Wcześni wynalazcy i innowatorzy energii elektrycznej

Historia elektryczności zaczyna się od Williama Gilberta (1544–1603), lekarza i przyrodnika, który służył królowej Elżbiecie jako pierwsza w Anglii. Przed Gilbertem wszystkim, co było znane na temat elektryczności i magnetyzmu, był kamień (magnetyt) posiadał właściwości magnetyczne, a tarcie bursztynu i strumienia przyciągałoby kawałki różnych materiałów, aby zacząć się kleić.

W 1600 Gilbert opublikował swój traktat „De magnete, Magneticisique Corporibus” (On the Magnet). Książka, wydrukowana naukowo po łacinie, wyjaśnia lata badań Gilberta i eksperymentów na elektryczności i magnetyzmie. Gilbert bardzo wzbudził zainteresowanie nową nauką. To Gilbert ukuł wyrażenie „electrica” w swojej słynnej książce.

Zainspirowany i wykształcony przez Gilberta, kilku europejskich wynalazców, w tym Otto von Guericke (1602–1686) Niemcy, Charles Francois Du Fay (1698–1739) z Francji i Stephen Gray (1666–1736) z Anglii rozszerzyli wiedza, umiejętności.

Otto von Guericke jako pierwszy udowodnił, że może istnieć próżnia. Stworzenie próżni było niezbędne do wszelkiego rodzaju dalszych badań nad elektroniką. W 1660 roku von Guericke wynalazł maszynę wytwarzającą elektryczność statyczną; to był pierwszy generator elektryczny.

W 1729 r. Stephen Gray odkrył zasadę przewodzenia prądu, aw 1733 r. Charles Francois du Fay odkrył, że elektryczność występuje w dwóch postaciach, które nazwał żywiczną (-) i szklistą (+), teraz nazywaną ujemną i pozytywny.

Słoik Leyden był oryginalnym kondensatorem, urządzeniem, które przechowuje i uwalnia ładunek elektryczny. (W tym czasie elektryczność uważano za tajemniczy płyn lub siłę). Słoik Leyden został wynaleziony w 1745 roku prawie jednocześnie w Holandii autor: Pieter van Musschenbroek (1692–1761) W 1745 r. oraz w Niemczech przez niemieckiego duchownego i naukowca Ewalda Christiana von Kleista (1715–1759). Kiedy Von Kleist po raz pierwszy dotknął słoika Leyden, doznał potężnego szoku, który powalił go na podłogę.

Słoik Leyden został nazwany na cześć rodzinnego miasta Musschenbroek i uniwersytetu Leyden przez francuskiego naukowca i duchownego Jeana-Antoine'a Nolleta (1700–1770). Słoik był również nazywany słoikiem Kleistowskim po Von Kleist, ale ta nazwa nie przykleiła się.

Ojciec założyciel Stanów Zjednoczonych Ben Franklin's (1705–1790) ważnym odkryciem było to, że elektryczność i błyskawica były jednym i tym samym. Piorunochron Franklina był pierwszym praktycznym zastosowaniem elektryczności. filozof filozoficzny Henry Cavendish z Anglii, Coulomb of France i Luigi Galvani Włoch wniósł naukowy wkład w znalezienie praktycznych zastosowań energii elektrycznej.

W 1747 r. Brytyjski filozof Henry Cavendish (1731–1810) zaczął mierzyć przewodnictwo (zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego) różnych materiałów i opublikował swoje wyniki. Francuski inżynier wojskowy Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) odkrył w 1779 r., Co później nazwano „prawem Coulomba”, które opisywało siłę elektrostatyczną przyciągania i odpychania. A w 1786 r. Włoski lekarz Luigi Galvani (1737–1798) wykazał, co obecnie rozumiemy, jako elektryczną podstawę impulsów nerwowych. Słynny Galvani sprawił, że mięśnie żaby drgnęły, podskakując iskrą z maszyny elektrostatycznej.

