Kdo zavedl elektřinu?
Benjamin Franklin získává veškeré uznání za objev elektřiny, ale jediné, co udělal, bylo navázat spojení mezi bleskem a elektřinou. Charles Francois Dufay, Luigi Galvani, Alessandro Volta, Michael Faraday, Thomas Alva Edison a Nikola Tesla významně přispěli k rozvoji a komercializaci elektřiny.
Elektřina je všude kolem nás: světla, ventilátory, počítače, mobilní telefony a nespočet dalších zařízení. V moderním světě je téměř nemožné z toho uniknout. I při pokusu o útěk před elektřinou ji najdete v celé přírodě, od synapsí uvnitř lidského těla až po blesky během bouřky.
Ale víte, kdo objevil elektřinu? Ve skutečnosti je to poměrně těžká otázka. Většina lidí dává úvěr pouze jedné osobě (Benjamin Franklin), což je poněkud nespravedlivé.
Mnoho dalších vědců použilo Franklinovy experimenty ke studiu elektřiny a někteří z nich byli schopni vynalézt různé formy elektřiny. Pojďme se ponořit hlouběji a zjistit, kdo byli tito vědci a jaké byly jejich příspěvky.
Elektřina před 2600 lety
Kolem roku 600 př. n. l. řecký matematik Thales z Milétu objevil, že tření kožešiny o jantar způsobuje mezi nimi přitažlivost. Pozdější pozorování ukázala, že tato přitažlivost byla způsobena nerovnováhou elektrických nábojů nazývaných statická elektřina.
Archeologové také našli důkazy, že starověcí lidé možná experimentovali s elektřinou. V roce 1936 našli hliněný hrnec s železnou tyčí a měděným plátem. Je podobný elektrochemickému (galvanickému) článku.
Není jasné, k čemu byl tento nástroj použit, ale vrhá určité světlo na skutečnost, že starověcí lidé mohli studovat rané formy baterií dlouho předtím, než jsme to poznali.
Thomas Browne použil slovo „elektřina“ v roce 1646
V roce 1600 napsal anglický fyzik William Gilbert knihu s názvem De Magnete, ve které vysvětlil, jak se třením jantaru generuje statická elektřina. Nepochopil však, že elektrický náboj je univerzální pro všechny materiály.
Protože Gilbert studoval statickou elektřinu pomocí jantaru a jantar se v řečtině nazývá „Electrum“, rozhodl se nazvat jeho působení elektrickou silou. Vynalezl také elektroskop (známý jako Gilbertovo „versorium“) k detekci přítomnosti elektrického náboje na těle.
Gilbertova práce dala vzniknout anglickému slovu „electricity“, které se poprvé objevilo ve druhém čísle vědeckého časopisu Pseudodoxia Epidemica, který napsal Sir Thomas Browne v roce 1946.
Charles Francois Dufay objevil typy elektrických nábojů
Další výzkum provedlo mnoho vědců. Otto von Guericke například v roce 1663 vynalezl primitivní formu třecího elektrického stroje. Stephen Gray rozlišoval mezi vedením a izolací a v roce 1729 objevil jev zvaný elektrostatická indukce.
Jedním z hlavních příspěvků počátku 17. století byl francouzský chemik Charles François Dufay. Objevil dva typy elektřiny: sklovitou a pryskyřičnou (které jsou nyní známé jako kladné a záporné náboje).
Zjistil také, že předměty se stejným nábojem se k sobě přitahují a předměty s opačným nábojem se odpuzují. Vyjasnil také některé populární mylné představy té doby, například že elektrické vlastnosti objektu závisely na jeho barvě.
Benjamin Franklin dokázal, že blesk je svou povahou elektrický
V polovině 1748. století Benjamin Franklin intenzivně studoval a provedl četné experimenty, aby pochopil elektřinu. V roce XNUMX postavil elektrickou baterii umístěním několika tabulí skla vložených mezi olověné desky. Objevil také princip zachování náboje.
