چه کسی برق را اختراع کرد؟
بسیاری از مردم فکر می‌کنند که بنجامین فرانکلین با آزمایش‌های معروف خود در پرواز بادبادک در سال 1752 الکتریسیته را اختراع کرد. فرانکلین به دلیل بستن کلید به ریسمان بادبادک در هنگام رعد و برق مشهور است و ثابت می‌کند که الکتریسیته ساکن و روشنایی واقعاً یکسان هستند. با این حال، این تمام داستان برق نیست. در این مقاله بررسی میکنیم که چه کسی برق را اختراع کرد.
برق اصلا “کشف” نشد. الکتریسیته همیشه بخشی از طبیعت بوده است، به شکل الکتریسیته ساکن، تخلیه به زمین، به صورت رعد و برق یا هنگام مالش دو ماده باردار الکتریکی. در واقع، حقیقت این است که “الکتریسیته” به شکل نیروی الکتریکی زمانی اختراع شد که کشف شد الکتریسیته می تواند در یک جریان الکتریکی تولید شود و سپس به عنوان جریان الکتریکی از طریق سیم ها منتقل شود. می گویند ضرورت مادر اختراع است و در مورد الکتریسیته هم همین طور است. وقتی صحبت از «اختراع الکتریسیته» به میان می‌آید، مردم راهی ارزان و ایمن برای روشن کردن خانه‌های خود می‌خواستند و دانشمندان فکر می‌کردند که برق ممکن است راهی باشد.
وقتی صحبت از اختراع الکتریسیته یا کشف نیروی انرژی به میان می آید، در واقع یک داستان طولانی است، در طول زمان طولانی. به دلیل تحقیقات علمی، از هر آزمایش، فناوری الکتریکی متولد شد. نور الکتریکی به شکل رعد و برق در این دنیای مدرن بسیار رایج است، اما این سوال که چه کسی الکتریسیته را اختراع کرد باید در واقع چه چیزی در کشف الکتریسیته دخیل بوده باشد. الکتریسیته در جهان طبیعی رایج بود، اما نیروی الکتریکی نتیجه آزمایش بود.
چه کسی برق را اختراع کرد؟
از نوشته‌های تالس از میلتوس چنین برمی‌آید که غربی‌ها از ۶۰۰ سال قبل از میلاد می‌دانستند. کهربا با مالش شارژ می شود. پیشرفت واقعی کمی وجود داشت تا اینکه دانشمند انگلیسی ویلیام گیلبرت در سال 1600 برقی شدن بسیاری از مواد را توصیف کرد و اصطلاح الکتریسیته را از کلمه یونانی کهربا به کار برد. در نتیجه گیلبرت را پدر برق مدرن می نامند. در سال 1660 اتو فون گوریکه یک ماشین خام برای تولید الکتریسیته ساکن اختراع کرد.
این یک گلوله گوگرد بود که با یک میل لنگ می چرخید و با دست دیگر مالش می شد. جانشینان، مانند فرانسیس هاوکسبی، پیشرفت‌هایی انجام دادند که منبع آماده‌ای از الکتریسیته ساکن را در اختیار آزمایش‌کنندگان قرار داد. نسل بسیار توسعه یافته امروزی این ماشین های اولیه، ژنراتور Van de Graaf است که گاهی اوقات به عنوان یک شتاب دهنده ذرات استفاده می شود. رابرت بویل متوجه شد که جاذبه و دافعه متقابل هستند و نیروی الکتریکی از طریق خلاء منتقل می شود. استفان گری بین رساناها و نارساناها تمایز قائل شد. C. F. Du Fay دو نوع الکتریسیته را تشخیص داد که بنجامین فرانکلین و ابنزر کینرسلی از فیلادلفیا بعدها آن را مثبت و منفی نامیدند.
پس از اختراع کوزه لیدن در سال 1745 توسط پیتر ون موشنبروک، پیشرفت سریع شد. شیشه لیدن الکتریسیته ساکن را ذخیره می کرد که می توانست یکباره تخلیه شود. در سال 1747 ویلیام واتسون یک شیشه لیدن را از طریق یک مدار تخلیه کرد و درک جریان و مدار زمینه جدیدی از آزمایش را آغاز کرد. هنری کاوندیش با اندازه گیری رسانایی مواد (او شوک های همزمانی را که با تخلیه کوزه های لیدن از طریق مواد دریافت می کرد مقایسه کرد) و چارلز کولمب با بیان ریاضی جاذبه اجسام برق دار، مطالعه کمی الکتریسیته را آغاز کردند.