Po pracach Cavendisha i Galvaniego przybyła grupa ważnych naukowców i wynalazców, w tym Alessandro Volta (1745–1827) Włoch, duński fizyk Hans Christian Ørsted (1777–1851), francuski fizyk Andre-Marie Ampere (1775–1836), Georg Ohm (1789–1854) z Niemiec, Michael Faraday (1791–1867) z Anglii i Joseph Henry (1797–1878) z USA

Joseph Henry był badaczem w dziedzinie elektryczności, którego praca zainspirowała wielu wynalazców. Pierwszym odkryciem Henry'ego było to, że moc magnesu można ogromnie wzmocnić poprzez nawijanie go izolowanym drutem. Był pierwszą osobą, która stworzyła magnes, który mógłby unieść 3500 funtów wagi. Henry pokazał różnicę między magnesami „ilościowymi” złożonymi z krótkich odcinków drutu połączonych równolegle i wzbudzonych przez kilka dużych ogniw i magnesów „intensywności” uzwojonych pojedynczym długim drutem i wzbudzanych przez baterię złożoną z ogniw połączonych szeregowo. Było to oryginalne odkrycie, znacznie zwiększające zarówno bezpośrednią przydatność magnesu, jak i jego możliwości do przyszłych eksperymentów.

Michael Faraday, William Sturgeon (1783–1850) i inni wynalazcy szybko rozpoznali wartość odkryć Henry'ego. Sturgeon powiedział wspaniałomyślnie: „Profesor Joseph Henry otrzymał zdolność wytwarzania siły magnetycznej, która całkowicie zaćmiewa się w całe annały magnetyzmu, i nie można znaleźć żadnej analogii od cudownego zawieszenia słynnego orientalnego oszusta w jego żelazie trumna."

Ta często używana fraza jest odniesieniem do niejasnej historii, o której opowiadają europejscy naukowcy o Mahometu (571–632 n.e.), założycielu islam. W rzeczywistości ta opowieść nie dotyczyła Mahometa, ale opowieść opowiadaną przez Pliniusz Starszy (23–70 n.e.) o trumnie w Aleksandrii w Egipcie. Według Pliniusza Świątynia Serapis w Aleksandrii została zbudowana z potężnych kamieni szlachetnych, tak potężnych że żelazna trumna młodszej siostry Kleopatry Arsinoë IV (68–41 p.n.e.) została zawieszona w powietrze.

Joseph Henry odkrył także zjawiska indukcji własnej i wzajemnej indukcji. W jego eksperymencie prąd wysłany przez drut w drugim piętrze budynku indukował prądy przez podobny drut w piwnicy dwa piętra poniżej.

Telegraf był wczesnym wynalazkiem, który przekazywał wiadomości na odległość za pomocą drutu za pomocą prądu, który później został zastąpiony przez telefon. Słowo „telegrafia” pochodzi od greckich słów „tele”, co oznacza „daleko”, i „grafo” oznacza „pisz”.

Pierwsze próby wysłania sygnałów elektrycznością (telegrafem) były podejmowane wiele razy, zanim Henry zainteresował się tym problemem. William Sturgeon's Wynalezienie elektromagnesu zachęciło badaczy z Anglii do eksperymentowania z elektromagnesem. Eksperymenty zakończyły się niepowodzeniem i wytworzyły prąd, który osłabł po kilkuset stopach.

Jednak Henry naciągnął milę cienkiego drutu, umieszczając „intensywność” bateria na jednym końcu i zmusił armaturę do uderzenia w dzwon na drugim. W tym eksperymencie Joseph Henry odkrył podstawową mechanikę stojącą za telegraf elektryczny.

Odkrycia dokonano w 1831 r., Na pełny rok przed wynalezieniem telegrafu przez Samuela Morse'a (1791–1872). Nie ma kontrowersji co do tego, kto wynalazł pierwszą maszynę telegraficzną. To było osiągnięcie Morse'a, ale odkrycie, które zmotywowało i pozwoliło Morse'owi wynaleźć telegraf, było osiągnięciem Josepha Henry'ego.