V červnu 1752 provedl Franklin slavný experiment, aby dokázal, že blesk je elektřina. Na spodní část navlhčeného provázku draka připevnil kovový klíč a během bouřky s drakem létal. Když stál na izolátoru, dával pozor, aby nedošlo k úrazu elektrickým proudem.
Jak očekával, drak nasbíral z bouřkových mraků nějaký elektrický náboj, který pak stékal po laně a třásl jím. Tento experiment prokázal, že blesk byl skutečně elektrické povahy.
Luigi Galvani objevil bioelektromagnetismus v 1780. letech XNUMX. století
Italský fyzik a biolog byl průkopníkem bioelektromagnetismu. V roce 1780 provedl několik experimentů na žábách a zjistil, že elektřina je médiem, přes které neurony přenášejí signály do svalů.
Alessandro Volta vynalezl elektrickou baterii v roce 1800
Jiný italský fyzik jménem Alessandro Volta objevil, že některé chemické reakce mohou produkovat stejnosměrný elektrický proud. Sestrojil elektrickou baterii k výrobě nepřetržitého toku elektrického náboje. Byl vyroben ze střídajících se vrstev mědi a zinku.
Volta také rozlišovala mezi elektrickým potenciálem (V) a nábojem (Q) a popisovala je jako úměrné danému objektu. To je to, co nazýváme Voltův zákon kapacity. Pro tuto práci byla na jeho počest pojmenována jednotka SI elektrického potenciálu (volt).
Voltův výzkum přitáhl velkou pozornost a povzbudil další vědce, aby provedli podobný výzkum, což nakonec vedlo k vývoji nového odvětví fyzikální chemie zvané elektrochemie.
Německý fyzik Georg Simon Ohm dále studoval Voltův elektrochemický článek a zjistil, že elektrický proud je přímo úměrný napětí (potenciálnímu rozdílu) aplikovanému na vodič. Tento vztah se nazývá Ohmův zákon.
Hans Christian Oersted objevil, že elektřina vytváří magnetická pole
Na počátku 19. století objevil dánský fyzik Hans Christian Oersted přímé spojení mezi elektřinou a magnetismem. V roce 1820 publikoval své objevy, popisující, jak může být střelka kompasu vychýlena elektrickým proudem.
Oerstedova práce inspirovala francouzského fyzika André-Marie Ampèrea k vytvoření fyzikální a matematické teorie, která by mohla lépe vysvětlit vztah mezi elektřinou a magnetismem. Vytvořil matematický vzorec reprezentující magnetické síly mezi objekty přenášejícími proud. Pro tuto práci byla na jeho počest pojmenována jednotka elektrického proudu (ampér).
Ve 1820. letech XNUMX. století Ampère vynalezl četné nástroje, včetně elektromagnetu (elektromagnet, který vytváří řízené magnetické pole) a elektrického telegrafu (systém zasílání textových zpráv z bodu do bodu).
Michael Faraday učinil elektřinu praktickou pro použití v technologii
Michael Faraday položil základy konceptu elektromagnetického pole. Zjistil, že světelné paprsky mohou být ovlivněny magnetismem. Vynalezl elektromagnetická rotační zařízení, která tvořila základ technologie elektromotorů.
V roce 1831 Faraday vyvinul elektrický dynamo stroj, který mohl nepřetržitě přeměňovat rotační mechanickou energii na elektrickou energii, což umožnilo výrobu elektřiny.
V roce 1832 provedl Faraday sérii experimentů, aby studoval chování elektřiny. Dospěl k závěru, že kategorizace různých „druhů“ elektřiny byla iluzorní. Místo toho navrhl, že existuje pouze jeden „druh“ elektřiny a změna parametrů, jako je proud a napětí (množství a intenzita) by vytvořila různé skupiny jevů.
James Clerk Maxwell formuloval teorii elektromagnetického záření
V roce 1873 začal skotský vědec James Clerk Maxwell vyvíjet rovnice, které by mohly přesně popsat elektromagnetické pole. Navrhl, aby se elektrická a magnetická pole pohybovala jako vlny rychlostí světla.
