Πρώιμοι εφευρέτες και καινοτόμοι της ηλεκτρικής ενέργειας

Η ιστορία της ηλεκτρικής ενέργειας ξεκινά με τον William Gilbert (1544-1603), έναν γιατρό και φυσικό επιστήμονα που υπηρέτησε τη βασίλισσα Ελισάβετ την πρώτη της Αγγλίας. Πριν από τον Γκίλμπερτ, όλα όσα ήταν γνωστά για την ηλεκτρική ενέργεια και το μαγνητισμό ήταν ότι ένα πλακόστρωτο (μαγνητίτη) είχαν μαγνητικές ιδιότητες και ότι η τριβή του κεχριμπαριού και του αεριωθούμενου αέρα θα προσελκύσει κομμάτια διαφόρων υλικών για να αρχίσουν να κολλάνε.

Το 1600, ο Gilbert δημοσίευσε την πραγματεία του "De magnete, Magneticisique Corporibus" (Στον μαγνήτη). Το βιβλίο, που τυπώθηκε στη λατινική λογοτεχνία, εξήγησε χρόνια έρευνας και πειράματα του Gilbert σχετικά με την ηλεκτρική ενέργεια και τον μαγνητισμό. Ο Gilbert αύξησε πολύ το ενδιαφέρον για τη νέα επιστήμη. Ήταν ο Γκίλμπερτ που δημιούργησε την έκφραση "ηλεκτρικό" στο διάσημο βιβλίο του.

Εμπνευσμένος και μορφωμένος από τον Gilbert, αρκετοί ευρωπαίοι εφευρέτες, συμπεριλαμβανομένου του Otto von Guericke (1602-1686) Η Γερμανία, Charles Francois Du Fay (1698-1739) της Γαλλίας και ο Stephen Gray (1666-1736) της Αγγλίας επέκτειναν την η γνώση.

Ο Otto von Guericke ήταν ο πρώτος που αποδείκνυε ότι θα μπορούσε να υπάρχει κενό. Η δημιουργία κενού ήταν απαραίτητη για όλα τα είδη περαιτέρω ερευνών στον τομέα των ηλεκτρονικών. Το 1660, ο von Guericke εφευρέθηκε το μηχάνημα που παρήγαγε στατικό ηλεκτρισμό. αυτή ήταν η πρώτη ηλεκτρική γεννήτρια.

Το 1729, ο Stephen Gray ανακάλυψε την αρχή της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και, το 1733, ο Charles Francois du Fay ανακάλυψε ότι η ηλεκτρική ενέργεια έρχεται σε δύο μορφές τις οποίες ονομάζει ρητινώδη (-) και υαλώδη (+), που τώρα αποκαλούνται αρνητικά και θετικός.

Το βάζο Leyden ήταν ο αρχικός πυκνωτής, μια συσκευή που αποθηκεύει και απελευθερώνει ένα ηλεκτρικό φορτίο. (Εκείνη την εποχή η ηλεκτρική ενέργεια θεωρήθηκε το μυστήριο υγρό ή δύναμη.) Το βάζο Leyden εφευρέθηκε το 1745 σχεδόν ταυτόχρονα στην Ολλανδία από τον ακαδημαϊκό Pieter van Musschenbroek (1692-1761) Το 1745 και στη Γερμανία από Γερμανό κληρικός και επιστήμονα, Ewald Christian Von Kleist (1715–1759). Όταν ο Von Kleist άγγιξε πρώτα το βάζο Leyden του, έλαβε ένα ισχυρό σοκ που τον χτύπησε στο πάτωμα.

Το βάζο Leyden πήρε το όνομά του από την πατρίδα του Musschenbroek και το πανεπιστήμιο Leyden, από τον Γάλλο επιστήμονα και τον κληρικό Jean-Antoine Nollet (1700-1770). Το βάζο ονομαζόταν επίσης το βάζο Kleistian μετά τον Von Kleist, αλλά αυτό το όνομα δεν κολλήθηκε.

