Elektrisitets historie

Elektrovitenskap ble etablert i den elizabethanske tidsalderen

Paul Taylor/Getty Images

Elektrisitetens historie begynner med William Gilbert (1544–1603), en lege og naturviter som tjente dronning Elizabeth, den første av England. Før Gilbert var alt som var kjent om elektrisitet og magnetisme at en lodestone ( magnetitt ) hadde magnetiske egenskaper og at gnidning av rav og stråle ville tiltrekke seg biter av forskjellige materialer for å begynne å feste seg.

I 1600 publiserte Gilbert sin avhandling 'De magnete, Magneticisique Corporibus' (On the Magnet). Boken ble trykt på vitenskapelig latin og forklarte år med Gilberts forskning og eksperimenter på elektrisitet og magnetisme. Gilbert økte interessen for den nye vitenskapen sterkt. Det var Gilbert som myntet uttrykket 'electrica' ​​i sin berømte bok.

Tidlige oppfinnere

Inspirert og utdannet av Gilbert, utvidet flere europeiske oppfinnere, inkludert Otto von Guericke (1602–1686) fra Tyskland, Charles Francois Du Fay (1698–1739) fra Frankrike og Stephen Gray (1666–1736) fra England kunnskapen.

Otto von Guericke var den første som beviste at et vakuum kunne eksistere. Å skape et vakuum var avgjørende for all slags videre forskning på elektronikk. I 1660 oppfant von Guericke maskinen som produserte statisk elektrisitet; dette var den første elektriske generatoren.

I 1729 oppdaget Stephen Gray prinsippet om ledning av elektrisitet, og i 1733 oppdaget Charles Francois du Fay at elektrisitet kommer i to former som han kalte harpiks (-) og glassaktig (+), nå kalt negativ og positiv.

Leyden-krukken

Leyden-krukken var den originale kondensatoren, en enhet som lagrer og frigjør en elektrisk ladning. (På den tiden ble elektrisitet ansett som den mystiske væsken eller kraften.) Leyden-krukken ble oppfunnet i 1745 nesten samtidig i Holland av akademikeren Pieter van Musschenbroek (1692–1761) i 1745 og i Tyskland av den tyske presten og vitenskapsmannen Ewald Christian Von Kleist (1715–1759). Da Von Kleist først berørte Leyden-krukken hans, fikk han et kraftig sjokk som slo ham i gulvet.

Leyden-krukken ble oppkalt etter Musschenbroeks hjemby og universitet Leyden, av den franske vitenskapsmannen og geistlige Jean-Antoine Nollet (1700–1770). Krukken ble også kalt Kleistian-krukken etter Von Kleist, men dette navnet holdt ikke fast.

Ben Franklin, Henry Cavendish og Luigi Galvani

USAs grunnlegger Ben Franklins (1705–1790) viktig oppdagelse var at elektrisitet og lyn var ett og det samme. Franklins lynavleder var den første praktiske anvendelsen av elektrisitet. naturfilosof Henry Cavendish fra England, Coulomb fra Frankrike og Luigi Galvani i Italia ga vitenskapelige bidrag for å finne praktiske bruksområder for elektrisitet.

I 1747 begynte den britiske filosofen Henry Cavendish (1731–1810) å måle ledningsevnen (evnen til å bære en elektrisk strøm) til forskjellige materialer og publiserte resultatene hans. Den franske militæringeniøren Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) oppdaget i 1779 det som senere skulle bli kalt 'Coulombs lov', som beskrev den elektrostatiske kraften til tiltrekning og frastøting. Og i 1786 demonstrerte den italienske legen Luigi Galvani (1737–1798) det vi nå forstår som det elektriske grunnlaget for nerveimpulser. Galvani fikk froskemusklene til å rykke ved å rykke dem med en gnist fra en elektrostatisk maskin.

Etter arbeidet til Cavendish og Galvani kom en gruppe viktige vitenskapsmenn og oppfinnere, bl.a. Alessandro Volta (1745–1827) av Italia, dansk fysiker Hans Christian Ørsted (1777–1851), fransk fysiker Andre-Marie Ampere (1775–1836), Georg Ohm (1789–1854) av Tyskland, Michael Faraday (1791–1867) fra England og Joseph Henry (1797–1878) fra U.S.A.

Arbeid med magneter

Joseph Henry var en forsker innen elektrisitet, hvis arbeid inspirerte mange oppfinnere. Henrys første oppdagelse var at kraften til en magnet kunne styrkes enormt ved å vikle den med isolert ledning. Han var den første personen til å lage en magnet som kunne løfte 3500 pounds av vekt. Henry viste forskjellen mellom 'mengde' magneter sammensatt av korte ledningslengder koblet parallelt og begeistret av noen få store celler, og 'intensitets' magneter viklet med en enkelt lang ledning og eksitert av et batteri sammensatt av celler i serie. Dette var en original oppdagelse som i stor grad økte både den umiddelbare nytten av magneten og dens muligheter for fremtidige eksperimenter.