Heinrich Rudolf Hertz tuto teorii nakonec dokázal a Guglielmo Marconi použil tyto vlny k vývoji rádia.
Thomas Edison obchodoval s elektřinou
V roce 1879 vynalezl Thomas Alva Edison praktickou žárovku, která by vydržela dlouho, než vyhořela. Jeho dalším úkolem bylo vyvinout elektrický systém, který by lidem mohl poskytnout realistický zdroj energie pro napájení těchto lamp.
V roce 1882 postavil v Londýně první elektrárnu na výrobu elektřiny a její dopravu do domovů lidí. O několik měsíců později vytvořil další elektrárnu v New Yorku, aby zajistila elektrické osvětlení dolní části ostrova Manhattan. Asi 85 spotřebitelů dostalo dostatek energie na rozsvícení 5000 XNUMX lamp.
Závod využíval k pohonu stejnosměrných generátorů pístové parní stroje. Ale protože se jednalo o stejnosměrnou distribuci, byla oblast obsluhy omezena poklesem napětí v napáječích.
Nikola Tesla vynalezl střídavý proud
Zlom v elektrickém věku nastal o několik let později, když Nikola Tesla přišel do New Yorku pracovat pro Edisona. Po šesti měsících opustil Edison Machine Works kvůli nevyplaceným bonusům, o kterých se domníval, že si vydělal.
Krátce po odchodu ze společnosti Tesla objevil nový typ motoru na střídavý proud a technologii pro přenos elektřiny. Spojil se s Georgem Westinghousem, aby si nechal patentovat systém střídavého proudu, který zemi poskytuje elektřinu nejvyšší kvality.
Energetický systém vynalezený Teslou se rychle rozšířil po celých Spojených státech a Evropě díky svým výhodám v dálkovém přenosu vysokého napětí. První Teslova vodní elektrárna v Niagarských vodopádech by mohla přepravovat elektřinu přes 200 čtverečních mil. Naproti tomu Edisonova stejnosměrná elektrárna dokázala dopravit elektřinu pouze do vzdálenosti jedné míle.
Střídavý proud dnes vyrábí většina elektráren a využívá jej téměř všechny elektrické rozvody. Celková světová hrubá výroba elektřiny v roce 2019 byla 27 644 TWh.
Heinrich Rudolf Hertz pozoroval fotoelektrický jev v roce 1887
Zatímco Tesla byl zaneprázdněn vymýšlením a distribucí střídavého proudu, Heinrich Hertz prováděl řadu experimentů, aby pochopil elektromagnetické vlny. V roce 1887 pozoroval fotoelektrický jev, jev, při kterém jsou emitovány elektrony, když elektromagnetické záření (například světlo) dopadá na materiál.
V roce 1905 Albert Einstein publikoval „zákon fotoelektrických jevů“, který předpokládal, že světelná energie je přenášena v diskrétních kvantovaných paketech. To byl rozhodující krok ve vývoji kvantové mechaniky. Za tuto práci byl Einstein oceněn v roce 1921 Nobelovou cenou za fyziku.
Fotovoltaický efekt se využívá u fotovoltaických článků, běžně se vyskytujících v solárních článcích. Tyto solární články produkují napětí a dodávají elektrický proud, když na ně svítí sluneční světlo (nebo světlo určité vlnové délky).
Do konce roku 2019 bylo celosvětově instalováno celkem 629 gigawattů solární energie. Toto číslo se v nadcházejících letech zvýší, protože mnoho zemí a území přejde na obnovitelné zdroje energie, aby se snížil dopad výroby elektřiny na životní prostředí.
A tak by bylo špatné připisovat zásluhy jen jedné osobě za objev elektřiny. Zatímco myšlenka elektřiny existovala tisíce let, když přišel čas na její vědecké a komerční studium, několik velkých mozků pracovalo na různých podskupinách problému.