostatičnega stroja.

Po delu Cavendisha in Galvanija je prišla skupina pomembnih znanstvenikov in izumiteljev, vključno z Alessandro Volta (1745–1827) iz Italije, danski fizik Hans Christian Ørsted (1777–1851), francoski fizik Andre-Marie Ampere (1775–1836), Georg Ohm (1789–1854) iz Nemčije, Michael Faraday (1791–1867) iz Anglije in Joseph Henry (1797–1878) iz ZDA.

Delo z magneti

Joseph Henry je bil raziskovalec na področju elektrike, čigar delo je navdihnilo številne izumitelje. Henryjevo prvo odkritje je bilo, da je mogoče moč magneta neizmerno okrepiti, če ga navijemo z izolirano žico. Bil je prvi, ki je naredil magnet, ki je lahko dvignil 3500 funtov teže. Henry je pokazal razliko med 'količinskimi' magneti, sestavljenimi iz kratkih dolžin žice, povezanih vzporedno in vzbujenih z nekaj velikimi celicami, in 'intenzivnostnimi' magneti, navitimi z eno samo dolgo žico in vzbujenimi z baterijo, sestavljeno iz celic v nizu. To je bilo izvirno odkritje, ki je močno povečalo takojšnjo uporabnost magneta in njegove možnosti za prihodnje poskuse.

Orientalski slepar suspendiran

Michael Faraday , William Sturgeon (1783–1850) in drugi izumitelji so hitro prepoznali vrednost Henryjevih odkritij. Sturgeonova je velikodušno dejala: 'Profesorju Josephu Henryju je uspelo proizvesti magnetno silo, ki popolnoma zasenči vsako drugo v celotnih analih magnetizma in ni najti nobene vzporednice od čudežnega obešenja slavnega orientalskega sleparja v njegovi železni krsti.'

Ta pogosto uporabljena besedna zveza se nanaša na nejasno zgodbo, ki so jo ti evropski znanstveniki norčevali o Mohamedu (571–632 n. št.), ustanovitelju islam . Pravzaprav ta zgodba sploh ni bila o Mohamedu, ampak zgodba, ki jo je povedal Plinij starejši (23–70 n. št.) o krsti v Aleksandriji v Egiptu. Po Pliniju je bil Serapisov tempelj v Aleksandriji zgrajen z močnimi kamni, tako močnimi, da naj bi železna krsta Kleopatrine mlajše sestre Arsinoë IV (68–41 pr. n. št.) visela v zraku.

Joseph Henry je odkril tudi pojava samoindukcije in medsebojne indukcije. V njegovem poskusu je tok, ki je šel skozi žico v drugem nadstropju stavbe, induciral tokove skozi podobno žico v kleti dve nadstropji nižje.

Telegraf

Telegraf je bil zgodnji izum, ki je pošiljal sporočila na daljavo po žici z uporabo električne energije, ki jo je kasneje nadomestil telefon. Beseda telegrafija izvira iz grških besed tele, kar pomeni daleč, in grapho, kar pomeni pisati.

Prvi poskusi pošiljanja signalov z elektriko (telegraf) so bili izvedeni že večkrat, preden se je Henry začel zanimati za problem. Williama Sturgeona izum elektromagneta je spodbudil raziskovalce v Angliji k eksperimentiranju z elektromagnetom. Poskusi so bili neuspešni in ustvarili so le tok, ki je oslabel po nekaj sto metrih.

Osnova za električni telegraf

Vendar je Henry napel miljo fine žice, postavil 'intenzivnost' baterijo na enem koncu, na drugem pa je armatura udarila v zvonec. V tem poskusu je Joseph Henry odkril bistveno mehaniko za električni telegraf .

To odkritje je bilo narejeno leta 1831, celo leto preden je Samuel Morse (1791–1872) izumil telegraf. Ni spora o tem, kdo je izumil prvi telegrafski stroj. To je bil Morsejev dosežek, toda odkritje, ki je motiviralo in omogočilo Morseju izumiti telegraf, je bil dosežek Josepha Henryja.

