Elektros istorija

Elektros mokslas buvo įkurtas Elžbietos amžiuje

Paul Taylor / Getty Images

Elektros istorija prasideda nuo Williamo Gilberto (1544–1603), gydytojo ir gamtos mokslininko, tarnavusio karalienei Elžbietai pirmajai Anglijai. Iki Gilberto apie elektrą ir magnetizmą buvo žinoma tik tai, kad lodestone ( magnetitas ) pasižymėjo magnetinėmis savybėmis ir kad trinantis gintaras ir srovė pritrauktų įvairių medžiagų gabalėlius, kad pradėtų lipti.

1600 m. Gilbertas paskelbė savo traktatą „De magnete, Magneticisique Corporibus“ (Apie magnetą). Moksline lotynų kalba išspausdinta knyga paaiškino ilgus metus trukusius Gilberto elektros ir magnetizmo tyrimus ir eksperimentus. Gilbertas labai padidino susidomėjimą naujuoju mokslu. Tai buvo Gilbertas, kuris savo garsiojoje knygoje sukūrė posakį „electrica“.

Ankstyvieji išradėjai

Gilberto įkvėpti ir išmokyti, žinias praplėtė keli europiečiai išradėjai, tarp jų vokietis Otto von Guericke (1602–1686), prancūzas Charlesas Francois Du Fay (1698–1739) ir anglas Stephenas Grėjus (1666–1736).

Otto von Guericke'as pirmasis įrodė, kad vakuumas gali egzistuoti. Vakuumo sukūrimas buvo būtinas atliekant visus tolesnius elektronikos tyrimus. 1660 m. von Guericke išrado mašiną, gaminančią statinę elektrą; tai buvo pirmasis elektros generatorius.

1729 m. Stephenas Grėjus atrado elektros laidumo principą, o 1733 m. Charlesas Francois du Fay atrado, kad elektra būna dviejų formų, kurias jis pavadino dervinga (-) ir stikline (+), dabar vadinama neigiama ir teigiama.

Leyden Jar

Leyden jar buvo originalus kondensatorius, prietaisas, kuris saugo ir išleidžia elektros krūvį. (Tuo metu elektra buvo laikoma paslaptingu skysčiu arba jėga.) Leyden stiklainį 1745 m. beveik tuo pačiu metu Olandijoje išrado akademikas Pieteris van Musschenbroekas (1692–1761). 1745 m. Vokietijoje – vokiečių dvasininkas ir mokslininkas Ewaldas Christianas Von Kleistas. (1715–1759). Kai Von Kleistas pirmą kartą palietė savo Leyden stiklainį, jis patyrė stiprų šoką, kuris pargriovė jį ant grindų.

Prancūzų mokslininkas ir dvasininkas Jeanas Antoine'as Nollet (1700–1770) Leydeno stiklainį pavadino Musšenbroko gimtojo miesto ir universiteto Leyden vardu. Stiklainis Von Kleisto vardu buvo vadinamas ir Kleistian stiklainiu, bet šis pavadinimas neprigijo.

Benas Franklinas, Henry Cavendishas ir Luigi Galvani

JAV įkūrėjas Beno Franklino (1705–1790) svarbus atradimas buvo tai, kad elektra ir žaibas yra vienas ir tas pats. Franklino žaibolaidis buvo pirmasis praktinis elektros panaudojimas. gamtos filosofas Henry Cavendish iš Anglijos, Kulonas iš Prancūzijos ir Luigi Galvani Italija padarė mokslinį indėlį ieškant praktinio elektros panaudojimo.

1747 m. britų filosofas Henry Cavendish (1731–1810) pradėjo matuoti įvairių medžiagų laidumą (gebėjimą pernešti elektros srovę) ir paskelbė savo rezultatus. Prancūzų karo inžinierius Charlesas-Augustinas de Kulonas (1736–1806) 1779 m. atrado tai, kas vėliau buvo pavadinta „Kulono įstatymu“, apibūdinančiu elektrostatinę traukos ir atstūmimo jėgą. O 1786 m. italų gydytojas Luigi Galvani (1737–1798) parodė, ką dabar suprantame kaip elektrinį nervinių impulsų pagrindą. Galvani garsiai privertė varlių raumenis trūkčioti, supurtydamas juos elektrostatinės mašinos kibirkštimi.