Ιδρυτικό πατέρα των ΗΠΑ Ο Μπεν Φράνκλιν (1705-1790) σημαντική ανακάλυψη ήταν ότι η ηλεκτρική ενέργεια και οι αστραπές ήταν το ένα και το αυτό. Ο κεραυνός του Franklin ήταν η πρώτη πρακτική εφαρμογή ηλεκτρικής ενέργειας. ο φιλόσοφος Henry Cavendish της Αγγλίας, ο Coulomb της Γαλλίας και ο Luigi Galvani της Ιταλίας πραγματοποίησε επιστημονικές συμβολές για την εξεύρεση πρακτικών χρήσεων για την ηλεκτρική ενέργεια.

Το 1747, ο Βρετανός φιλόσοφος Henry Cavendish (1731-1810) ξεκίνησε τη μέτρηση της αγωγιμότητας (της δυνατότητας να φέρει ηλεκτρικό ρεύμα) από διαφορετικά υλικά και δημοσίευσε τα αποτελέσματά του. Ο γάλλος στρατιωτικός μηχανικός Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) ανακάλυψε το 1779 αυτό που αργότερα θα ονομαζόταν "νόμος του Coulomb", που περιγράφει την ηλεκτροστατική δύναμη της έλξης και της απέλασης. Και το 1786, ο Ιταλός γιατρός Luigi Galvani (1737-1798) κατέδειξε αυτό που τώρα καταλαβαίνουμε ότι είναι η ηλεκτρική βάση των νευρικών παρορμήσεων. Ο Γκάλβανι έκανε διάσημους μύες βατράχων τραβώντας τους με σπινθήρα από ηλεκτροστατική μηχανή.

Μετά από τις εργασίες του Cavendish και του Galvani ήρθε μια ομάδα σημαντικών επιστημόνων και εφευρετών, μεταξύ των οποίων Alessandro Volta (1745-1827) της Ιταλίας, ο Δανός φυσικός Hans Christian Ørsted (1777-1851), γάλλος φυσικός Andre-Marie Ampere (1775–1836), Georg Ohm (1789-1854) της Γερμανίας, Michael Faraday (1791-1867) της Αγγλίας, και Joseph Henry (1797-1878) των ΗΠΑ

Ο Joseph Henry ήταν ερευνητής στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας, του οποίου το έργο ενέπνευσε πολλούς εφευρέτες. Η πρώτη ανακάλυψη του Henry ήταν ότι η δύναμη ενός μαγνήτη θα μπορούσε να ενισχυθεί πάρα πολύ με την περιέλιξη του με μονωμένο σύρμα. Ήταν ο πρώτος που έκανε ένα μαγνήτη που θα μπορούσε να άρει 3.500 λίβρες βάρους. Ο Χένρι έδειξε τη διαφορά μεταξύ μαγνητών "ποσότητας" που αποτελούνται από μικρά μήκη σύρματος που συνδέονται παράλληλα και ενθουσιασμένοι μερικά μεγάλα κελιά και μαγνήτες "έντασης" που τυλίγονται με ένα και μόνο μακρύ σύρμα και διεγείρονται από μια μπαταρία που αποτελείται από κελιά σε σειρά. Αυτή ήταν μια αρχική ανακάλυψη, αυξάνοντας σημαντικά τόσο την άμεση χρησιμότητα του μαγνήτη όσο και τις δυνατότητές του για μελλοντικά πειράματα.

Μιχαήλ Φαραντάι, William Sturgeon (1783-1850) και άλλοι εφευρέτες αναγνώρισαν γρήγορα την αξία των ανακαλύψεων του Henry. Ο Στρουτζόνι ανέφερε μεγαλοφώνως: "Ο καθηγητής Joseph Henry έχει τη δυνατότητα να παράγει μια μαγνητική δύναμη η οποία να κατακλύζεται απόλυτα ολόκληρα χρόνια μαγνητισμού και δεν υπάρχει κανένας παράλληλος δεδομένου ότι η θαυματουργή αναστολή του διάσημου ανατολικού απατεώνα στο σίδερο του φέρετρο."