علاقه جدید به جریان الکتریکی با اختراع باتری آغاز شد. لوئیجی گالوانی (1786) متوجه شده بود که تخلیه الکتریسیته ساکن باعث تکان دادن پای قورباغه می شود. آزمایشات متعاقب آن سلول الکترونی ساده ای را تولید کرد که از مایعات پا به عنوان الکترولیت و عضله به عنوان مدار و نشانگر استفاده می کرد. گالوانی فکر می‌کرد که پایه برق را تامین می‌کند، اما الساندرو ولتا چیز دیگری فکر می‌کرد و او شمع ولتایی را که یک نوع اولیه باتری بود، به عنوان اثبات ساخت. جریان پیوسته از باتری ها راه را برای کشف قانون G. S. Ohm که جریان، ولتاژ (نیروی محرکه الکتریکی) و مقاومت را مرتبط می کند و قانون گرمایش الکتریکی J. P. Joule را هموار کرد. قانون اهم و قوانینی که بعداً توسط G. R. Kirchhoff در مورد مجموع جریانها و مجموع ولتاژهای یک مدار کشف شد، ابزار اساسی برای انجام محاسبات مدار هستند.
چه کسی برق را اختراع کرد؟
نوع متفاوتی از قدرت: باتری
یادگیری نحوه تولید و استفاده از برق آسان نبود. برای مدت طولانی، هیچ منبع قابل اعتماد برق برای آزمایش وجود نداشت. سرانجام در سال 1800، الساندرو ولتا، دانشمند ایتالیایی، به کشف بزرگی دست یافت. او کاغذ را در آب نمک خیس کرد، روی و مس را در دو طرف کاغذ قرار داد و واکنش شیمیایی تولید جریان الکتریکی را تماشا کرد. ولتا اولین سلول الکتریکی را ایجاد کرد.
با اتصال بسیاری از این سلول‌ها به یکدیگر، ولتا توانست «جریان» را ببندد و باتری بسازد. به افتخار ولتا است که باتری ها را بر حسب ولت ارزیابی می کنیم. سرانجام، یک منبع مطمئن و مطمئن الکتریسیته در دسترس بود که مطالعه الکتریسیته را برای دانشمندان آسان کرد.
جریانی آغاز شد:
یک دانشمند انگلیسی به نام مایکل فارادی اولین کسی بود که متوجه شد با عبور آهنربا از سیم مسی می توان جریان الکتریکی تولید کرد. این یک کشف شگفت انگیز بود. تقریباً تمام الکتریسیته ای که امروزه استفاده می کنیم با آهنربا و سیم پیچ های سیم مسی در نیروگاه های غول پیکر ساخته می شود. ژنراتور برق و موتور الکتریکی هر دو بر این اصل هستند. یک ژنراتور انرژی حرکت را به الکتریسیته تبدیل می کند. یک موتور انرژی الکتریکی را به انرژی حرکتی تبدیل می کند.
در سال 1819 هانس کریستین اورستد کشف کرد که یک میدان مغناطیسی سیم حامل جریان را احاطه کرده است. در عرض دو سال آندره ماری آمپر چندین قانون الکترومغناطیسی را به شکل ریاضی درآورد، D. F. Arago آهنربای الکتریکی را اختراع کرد و مایکل فارادی شکل خامی از موتور الکتریکی را ابداع کرد. استفاده عملی از یک موتور باید 10 سال صبر می کرد، اما تا زمانی که فارادی (و قبل از آن، جوزف هنری به طور مستقل) ژنراتور الکتریکی را اختراع کردند که با آن موتور را تغذیه می کرد. یک سال پس از تقریب آزمایشگاهی ژنراتور توسط فارادی، Hippolyte Pixii یک مدل دستی ساخت. از آن زمان به بعد مهندسان زمام امور را از دانشمندان گرفتند و پیشرفت آهسته ای به دنبال داشت. اولین نیروگاه ها 50 سال بعد ساخته شدند.