Po Henryjevih lastnih besedah: 'To je bilo prvo odkritje dejstva, da je mogoče galvanski tok prenesti na veliko razdaljo s tako majhnim zmanjšanjem sile, da bi povzročil mehanske učinke, in sredstev, s katerimi je prenos mogoče doseči.' Videl sem, da je električni telegraf zdaj izvedljiv. Nisem imel v mislih nobene posebne oblike telegrafa, ampak sem se skliceval samo na splošno dejstvo, da je bilo zdaj dokazano, da se galvanski tok lahko prenaša na velike razdalje z zadostno močjo, da povzroči mehanske učinke, primerne za želeni predmet.'

Magnetni motor

Henry se je nato obrnil k oblikovanju magnetnega motorja in uspel je izdelati batni palični motor, na katerega je namestil prvi avtomatski menjalnik polov ali komutator, ki se je kdaj uporabljal z električno baterijo. Ni mu uspelo ustvariti neposrednega rotacijskega gibanja. Njegov bar je nihal kot premični žarek parnika.

Električni avtomobili

Thomas Davenport (1802–1851), kovač iz Brandona v Vermontu, je leta 1835 izdelal električni avtomobil, primeren za vožnjo. Dvanajst let kasneje je ameriški elektroinženir Moses Farmer (1820–1893) razstavil električno gnano lokomotivo. Leta 1851 je izumitelj iz Massachusettsa Charles Grafton Page (1712–1868) vozil električni avtomobil po tirih železnice Baltimore in Ohio, od Washingtona do Bladensburga, s hitrostjo devetnajst milj na uro.

Vendar so bili stroški baterij takrat previsoki in uporaba elektromotorja v transportu še ni bila praktična.

Električni generatorji

Princip dinama ali električnega generatorja sta odkrila Michael Faraday in Joseph Henry, vendar je proces njegovega razvoja v praktičen električni generator trajal več let. Brez dinama za pridobivanje energije je razvoj elektromotorja zastal, elektrike pa ni bilo mogoče široko uporabljati za transport, proizvodnjo ali razsvetljavo, kot se uporablja danes.

Ulične svetilke

Obločno luč kot praktično osvetljevalno napravo je leta 1878 izumil inženir iz Ohia Charles Brush (1849–1929). Drugi so napadli problem električne razsvetljave, vendar je pomanjkanje primernega ogljika oviralo njihov uspeh. Brush je naredil več svetilk, ki so zaporedoma svetile iz enega dinama. Prve luči Brush so bile uporabljene za ulično razsvetljavo v Clevelandu, Ohio.

Drugi izumitelji so izboljšali obločno luč, vendar so bile pomanjkljivosti. Za zunanjo razsvetljavo in za velike dvorane so obločne luči dobro delovale, vendar obločnih luči ni bilo mogoče uporabiti v majhnih prostorih. Poleg tega so bile v seriji, kar pomeni, da je tok šel skozi vse žarnice po vrsti in nesreča ene je izključila celotno serijo. Celoten problem notranje razsvetljave naj bi rešil eden najbolj znanih ameriških izumiteljev: Thomas Alva Edison (1847–1931).

Thomas Edison Stock Ticker

Prvi Edisonov množico izumov z elektriko je bil samodejni zapisovalnik glasov, za katerega je leta 1868 prejel patent, vendar za napravo ni mogel vzbuditi zanimanja. Potem je izumil a borzni znak , in v Bostonu začel s storitvijo tickerjev s 30 ali 40 naročniki in deloval iz sobe nad Gold Exchange. Ta stroj je Edison poskušal prodati v New Yorku, vendar se je vrnil v Boston, ne da bi mu uspelo. Nato je izumil dupleksni telegraf, s katerim je bilo mogoče poslati dve sporočili hkrati, vendar je na preizkusu stroj odpovedal zaradi neumnosti pomočnika.