Αυτή η κοινώς χρησιμοποιούμενη φράση είναι μια αναφορά σε μια σκοτεινή ιστορία που μαρτυρούν οι ευρωπαίοι επιστήμονες για τον Μωάμεθ (571-632 CE), τον ιδρυτή της Ισλάμ. Αυτή η ιστορία δεν ήταν για τον Μωάμεθ, στην πραγματικότητα, αλλά μάλλον για ένα ιστορικό Ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος (23-70 μ.Χ.) για ένα φέρετρο στην Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου. Σύμφωνα με τον Πλίνιο, ο ναός του Σεραπίδη στην Αλεξάνδρεια χτίστηκε με ισχυρά υποστύλωμα, τόσο ισχυρά ότι το σιδερένιο φέρετρο της νεότερης αδελφής της Κλεοπάτρας Αρσινόε IV (68-41 π.Χ.) λέγεται ότι έχει τεθεί σε αναστολή αέρας.

Ο Joseph Henry ανακάλυψε επίσης τα φαινόμενα αυτοεπαγωγής και αμοιβαίας επαγωγής. Στο πείραμά του, ένα ρεύμα που στάλθηκε μέσω ενός καλωδίου στη δεύτερη ιστορία του κτιρίου προκάλεσε ρεύματα μέσω ενός παρόμοιου καλωδίου στο κελάρι δύο ορόφων κάτω.

Το τηλεγράφημα ήταν μια πρώιμη εφεύρεση που μετέδιδε μηνύματα σε απόσταση από ένα καλώδιο χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια που αργότερα αντικαταστάθηκε από το τηλέφωνο. Η λέξη τηλεγραφία προέρχεται από την ελληνική λέξη tele που σημαίνει μακριά και grapho που σημαίνει γραπτώς.

Οι πρώτες προσπάθειες αποστολής σημάτων με ηλεκτρισμό (τηλεγράφημα) έγιναν πολλές φορές πριν ο Henry εξελιχθεί στο πρόβλημα. Ο Γουίλιαμ Στρουζόν εφεύρεση του ηλεκτρομαγνήτη ενθάρρυνε ερευνητές στην Αγγλία να πειραματιστούν με τον ηλεκτρομαγνήτη. Τα πειράματα απέτυχαν και παράγουν μόνο ένα ρεύμα που εξασθενούσε μετά από μερικές εκατοντάδες πόδια.

Ωστόσο, ο Henry έβαλε ένα χιλιόμετρο λεπτού σύρματος, έβαλε μια "ένταση" μπαταρία στο ένα άκρο και έκανε το οπλισμό να χτυπήσει ένα κουδούνι στο άλλο. Σε αυτό το πείραμα, ο Joseph Henry ανακάλυψε την βασική μηχανική πίσω από το ηλεκτρικό τηλεγράφημα.

Αυτή η ανακάλυψη έγινε το 1831, ένα πλήρες έτος πριν ο Samuel Morse (1791-1872) εφευρέσει το τηλεγράφημα. Δεν υπάρχει διαμάχη ως προς το ποιος εφευρέθηκε το πρώτο τηλεγραφικό μηχάνημα. Αυτό ήταν το επίτευγμα του Morse, αλλά η ανακάλυψη που ώθησε και επέτρεψε στον Morse να εφεύρει το τηλεγράφημα ήταν το επίτευγμα του Joseph Henry.