Po Cavendish ir Galvani darbų atsirado svarbių mokslininkų ir išradėjų grupė, įskaitant Alessandro Volta (1745–1827) iš Italijos, danų fizikas Hansas Christianas Ørstedas (1777–1851), prancūzų fizikas Andre-Marie Ampere (1775–1836 m.), Georgas Ohmas (1789–1854) iš Vokietijos, Michaelas Faradėjus (1791–1867) iš Anglijos ir Josephas Henry (1797–1878) iš JAV.

Darbas su magnetais

Džozefas Henris buvo elektros srities tyrinėtojas, kurio darbai įkvėpė daugybę išradėjų. Pirmasis Henrio atradimas buvo tas, kad magneto galią galima nepaprastai sustiprinti apvijus jį izoliuota viela. Jis buvo pirmasis žmogus, sukūręs magnetą, galintį pakelti 3500 svarų svorį. Henris parodė skirtumą tarp „kiekybės“ magnetų, sudarytų iš trumpo ilgio vielos, sujungtos lygiagrečiai ir sužadintų keletu didelių elementų, ir „intensyvumo“ magnetų, apvyniotų vienu ilgu laidu ir sužadintų baterija, sudaryta iš nuosekliai sujungtų elementų. Tai buvo originalus atradimas, labai padidinęs tiek tiesioginį magneto naudingumą, tiek jo galimybes būsimiems eksperimentams.

Rytų apgavikas sustabdytas

Michaelas Faradėjus , William Sturgeon (1783–1850) ir kiti išradėjai greitai suprato Henriko atradimų vertę. Sturgeonas didingai pasakė: „Profesoriui Džozefui Henriui buvo suteikta galimybė sukurti magnetinę jėgą, kuri visiškai užtemdo kiekvieną kitą visame magnetizmo metraščiuose, ir nėra jokios paralelės po stebuklingo garsaus Rytų apsimetėlio pakabinimo geležiniame karste“.

Ši dažnai vartojama frazė yra nuoroda į neaiškią istoriją, apie kurią šie Europos mokslininkai juokauja apie Mahometą (571–632 m. e. m. e.), Islamas . Tiesą sakant, ta pasaka buvo visai ne apie Mahometą, o apie jo pasakojimą Plinijus Vyresnysis (23–70 CE) apie karstą Aleksandrijoje, Egipte. Pasak Plinijaus, Serapio šventykla Aleksandrijoje buvo pastatyta iš galingų akmenų, tokių galingų, kad, kaip teigiama, jaunesnės Kleopatros sesers Arsinėjos IV (68–41 m. pr. Kr.) geležinis karstas buvo pakibęs ore.

Džozefas Henris taip pat atrado saviindukcijos ir abipusės indukcijos reiškinius. Jo eksperimento metu srovė, siunčiama per laidą antrajame pastato aukšte, sukėlė sroves per panašų laidą dviem aukštais žemiau esančiame rūsyje.

Telegrafas

Telegrafas buvo ankstyvas išradimas, perduodantis pranešimus per atstumą laidu, naudojant elektrą, kurią vėliau pakeitė telefonas. Žodis telegrafija kilęs iš graikų kalbos žodžių tele, reiškiančio toli, ir grapho, reiškiančio rašyti.

Pirmieji bandymai siųsti signalus elektra (telegrafu) buvo atlikti daug kartų, kol Henris susidomėjo šia problema. William Sturgeon elektromagneto išradimas paskatino Anglijos mokslininkus eksperimentuoti su elektromagnetu. Eksperimentai nepavyko ir sukėlė tik srovę, kuri susilpnėjo po kelių šimtų pėdų.

Elektrinio telegrafo pagrindas

Tačiau Henris suvertė mylią plonos vielos ir nustatė „intensyvumą“. baterija viename gale, o kitame armatūra trenkė varpu. Šiame eksperimente Josephas Henry atrado esminę mechaniką elektrinis telegrafas .

Šis atradimas buvo atliktas 1831 m., likus metams iki to laiko, kai Samuelis Morse'as (1791–1872) išrado telegrafą. Nekyla ginčų dėl to, kas išrado pirmąją telegrafo mašiną. Tai buvo Morse'o pasiekimas, tačiau atradimas, kuris paskatino Morse'ą išrasti telegrafą, buvo Josepho Henrio pasiekimas.