Den orientalske bedrageren suspendert

Michael Faraday , William Sturgeon (1783–1850), og andre oppfinnere var raske til å erkjenne verdien av Henrys funn. Sturgeon sa storsinnet: 'Professor Joseph Henry har blitt satt i stand til å produsere en magnetisk kraft som totalt formørker hver annen i hele magnetismens annaler, og ingen parallell er å finne siden den mirakuløse suspensjonen av den berømte orientalske bedrageren i hans jernkiste.'

Den ofte brukte setningen er en referanse til en obskur historie som disse europeiske forskerne skravlet om om Muhammed (571–632 e.Kr.), grunnleggeren av islam . Den historien handlet faktisk ikke om Muhammed i det hele tatt, men snarere en historie fortalt av Plinius den eldste (23–70 e.Kr.) om en kiste i Alexandria, Egypt. I følge Plinius var Serapis-tempelet i Alexandria bygget med kraftige lodestones, så kraftige at jernkisten til Kleopatras yngre søster Arsinoë IV (68–41 fvt) ble sagt å ha blitt hengt opp i luften.

Joseph Henry oppdaget også fenomenene selvinduksjon og gjensidig induksjon. I eksperimentet hans induserte en strøm som ble sendt gjennom en ledning i den andre etasjen i bygningen strømmer gjennom en lignende ledning i kjelleren to etasjer under.

Telegraf

Telegrafen var en tidlig oppfinnelse som kommuniserte meldinger på avstand over en ledning ved hjelp av elektrisitet som senere ble erstattet av telefonen. Ordet telegrafi kommer fra de greske ordene tele som betyr langt unna og grapho som betyr skriv.

De første forsøkene på å sende signaler med elektrisitet (telegraf) hadde blitt gjort mange ganger før Henry ble interessert i problemet. William Sturgeons oppfinnelsen av elektromagneten oppmuntret forskere i England til å eksperimentere med elektromagneten. Eksperimentene mislyktes og ga først en strøm som ble svekket etter noen hundre fot.

Grunnlaget for den elektriske telegrafen

Men Henry spant en kilometer med fin ledning, plasserte en 'intensitet' batteri i den ene enden, og fikk ankeret til å slå en bjelle i den andre. I dette eksperimentet oppdaget Joseph Henry den essensielle mekanikken bak elektrisk telegraf .

Denne oppdagelsen ble gjort i 1831, et helt år før Samuel Morse (1791–1872) oppfant telegrafen. Det er ingen kontrovers om hvem som oppfant den første telegrafmaskinen. Det var Morses prestasjon, men oppdagelsen som motiverte og tillot Morse å finne opp telegrafen var Joseph Henrys prestasjon.

Med Henrys egne ord: 'Dette var den første oppdagelsen av det faktum at en galvanisk strøm kunne overføres til store avstander med så lite kraftreduksjon at det frembringer mekaniske effekter, og av måtene overføringen kunne utføres på. Jeg så at den elektriske telegrafen nå var praktisk mulig. Jeg hadde ikke i tankene noen spesiell form for telegraf, men refererte bare til det generelle faktum at det nå ble demonstrert at en galvanisk strøm kunne overføres til store avstander, med tilstrekkelig kraft til å produsere mekaniske effekter tilstrekkelig til det ønskede objektet.'

Magnetisk motor

Henry vendte seg deretter til å designe en magnetisk motor og lyktes i å lage en frem- og tilbakegående stangmotor, som han installerte den første automatiske polskifteren, eller kommutatoren, som noen gang ble brukt med et elektrisk batteri. Han lyktes ikke i å produsere direkte roterende bevegelse. Baren hans svingte som gangbjelken til en dampbåt.

Elektriske biler

Thomas Davenport (1802–1851), en smed fra Brandon, Vermont, bygde en veiverdig elbil i 1835. Tolv år senere stilte den amerikanske elektroingeniøren Moses Farmer (1820–1893) ut et elektrisk drevet lokomotiv. I 1851 kjørte Massachusetts-oppfinneren Charles Grafton Page (1712–1868) en elektrisk bil på sporene til Baltimore og Ohio Railroad, fra Washington til Bladensburg, med en hastighet på nitten miles i timen.

Imidlertid var kostnadene for batterier for høye på den tiden, og bruken av den elektriske motoren i transport er ennå ikke praktisk.

Elektriske generatorer

Prinsippet bak dynamoen eller den elektriske generatoren ble oppdaget av Michael Faraday og Joseph Henry, men prosessen med utviklingen til en praktisk kraftgenerator tok mange år. Uten en dynamo for generering av kraft, sto utviklingen av den elektriske motoren i stå, og elektrisitet kunne ikke brukes mye til transport, produksjon eller belysning slik den brukes til i dag.

Gatelys

Buelyset som en praktisk belysningsenhet ble oppfunnet i 1878 av Ohio-ingeniøren Charles Brush (1849–1929). Andre hadde angrepet problemet med elektrisk belysning, men mangel på passende karbon stod i veien for suksessen. Brush laget flere lamper lys i serie fra én dynamo. De første børstelysene ble brukt til gatebelysning i Cleveland, Ohio.