Με τα λόγια του Henry: «Αυτή ήταν η πρώτη ανακάλυψη του γεγονότος ότι ένα γαλβανικό ρεύμα θα μπορούσε να μεταδοθεί σε μεγάλη απόσταση με τόσο μικρή μείωση της δύναμης ώστε να παράγουν μηχανικά αποτελέσματα, και των μέσων με τα οποία θα μπορούσε να γίνει η μετάδοση τέλειος. Είδα ότι ο ηλεκτρικός τηλεγράφος ήταν τώρα εφικτός. Δεν είχα κατά νου κάποια συγκεκριμένη μορφή τηλεγράφου, αλλά ανέφερα μόνο το γενικό γεγονός ότι τώρα αποδείχθηκε ότι α το γαλβανικό ρεύμα θα μπορούσε να μεταδοθεί σε μεγάλες αποστάσεις, με επαρκή ισχύ για να παράγει μηχανικά αποτελέσματα επαρκή για την επιθυμητή αντικείμενο."

Ο Henry στη συνέχεια γύρισε στο σχεδιασμό ενός μαγνητικού κινητήρα και πέτυχε να κάνει ένα παλινδρομικό μοτέρ μπαρ, επάνω το οποίο εγκατέστησε τον πρώτο αυτόματο μεταγωγέα πόλων ή το μεταγωγέα που χρησιμοποιούσε ποτέ ηλεκτρική μπαταρία. Δεν κατάφερε να παράγει άμεση περιστροφική κίνηση. Το μπαρ του ταλαντούσε σαν τη βαδίστρια ενός ατμοκίνητου σκάφους.

Τόμας Ντέβενπορτ (1802-1851), ένας σιδηρουργός από το Brandon, Βερμόντ, έχτισε ένα ηλεκτροκίνητο αυτοκίνητο το 1835. Δώδεκα χρόνια αργότερα, ο ηλεκτρολόγος μηχανικός των ΗΠΑ, Μωυσής Φέρερ (1820-1893), παρουσίασε μια ηλεκτροκίνητη ατμομηχανή. Το 1851, ο εφευρέτης της Μασαχουσέτης Charles Grafton Page (1712-1868) οδήγησε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο στα κομμάτια του σιδηρόδρομου Βαλτιμόρη και Οχάιο, από την Ουάσινγκτον έως το Bladensburg, με ρυθμό δεκαεννέα μιλίων το χρόνο ώρα.

Ωστόσο, το κόστος των μπαταριών ήταν πολύ μεγάλο τότε και η χρήση του ηλεκτρικού κινητήρα στη μεταφορά δεν ήταν ακόμη πρακτική.

Η αρχή πίσω από το δυναμό ή την ηλεκτρική γεννήτρια ανακαλύφθηκε από τον Michael Faraday και τον Joseph Henry, αλλά η διαδικασία της ανάπτυξής του σε μια πρακτική γεννήτρια ισχύος που καταναλώνεται πολλά χρόνια. Χωρίς δυναμό για την παραγωγή ισχύος, η ανάπτυξη του ηλεκτροκινητήρα ήταν σε αδιέξοδο, και η ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ευρέως για τη μεταφορά, την κατασκευή ή τον φωτισμό όπως χρησιμοποιείται σήμερα.

Το φως τόξου ως πρακτική φωτιστική συσκευή επινοήθηκε το 1878 από τον μηχανικό του Οχάιο Charles Brush (1849-1929). Άλλοι είχαν επιτεθεί στο πρόβλημα του ηλεκτρικού φωτισμού, αλλά η έλλειψη κατάλληλων ανθράκων στάθηκε εμπόδιο στην επιτυχία τους. Η βούρτσα έφτιαξε αρκετούς λαμπτήρες σε σειρά από ένα δυναμό. Τα πρώτα φώτα βούρτσας χρησιμοποιήθηκαν για φωτισμό δρόμου στο Κλίβελαντ του Οχάιο.