Paties Henrio žodžiais: „Tai buvo pirmasis atradimas, kad galvaninę srovę galima perduoti dideliu atstumu, tiek mažai sumažinus jėgą, kad sukeltų mechaninius efektus, ir apie priemones, kuriomis galima perduoti. Mačiau, kad elektrinis telegrafas dabar yra praktiškas. Aš neturėjau omeny jokios konkrečios telegrafo formos, o tik kalbėjau apie bendrą faktą, kad dabar įrodyta, kad galvaninė srovė gali būti perduodama dideliais atstumais, turint pakankamai galios, kad sukeltų mechaninius efektus, tinkamus norimam objektui.

Magnetinis variklis

Tada Henris pasuko magnetinio variklio projektavimo link ir jam pavyko sukurti stūmoklinį variklį, ant kurio jis sumontavo pirmąjį automatinį polių keitiklį arba komutatorių, kada nors naudotą su elektros baterija. Jam nepavyko sukurti tiesioginio sukamojo judesio. Jo strypas svyravo kaip vaikščiojantis garlaivio spindulys.

Elektromobiliai

Tomas Davenportas (1802–1851), kalvis iš Brandono, Vermonto valstijos, 1835 m. sukonstravo kelyje tinkamą elektromobilį. Po dvylikos metų JAV elektros inžinierius Mosesas Farmeris (1820–1893) pristatė elektra varomą lokomotyvą. 1851 m. Masačusetso išradėjas Charlesas Graftonas Page (1712–1868) važiavo elektromobiliu Baltimorės ir Ohajo geležinkelio bėgiais iš Vašingtono į Bladensburgą devyniolikos mylių per valandą greičiu.

Tačiau baterijų kaina tuo metu buvo per didelė, o elektros variklio naudojimas transporte dar nebuvo praktiškas.

Elektros generatoriai

Dinamo arba elektros generatoriaus principą atrado Michaelas Faradėjus ir Josephas Henry, tačiau jo kūrimo į praktišką elektros generatorių procesas truko daugelį metų. Be dinamo elektros energijos gamybai, elektros variklio kūrimas buvo sustojęs, o elektra negalėjo būti plačiai naudojama transportavimui, gamybai ar apšvietimui, kaip naudojama šiandien.

Gatvės šviesos

Lankinę šviesą kaip praktišką apšvietimo įtaisą 1878 m. išrado Ohajo inžinierius Charlesas Brushas (1849–1929). Kiti užsipuolė elektros apšvietimo problemą, tačiau tinkamų anglies dioksido trūkumas trukdė jų sėkmei. Šepetys iš vieno dinamo nuosekliai uždegė kelias lempas. Pirmieji Brush žibintai buvo naudojami gatvės apšvietimui Klivlende, Ohajo valstijoje.

Kiti išradėjai patobulino lanko šviesą, tačiau buvo ir trūkumų. Lauko apšvietimui ir didelėms salėms lankiniai šviestuvai veikė gerai, tačiau mažose patalpose lankiniai šviestuvai negalėjo būti naudojami. Be to, jie buvo serijiniai, tai yra, srovė tekėjo per kiekvieną lempą paeiliui, o nelaimingas atsitikimas vienam išmetė visą seriją. Visą patalpų apšvietimo problemą turėjo išspręsti vienas garsiausių Amerikos išradėjų: Tomas Alva Edisonas (1847–1931).

Thomaso Edisono akcijų indeksas

Pirmasis iš Edisono daugybė išradimų su elektra buvo automatinis balsų registratorius, kuriam jis 1868 metais gavo patentą, tačiau nesugebėjo sukelti jokio susidomėjimo įrenginiu. Tada jis išrado a akcijų indeksas , ir Bostone pradėjo ticker paslaugą su 30 ar 40 prenumeratorių ir veikė iš kambario per Gold Exchange. Šią mašiną Edisonas bandė parduoti Niujorke, bet grįžo į Bostoną nesėkmingai. Tada jis išrado dvipusį telegrafą, kuriuo būtų galima siųsti du pranešimus vienu metu, tačiau bandymo metu aparatas sugedo dėl asistento kvailumo.

1869 m. Edisonas buvo vietoje, kai sugedo telegrafas Gold Indicator Company – koncerne, teikiančiame savo abonentams aukso kainas biržoje. Dėl to jis buvo paskirtas viršininku, tačiau pasikeitus įmonės savininkams jis išmetė jį iš užimamų pareigų, Franklinas L. Popiežius , Pope, Edison ir Company, pirmosios elektros inžinierių įmonės Jungtinėse Valstijose, partnerystė.