Według własnych słów Henry'ego: „Było to pierwsze odkrycie faktu, że prąd galwaniczny może być przenoszony na dużą odległość przy tak niewielkim zmniejszeniu siły, aby wywołać efekty mechaniczne, oraz środków, za pomocą których mogłaby być transmisja znakomity. Widziałem, że telegraf elektryczny jest teraz praktyczny. Nie miałem na myśli żadnej szczególnej formy telegrafu, ale odniosłem się tylko do ogólnego faktu, że teraz wykazano, że a prąd galwaniczny może być przenoszony na duże odległości, z wystarczającą mocą do wytworzenia efektów mechanicznych adekwatnych do pożądanych obiekt."

Następnie Henry zajął się projektowaniem silnika magnetycznego i udało mu się stworzyć silnik tłokowy który zainstalował pierwszy automatyczny zmieniacz biegunów lub komutator, kiedykolwiek używany z akumulatorem elektrycznym. Nie udało mu się wytworzyć bezpośredniego ruchu obrotowego. Jego drążek oscylował jak belka parowa.

Thomas Davenport (1802–1851), kowal z Brandon, Vermont, w 1835 r. Zbudował samochód elektryczny o wartości drogowej. Dwanaście lat później amerykański inżynier elektryk Moses Farmer (1820–1893) zaprezentował lokomotywę z napędem elektrycznym. W 1851 r. Wynalazca z Massachusetts, Charles Grafton Page (1712–1868), prowadził samochód elektryczny na torach linii kolejowej Baltimore i Ohio, od Waszyngtonu do Bladensburga, w tempie dziewiętnastu mil godzina.

Jednak koszt akumulatorów był wówczas zbyt duży, a zastosowanie silnika elektrycznego w transporcie nie było jeszcze praktyczne.

Zasada stojąca za generatorem dynamo lub elektrycznym została odkryta przez Michaela Faradaya i Josepha Henry'ego, ale proces jego przekształcenia w praktyczny generator prądu pochłonął wiele lat. Bez dynama do generowania mocy, rozwój silnika elektrycznego był zatrzymany, i energia elektryczna nie może być szeroko stosowana do transportu, produkcji lub oświetlenia, tak jak jest używana dzisiaj.

Światło łukowe jako praktyczne urządzenie oświetlające zostało wynalezione w 1878 roku przez inżyniera z Ohio Charlesa Brusha (1849–1929). Inni zaatakowali problem oświetlenia elektrycznego, ale brak odpowiednich węgli stanął na drodze do ich sukcesu. Pędzel sprawił, że kilka lamp zapaliło się szeregowo z jednego dynama. Pierwsze oświetlenie Brush wykorzystano do oświetlenia ulicznego w Cleveland, Ohio.

Inni wynalazcy poprawili światło łuku, ale były wady. W przypadku oświetlenia zewnętrznego i dużych hal lampy łukowe działały dobrze, ale lamp łukowych nie można było stosować w małych pomieszczeniach. Poza tym były w szeregu, to znaczy prąd przepływał kolejno przez każdą lampę, a wypadek jednego z nich wyrzucił całą serię z akcji. Cały problem oświetlenia wewnętrznego miał rozwiązać jeden z najbardziej znanych amerykańskich wynalazców: Thomas Alva Edison (1847–1931).

Pierwszy z Edisona liczne wynalazki z elektrycznością był automatycznym dyktafonem, na który otrzymał patent w 1868 r., ale nie był w stanie wzbudzić zainteresowania urządzeniem. Potem wynalazł giełdowy giełdowy, i uruchomił usługę biletową w Bostonie z 30 lub 40 subskrybentami i działał z pokoju za pośrednictwem Gold Exchange. Ta maszyna, którą Edison próbował sprzedać w Nowym Jorku, ale wrócił do Bostonu bez powodzenia. Następnie wynalazł dupleksowy telegraf, za pomocą którego dwie wiadomości mogą być wysyłane jednocześnie, ale podczas testu maszyna zawiodła z powodu głupoty asystenta.