Leta 1869 je bil Edison na kraju samem, ko je telegraf odpovedal podjetju Gold Indicator Company, koncernu, ki je svojim naročnikom posredoval cene zlata na borzi. To je privedlo do njegovega imenovanja za nadzornika, ko pa ga je sprememba lastništva podjetja vrgla s položaja, ki ga je ustanovil, z Franklin L. Papež , partnerstvo Pope, Edison in Company, prvega podjetja elektroinženirjev v Združenih državah Amerike.

Izboljšana borza, luči in dinama

Nedolgo zatem Thomas Edison izdal izum, ki ga je začel na poti do uspeha. To je bila izboljšana borzna oznaka in Gold and Stock Telegraph Company mu je zanjo plačala 40.000 dolarjev. Thomas Edison je takoj ustanovil trgovino v Newarku. Izboljšal je sistem avtomatske telegrafije, ki je bil takrat v uporabi, in ga uvedel v Anglijo. Eksperimentiral je s podmorskimi kabli in izdelal sistem kvadrupleksne telegrafije, po katerem je bila ena žica narejena tako, da opravlja delo štirih.

Ta dva izuma je kupilJay Gould, lastnik družbe Atlantic and Pacific Telegraph Company. Gould je plačal 30.000 dolarjev za sistem quadruplex, zavrnil pa je plačilo za avtomatski telegraf. Gould je kupil Western Union, svojo edino konkurenco. 'Ko je Gould dobil Western Union,' je rekel Edison, 'sem vedel, da nadaljnji napredek v telegrafiji ni mogoč, in sem šel v druge linije.'

Menlo Park

Edison je nadaljeval delo za Western Union Telegraph Company, kjer je izumil ogljikov oddajnik in ga prodal Western Unionu za 100.000 $. Na podlagi tega je Edison leta 1876 ustanovil laboratorije in tovarne v Menlo Parku v New Jerseyju in tam je izumil fonograf , patentiran leta 1878, in začel vrsto poskusov, ki so proizvedli njegovo žarnico z žarilno nitko.

Thomas Edison je bil predan produkciji električna svetilka za notranjo uporabo. Njegova prva raziskava je bila trajna žarilna nitka, ki bi gorela v vakuumu. Niz poskusov s platinasto žico in različnimi ognjevzdržnimi kovinami je dal nezadovoljive rezultate, prav tako številne druge snovi, vključno s človeškimi lasmi. Edison je ugotovil, da je nekakšna rešitev ogljik in ne kovina – angleški izumitelj Joseph Swan (1828–1914) je leta 1850 prišel do enakega zaključka.

Oktobra 1879, po štirinajstih mesecih trdega dela in izdatkih 40.000 dolarjev, je bila preizkušena karbonizirana bombažna nit, zaprta v enem od Edisonovih globusov, ki je zdržala štirideset ur. 'Če bo zdaj gorelo štirideset ur,' je rekel Edison , 'Vem, da ga lahko zažgem sto.' In tako je tudi storil. Potreben je bil boljši filament. Edison ga je našel v karboniziranih trakovih bambusa.

Edison Dinamo

Edison je razvil tudi svoj tip dinamo , največji do takrat narejen. Skupaj z Edisonovimi žarnicami z žarilno nitko je bil eden od čudes Pariške električne razstave leta 1881.

Kmalu je sledila namestitev obratov za elektro servis v Evropi in Ameriki. Edisonova prva velika osrednja postaja, ki je napajala tri tisoč svetilk, je bila postavljena na viaduktu Holborn v Londonu leta 1882, septembra istega leta pa je začela delovati postaja Pearl Street v New Yorku, prva osrednja postaja v Ameriki. .

Viri in dodatno branje

• Beauchamp, Kenneth G. 'Zgodovina telegrafije.' Stevenage UK: Inštitut za inženiring in tehnologijo, 2001.
• Brittain, J.E. 'Prelomnice v ameriški električni zgodovini.' New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers Press, 1977.
• Klein, Maury. 'Proizvajalci energije: para, elektrika in možje, ki so izumili sodobno Ameriko.' New York: Bloomsbury Press, 2008.
• Shectman, Jonathan. 'Prelomni znanstveni poskusi, izumi in odkritja 18. stoletja.' Greenwood Press, 2003.