Patobulintas akcijų indeksas, lempos ir dinamos

Neilgai trukus Tomas Edisonas išleido išradimą, kuris paskatino jį sėkmės kelyje. Tai buvo patobulintas akcijų indeksas, o Gold and Stock Telegraph Company už tai jam sumokėjo 40 000 USD. Thomas Edisonas nedelsdamas įkūrė parduotuvę Niuarke. Jis patobulino tuo metu naudotą automatinio telegrafo sistemą ir pristatė ją Anglijoje. Jis eksperimentavo su povandeniniais kabeliais ir sukūrė keturkampio telegrafo sistemą, pagal kurią vienas laidas buvo pagamintas, kad atliktų keturių darbą.

Šiuos du išradimus nupirkoDžejus Gouldas, Atlanto ir Ramiojo vandenyno telegrafo bendrovės savininkas. Gouldas sumokėjo 30 000 USD už keturkampę sistemą, bet atsisakė mokėti už automatinį telegrafą. Gouldas nusipirko „Western Union“, vienintelį savo konkurentą. „Kai Gouldas gavo „Western Union“, – sakė Edisonas, – žinojau, kad tolimesnė telegrafijos pažanga nėra įmanoma, todėl ėjau į kitas linijas.

Menlo parkas

Edisonas atnaujino darbą „Western Union Telegraph Company“, kur išrado anglies siųstuvą ir pardavė jį „Western Union“ už 100 000 USD. Remdamasis tuo, Edisonas 1876 m. Menlo parke, Naujajame Džersyje, įkūrė laboratorijas ir gamyklas ir būtent ten išrado fonografas , patentuotas 1878 m., ir pradėjo eksperimentų seriją, kurios metu buvo sukurta jo kaitrinė lempa.

Thomas Edisonas buvo pasišventęs gaminti elektros lempa vidaus naudojimui. Jo pirmasis tyrimas buvo skirtas patvariam siūlui, kuris degtų vakuume. Eksperimentų su platinos viela ir įvairiais ugniai atspariais metalais rezultatai buvo nepatenkinami, kaip ir daugelis kitų medžiagų, įskaitant žmogaus plaukus. Edisonas padarė išvadą, kad kažkokia anglis yra sprendimas, o ne metalas – anglų išradėjas Josephas Swanas (1828–1914) padarė tokią pačią išvadą 1850 m.

1879 m. spalį, po keturiolikos mėnesių sunkaus darbo ir 40 000 USD išlaidų, buvo išbandytas karbonizuotas medvilninis siūlas, užklijuotas viename iš Edisono gaublių ir truko keturiasdešimt valandų. „Jei dabar degs keturiasdešimt valandų“, – pasakė Edisonas , „Žinau, kad galiu sudeginti šimtą“. Ir taip jis padarė. Reikėjo geresnio siūlelio. Edisonas jį rado karbonizuotose bambuko juostelėse.

Edisono Dinamo

Edisonas taip pat sukūrė savo tipą dinamo , didžiausias kada nors sukurtas iki tol. Kartu su Edisono kaitrinėmis lempomis tai buvo vienas iš 1881 m. Paryžiaus elektros parodos stebuklų.

Netrukus Europoje ir Amerikoje buvo įrengtos elektros aptarnavimo gamyklos. Pirmoji puiki Edisono centrinė stotis, tiekianti energiją trims tūkstančiams lempų, buvo pastatyta Holborno viaduke, Londone, 1882 m., o tų pačių metų rugsėjį pradėta eksploatuoti Pearl Street stotis Niujorke, pirmoji centrinė stotis Amerikoje. .

Šaltiniai ir tolesnis skaitymas

• Beauchamp, Kenneth G. „Telegrafijos istorija“. Stevenage UK: Inžinerijos ir technologijos institutas, 2001 m.
• Brittain, J. E. „Posūkiai Amerikos elektros istorijoje“. Niujorkas: Elektros ir elektronikos inžinierių instituto leidykla, 1977 m.
• Kleinas, Moris. „Jėgos kūrėjai: garas, elektra ir žmonės, kurie išrado šiuolaikinę Ameriką“. Niujorkas: Bloomsbury Press, 2008 m.
• Šektmanas, Džonatanas. „Novatoriški XVIII amžiaus moksliniai eksperimentai, išradimai ir atradimai“. Greenwood Press, 2003 m.