W 1869 roku Edison był na miejscu, gdy telegraf zawiódł w Gold Indicator Company, koncernie dostarczającym subskrybentom ceny złota na giełdzie. Doprowadziło to do powołania go na kuratora, ale kiedy zmiana własności spółki wyrzuciła go z zajmowanego stanowiska, z Franklin L. Papież, partnerstwo Pope, Edison i Company, pierwszej firmy inżynierów elektryków w Stanach Zjednoczonych.

Niedługo potem Tomasz Edison wypuścił wynalazek, który zapoczątkował go na drodze do sukcesu. To był ulepszony symbol giełdowy, a Gold and Stock Telegraph Company zapłaciła mu za to 40 000 USD. Thomas Edison natychmiast założył sklep w Newark. Udoskonalił system automatycznej telegrafii, który był wówczas używany, i wprowadził go do Anglii. Eksperymentował z kablami podwodnymi i opracował system kwadrupleksowej telegrafii, za pomocą którego wykonano jeden drut do wykonania czterech.

Te dwa wynalazki zostały zakupione przez Jay Gould, właściciel firmy Atlantic and Pacific Telegraph Company. Gould zapłacił 30 000 $ za system quadruplex, ale odmówił zapłaty za automatyczny telegraf. Gould kupił Western Union, swoją jedyną konkurencję. „Kiedy Gould otrzymał Western Union” - powiedział Edison - „nie wiedziałem, że dalszy postęp w telegrafii jest możliwy, i poszedłem w inne kierunki”.

Edison wznowił pracę w Western Union Telegraph Company, gdzie wynalazł nadajnik węgla i sprzedał go Western Union za 100 000 USD. Na tej podstawie Edison założył w 1876 r. Laboratoria i fabryki w Menlo Park w stanie New Jersey, i to właśnie tam wynalazł fonograf, opatentowany w 1878 r. i rozpoczął serię eksperymentów, w wyniku których wyprodukowano jego żarówkę.

Thomas Edison poświęcił się produkcji lampa elektryczna do użytku w pomieszczeniach. Jego pierwsze badania dotyczyły trwałego żarnika, który spłonąłby w próżni. Seria eksperymentów z drutem platynowym i różnymi metalami ogniotrwałymi dała niezadowalające wyniki, podobnie jak wiele innych substancji, w tym ludzkie włosy. Edison doszedł do wniosku, że jakimś rodzajem węgla jest rozwiązanie, a nie metal - angielski wynalazca Joseph Swan (1828–1914), doszedł do tego samego wniosku w 1850 r.

W październiku 1879 r., Po czternastu miesiącach ciężkiej pracy i wydatku 40 000 USD, zwęglona bawełniana nić zapieczętowana w jednej z kul Edisona została przetestowana i trwała czterdzieści godzin. „Jeśli teraz spłonie czterdzieści godzin” powiedział Edison, „Wiem, że mogę sprawić, że spali sto.” I tak zrobił. Potrzebny był lepszy filament. Edison znalazł go w zwęglonych paskach bambusa.

Edison opracował również swój własny typ dynamo, największy jak dotąd do tej pory. Wraz z lampami żarowymi Edison był to jeden z cudów paryskiej wystawy elektrycznej z 1881 r.

Wkrótce nastąpiła instalacja w Europie i Ameryce instalacji elektrycznych. Pierwsza wielka centralna stacja Edisona, zasilająca trzy tysiące lamp, została zbudowana w Wiadukcie Holborn w Londynie w 1882 roku, a we wrześniu tego roku uruchomiono perłową stację Pearl Street w Nowym Jorku, pierwszą stację centralną w Ameryce operacja.

• Beauchamp, Kenneth G. „Historia telegrafii”. Stevenage UK: Institute of Engineering and Technology, 2001.
• Brittain, J.E. „Punkty zwrotne w amerykańskiej historii elektryki”. Nowy Jork: Institute of Electrical and Electronics Engineers Press, 1977.
• Klein, Maury. „Twórcy energii: Steam, elektryczność i ludzie, którzy wynalazli współczesną Amerykę”. New York: Bloomsbury Press, 2008.
• Shectman, Jonathan. „Przełomowe eksperymenty naukowe, wynalazki i odkrycia XVIII wieku”. Greenwood Press, 2003.