در سال 1873 جیمز کلرک ماکسول مسیر توسعه متفاوتی را با معادلاتی که میدان الکترومغناطیسی را توصیف می کرد آغاز کرده بود و وجود امواج الکترومغناطیسی را که با سرعت نور حرکت می کردند را پیش بینی کرد. هاینریش آر. هرتز این پیش بینی را به صورت تجربی تایید کرد و مارکونی برای اولین بار از این امواج در توسعه رادیو استفاده کرد (1895). جان آمبروز فلمینگ (1904) لوله خلاء یکسو کننده دیود را به عنوان آشکارساز رادیوی مارکونی اختراع کرد. سه سال بعد لی دی فارست با افزودن الکترود سوم دیود را به تقویت کننده تبدیل کرد و الکترونیک شروع به کار کرد. درک نظری در سال 1897 با کشف الکترون توسط جی جی تامسون کاملتر شد. در 11-1910 ارنست آر. رادرفورد و دستیارانش توزیع بار درون اتم را آموختند. رابرت میلیکان بار یک الکترون را تا سال 1913 اندازه گیری کرد.
چه کسی برق را اختراع کرد؟
آقای ادیسون و نور او:
توماس آلوا ادیسون یکی از بزرگترین مخترعان است و معمولاً با ایجاد لامپ (همراه با نیکلاس تسلا) اعتبار دارد. او در سال 1868 وارد بوستون شد. در بوستون مردانی را یافت که چیزی از جریان الکتریکی می دانستند، و چون شب ها کار می کرد و ساعات خوابش را کوتاه می کرد، زمانی برای مطالعه پیدا کرد. او آثار فارادی را خرید و مطالعه کرد. در حال حاضر اولین اختراع متعدد او، یک ضبط کننده رأی خودکار، که برای آن در سال 1868 ثبت اختراع دریافت کرد، انجام شد. این امر مستلزم سفر به واشنگتن بود که با پول قرض گرفته شده انجام داد، اما او نتوانست هیچ علاقه ای به دستگاه ایجاد کند. او می‌گوید: «بعد از ضبط رأی، من یک تیک‌تکر سهام اختراع کردم و یک سرویس تیک‌دار در بوستون راه‌اندازی کردم؛ سی یا چهل مشترک داشتم و از اتاقی بر روی بورس طلا کار می‌کردم». ادیسون سعی کرد این ماشین را در نیویورک بفروشد، اما بدون اینکه موفق شود به بوستون بازگشت. او سپس یک تلگراف دوطرفه اختراع کرد که به وسیله آن ممکن بود دو پیام به طور همزمان ارسال شود، اما در یک آزمایش، دستگاه به دلیل حماقت دستیار از کار افتاد.
توماس ادیسون بی پول و بدهکار، دوباره در سال 1869 وارد نیویورک شد. اما اکنون ثروت او را مورد لطف خود قرار داده است. شرکت اندیکاتور طلا از طریق تلگراف قیمت طلا را در بورس به مشترکان خود اعلام می کرد. ابزار این شرکت از کار افتاده بود. به طور شانسی، ادیسون در محل بود تا آن را تعمیر کند، که با موفقیت انجام داد، و این منجر به انتصاب او به عنوان سرپرست با حقوق سیصد دلار در ماه شد. زمانی که تغییر در مالکیت شرکت، او را از موقعیتی که با فرانکلین ال. پوپ، مشارکت پوپ، ادیسون جریان و کمپانی، اولین شرکت مهندسین برق در ایالات متحده، تشکیل داد، بیرون انداخت.
توماس ادیسون بلافاصله یک مغازه در نیوآرک راه اندازی کرد. او سیستم تلگراف خودکار (ماشین تلگراف) را که در آن زمان مورد استفاده قرار می گرفت، بهبود بخشید و آن را وارد انگلستان کرد. او با کابل‌های زیردریایی آزمایش کرد و یک سیستم تلگراف چهارگانه ساخت که توسط آن یک سیم برای انجام کار چهار سیم ساخته می‌شد. این دو اختراع توسط جی گولد، مالک شرکت تلگراف آتلانتیک و پاسیفیک خریداری شد. گولد 30000 دلار برای سیستم چهارگانه پرداخت، اما از پرداخت هزینه تلگراف خودکار خودداری کرد. گولد وسترن یونیون، تنها رقیب او را خریده بود. ادیسون نوشت: “پس از آن او قرارداد خود را با اهالی تلگراف خودکار انکار کرد و آنها هرگز یک سنت برای سیم یا حق ثبت اختراع خود دریافت نکردند، و من سه سال کار بسیار سخت را از دست دادم. اما هرگز از او کینه ای نداشتم زیرا او زمانی که گولد وسترن یونیون را به دست آورد، می دانستم که هیچ پیشرفت دیگری در تلگراف امکان پذیر نیست، و تا زمانی که سهم من موفق بود، پول با من یک موضوع ثانویه بود.