Άλλοι εφευρέτες βελτίωσαν το φως τόξου, αλλά υπήρχαν μειονεκτήματα. Για υπαίθριους φωτισμούς και για μεγάλους χώρους φωτός τόξου λειτούργησαν καλά, αλλά τα φώτα τόξου δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε μικρούς χώρους. Εκτός αυτού, ήταν σε σειρά, δηλαδή το ρεύμα περνούσε από κάθε λαμπτήρα με τη σειρά του και ένα ατύχημα σε ένα έριξε όλη τη σειρά από τη δράση. Το όλο πρόβλημα του εσωτερικού φωτισμού έπρεπε να λυθεί από έναν από τους πιο διάσημους εφευρέτες της Αμερικής: Τόμας Άλβα Έντισον (1847–1931).

Το πρώτο του Edison πολλαπλές εφευρέσεις με ηλεκτρικό ρεύμα ήταν ένας αυτόματος καταγραφέας ψηφοφορίας, για τον οποίο έλαβε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1868, αλλά δεν ήταν σε θέση να διεγείρει κανένα ενδιαφέρον για τη συσκευή. Τότε εφευρέθηκε α stock ticker, και ξεκίνησε μια υπηρεσία ticker στη Βοστώνη με 30 ή 40 συνδρομητές και λειτουργούσε από ένα δωμάτιο πάνω από το Χρηματιστήριο Gold. Αυτό το μηχάνημα Edison επιχείρησε να πουλήσει στη Νέα Υόρκη, αλλά επέστρεψε στη Βοστώνη χωρίς να είχε πετύχει. Στη συνέχεια εφευρέθηκε ένα αμφίδρομο τηλεγράφημα με το οποίο δύο μηνύματα μπορούν να αποστέλλονται ταυτόχρονα, αλλά σε μια δοκιμή, το μηχάνημα απέτυχε εξαιτίας της βλακείας του βοηθού.

Το 1869, ο Edison ήταν επί τόπου όταν το τηλεγράφημα απέτυχε στην εταιρεία Gold Indicator Company, μια επιχείρηση που προσέφερε τιμές χρυσού στους χρηματιστές της. Αυτό οδήγησε στο διορισμό του ως επικεφαλής, αλλά όταν μια αλλαγή στην κυριότητα της εταιρείας τον έριξε έξω από τη θέση που σχημάτισε, με Franklin L. Πάπας, η συνεργασία του Πάπα, του Edison και της εταιρείας, της πρώτης εταιρείας ηλεκτρολόγων μηχανικών στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Λίγο αργότερα Τόμας Έντισον απελευθέρωσε την εφεύρεση που τον ξεκίνησε στο δρόμο της επιτυχίας. Αυτός ήταν ο βελτιωμένος τίτλος μετοχών και η εταιρία Gold and Stock Telegraph του κατέβαλε 40.000 δολάρια γι 'αυτό. Ο Thomas Edison εγκατέστησε αμέσως ένα κατάστημα στο Newark. Αυτός βελτίωσε το σύστημα αυτόματης τηλεγραφίας που χρησιμοποιείται εκείνη τη στιγμή και το εισήγαγε στην Αγγλία. Πειραματίστηκε με υποβρύχια καλώδια και επεξεργάστηκε ένα σύστημα τετραπλής τηλεγραφίας με το οποίο κατασκευάστηκε ένα σύρμα για να κάνει το έργο των τεσσάρων.

Αυτές οι δύο εφευρέσεις αγοράστηκαν από Τζέι Γκουλντ, ιδιοκτήτης του Ατλαντικού και Pacific Telegraph Company. Ο Γκουλντ πλήρωσε $ 30.000 για το σύστημα quadruplex αλλά αρνήθηκε να πληρώσει για αυτόματο τηλεγράφημα. Ο Gould είχε αγοράσει το Western Union, τον μοναδικό διαγωνισμό του. «Όταν ο Γκουλντ πήρε τη Δυτική Ένωση», είπε ο Edison, «δεν ήξερα ότι ήταν δυνατή η περαιτέρω πρόοδος στην τηλεγραφία και πήγα σε άλλες γραμμές».