Andre oppfinnere forbedret lysbuelyset, men det var ulemper. Til utebelysning og til store haller fungerte buelys bra, men buelys kunne ikke brukes i små rom. Dessuten var de i serie, det vil si at strømmen gikk gjennom hver lampe etter tur, og en ulykke med en satte hele serien ut av spill. Hele problemet med innendørs belysning skulle løses av en av USAs mest kjente oppfinnere: Thomas Alva Edison (1847–1931).

Thomas Edison aksjekurs

Den første av Edison mangfoldige oppfinnelser med elektrisitet var en automatisk stemmeskriver, som han fikk patent på i 1868, men klarte ikke å vekke noen interesse for apparatet. Så oppfant han en aksjeticker , og startet en ticker-tjeneste i Boston med 30 eller 40 abonnenter og opererte fra et rom over Gold Exchange. Denne maskinen forsøkte Edison å selge i New York, men han returnerte til Boston uten å ha lyktes. Deretter oppfant han en duplekstelegraf der to meldinger kunne sendes samtidig, men ved en test mislyktes maskinen på grunn av assistentens dumhet.

I 1869 var Edison på stedet da telegrafen sviktet hos Gold Indicator Company, en bekymring som ga børsens gullpriser til sine abonnenter. Det førte til at han ble utnevnt som superintendent, men da en endring i eierskapet i selskapet kastet ham ut av stillingen han dannet, med Franklin L. Pope , partnerskapet til Pope, Edison og Company, det første firmaet av elektriske ingeniører i USA.

Forbedret aksjeindeks, lamper og dynamoer

Ikke lenge etterpå Thomas Edison lanserte oppfinnelsen som startet ham på veien til suksess. Dette var den forbedrede aksjekursen, og Gold and Stock Telegraph Company betalte ham 40 000 dollar for den. Thomas Edison opprettet umiddelbart en butikk i Newark. Han forbedret systemet med automatisk telegrafi som var i bruk på den tiden og introduserte det i England. Han eksperimenterte med undersjøiske kabler og utarbeidet et system med quadruplex telegrafi der en ledning ble laget for å gjøre jobben til fire.

Disse to oppfinnelsene ble kjøpt avJay Gould, eier av Atlantic and Pacific Telegraph Company. Gould betalte 30 000 dollar for quadruplex-systemet, men nektet å betale for den automatiske telegrafen. Gould hadde kjøpt Western Union, hans eneste konkurranse. 'Da Gould fikk Western Union,' sa Edison, 'visste jeg at ingen videre fremgang innen telegrafi var mulig, og jeg gikk inn på andre linjer.'

Menlo Park

Edison gjenopptok arbeidet for Western Union Telegraph Company, hvor han oppfant en karbon-sender og solgte den til Western Union for 100 000 dollar. På grunn av det opprettet Edison laboratorier og fabrikker i Menlo Park, New Jersey, i 1876, og det var der han oppfant fonograf , patentert i 1878, og begynte en serie eksperimenter som produserte hans glødelampe.

Thomas Edison var dedikert til å produsere en elektrisk lampe for innendørs bruk. Hans første forskning var for en holdbar filament som ville brenne i et vakuum. En rekke eksperimenter med en platinatråd og forskjellige ildfaste metaller ga utilfredsstillende resultater, i likhet med mange andre stoffer, inkludert menneskehår. Edison konkluderte med at karbon av et eller annet slag var løsningen snarere enn et metall - den engelske oppfinneren Joseph Swan (1828–1914), hadde kommet til samme konklusjon i 1850.

I oktober 1879, etter fjorten måneder med hardt arbeid og utgifter på 40 000 dollar, ble en karbonisert bomullstråd forseglet i en av Edisons globuser testet og varte i førti timer. 'Hvis det vil brenne førti timer nå,' sa Edison , 'Jeg vet at jeg kan få det til å brenne hundre.' Og det gjorde han. En bedre filament var nødvendig. Edison fant det i karboniserte strimler av bambus.

Edison Dynamo

Edison utviklet også sin egen type dynamo , den største noensinne laget frem til den tiden. Sammen med Edison-glødelampene var det et av underverkene i Paris Electrical Exposition i 1881.

Installasjon i Europa og Amerika av anlegg for elektrisk service fulgte snart. Edisons første store sentralstasjon, som leverte strøm til tre tusen lamper, ble reist ved Holborn Viaduct, London, i 1882, og i september samme år ble Pearl Street Station i New York City, den første sentralstasjonen i Amerika, satt i drift .

Kilder og videre lesning

• Beauchamp, Kenneth G. 'Telegrafiens historie.' Stevenage UK: Institute of Engineering and Technology, 2001.
• Brittain, J.E. 'Vendepunkter i amerikansk elektrisk historie.' New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers Press, 1977.
• Klein, Maury. 'The Power Makers: Steam, Electricity, og mennene som oppfant det moderne Amerika.' New York: Bloomsbury Press, 2008.
• Shetman, Jonathan. 'Banbrytende vitenskapelige eksperimenter, oppfinnelser og oppdagelser fra det 18. århundre.' Greenwood Press, 2003.