در سال 1879، توماس ادیسون بر روی اختراع یک لامپ کاربردی تمرکز کرد، لامپی که قبل از سوختن برای مدت طولانی دوام می آورد. مشکل پیدا کردن یک ماده قوی برای رشته بود، سیم کوچک داخل لامپ که جریان الکتریکی را هدایت می کند. در نهایت ادیسون از نخ پنبه ای معمولی که در کربن آغشته شده بود استفاده کرد. این رشته اصلا نسوخت – رشته ای شد. یعنی درخشید.
چالش بعدی توسعه یک سیستم الکتریکی بود که بتواند منبع عملی انرژی را برای تامین انرژی این چراغ‌های جدید در اختیار مردم قرار دهد. ادیسون راهی می‌خواست که برق را هم کاربردی و هم ارزان کند. او اولین نیروگاه برق را طراحی و ساخت که قادر به تولید برق و انتقال آن به خانه های مردم بود.
نیروگاه ادیسون پرل استریت ژنراتور خود را در 4 سپتامبر 1882 در شهر نیویورک راه اندازی کرد. حدود 85 مشتری در منهتن پایین انرژی کافی برای روشن کردن 5000 لامپ دریافت کردند. با این حال مشتریان او هزینه زیادی برای برق خود پرداخت کردند. به دلار امروز، هزینه برق 5.00 دلار در هر کیلووات ساعت است! امروزه هزینه برق حدود 12.7 سنت در هر کیلووات ساعت برای مشترکین خانگی، حدود 11 سنت برای تجاری و حدود 7 سنت در هر کیلووات ساعت برای صنعت است.
چه کسی برق را اختراع کرد؟
سوال: AC یا DC؟
نقطه عطف عصر برق چند سال بعد با توسعه سیستم های قدرت AC (جریان متناوب) فرا رسید. نیکولا تسلا، دانشمند کروات، برای همکاری با توماس ادیسون به ایالات متحده آمد. پس از سقوط، تسلا میدان مغناطیسی دوار را کشف کرد و سیستم الکتریکی جریان متناوب را ایجاد کرد که امروزه بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. تسلا با مهندس و بازرگان جورج وستینگهاوس برای ثبت اختراع سیستم AC و ارائه نیرویی که می‌تواند مسافت‌های طولانی را طی کند در اختیار کشور قرار دهد – رقابتی مستقیم با سیستم DC توماس ادیسون. تسلا بعداً شرکت تسلا الکتریک را تشکیل داد، سیم پیچ تسلا را اختراع کرد، که امروزه هنوز در آزمایشگاه‌های علمی و فناوری رادیویی استفاده می‌شود، و سیستم مورد استفاده برای تولید برق در آبشار نیاگارا را طراحی کرد.
اکنون با استفاده از AC، نیروگاه ها می توانند برق را بسیار دورتر از قبل انتقال دهند. در حالی که نیروگاه DC (جریان مستقیم) ادیسون فقط می‌توانست برق را در یک مایل مربع از نیروگاه خیابان مروارید او انتقال دهد، نیروگاه آبشار نیاگارا قادر بود برق را بیش از 200 مایل منتقل کند!
برق شروع آسانی نداشت. در حالی که بسیاری از مردم از تمام اختراعات جدید هیجان زده بودند، برخی از مردم از برق می ترسیدند و از آوردن آن به خانه های خود محتاط بودند. آنها می ترسیدند که فرزندان خود را به این منبع جدید انرژی عجیب و غریب نزدیک کنند. بسیاری از منتقدان اجتماعی آن روز، الکتریسیته را پایانی برای زندگی ساده‌تر و کم‌هیجان‌تر می‌دانستند. شاعران اظهار داشتند که چراغ های برقی کمتر از چراغ های گازی رمانتیک هستند. شاید حق با آنها بود، اما عصر جدید برق را نمی توان کم رنگ کرد.
در سال 1920، حدود دو درصد از انرژی ایالات متحده برای تولید برق استفاده می شد. در سال 2017، با افزایش استفاده از فناوری‌هایی که با برق کار می‌کنند، این میزان تقریباً 40 درصد بود.