Ο Edison επανέλαβε το έργο του για την Western Union Telegraph Company, όπου εφευρέθηκε ένας πομπός άνθρακα και το πούλησε στην Western Union για $ 100.000. Με την δύναμη αυτή, ο Edison ίδρυσε εργαστήρια και εργοστάσια στο Menlo Park, New Jersey, το 1876, και εκεί εφευρέθηκε φωνογράφος, κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1878 και άρχισε μια σειρά πειραμάτων που παρήγαγαν τη λάμπα πυρακτώσεως.

Ο Thomas Edison ήταν αφιερωμένος στην παραγωγή ενός ηλεκτρική λάμπα για εσωτερική χρήση. Η πρώτη του έρευνα ήταν για ένα ανθεκτικό νήμα που θα κάηκε σε κενό. Μια σειρά πειραμάτων με σύρμα πλατίνας και διάφορα πυρίμαχα μέταλλα είχε μη ικανοποιητικά αποτελέσματα, όπως και πολλές άλλες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπινων μαλλιών. Ο Edison κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο άνθρακας κάποιου είδους ήταν η λύση και όχι ο μέταλλο-αγγλικός εφευρέτης Joseph Swan (1828-1914), είχε καταλήξει στο ίδιο συμπέρασμα το 1850.

Τον Οκτώβριο του 1879, μετά από δεκατέσσερις μήνες σκληρής δουλειάς και δαπάνη 40.000 δολαρίων, δοκιμάστηκε ένα ανθρακωμένο νήμα από βαμβάκι σφραγισμένο σε μία από τις σφαίρες του Edison και διήρκεσε σαράντα ώρες. "Αν θα καψει σαράντα ώρες τώρα," είπε ο Edison, "Ξέρω ότι μπορώ να το κάψω εκατό". Και το έκανε. Ένα καλύτερο νήμα ήταν απαραίτητο. Ο Edison το βρήκε σε ανθρακοποιημένες λωρίδες μπαμπού.

Ο Edison ανέπτυξε επίσης τον δικό του τύπο δυναμό, το μεγαλύτερο που έγινε μέχρι τότε. Μαζί με τους λαμπτήρες πυράκτωσης Edison, ήταν ένα από τα θαύματα της Ηλεκτρικής Έκθεσης του Παρισιού του 1881.

Η εγκατάσταση στην Ευρώπη και την Αμερική εγκατέλειψε σύντομα εγκαταστάσεις για ηλεκτρικές υπηρεσίες. Ο πρώτος μεγάλος κεντρικός σταθμός του Edison, που τροφοδοτεί τρείς χιλιάδες λάμπες, ανεγέρθηκε στο Holborn Viaduct του Λονδίνου το 1882, και τον Σεπτέμβριο του ίδιου έτους τοποθετήθηκε ο σταθμός Pearl Street στη Νέα Υόρκη, ο πρώτος κεντρικός σταθμός στην Αμερική λειτουργία.

• Beauchamp, Kenneth G. "Ιστορία της τηλεγραφίας". Stevenage UK: Ινστιτούτο Τεχνολογίας και Τεχνολογίας, 2001.
• Brittain, J.E. "Turning Points στην αμερικανική ηλεκτρική ιστορία." Νέα Υόρκη: Ινστιτούτο Τύπου Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών, 1977.
• Klein, Maury. "Οι κατασκευαστές ενέργειας: ατμός, ηλεκτρική ενέργεια, και οι άνδρες που εφευρέθηκαν σύγχρονη Αμερική." Νέα Υόρκη: Bloomsbury Press, 2008.
• Σέκμαν, Τζόναθαν. "Πρωτοποριακά επιστημονικά πειράματα, εφευρέσεις και ανακαλύψεις του 18ου αιώνα". Greenwood Press, 2003.