ממציאים מוקדמים וחדשני חשמל

תולדות החשמל מתחילות בוויליאם גילברט (1544-1603), רופא ומדען טבע ששירת את המלכה אליזבת הראשונה מאנגליה. לפני גילברט, כל מה שהיה ידוע על חשמל ומגנטיות היה כי אבן שקע (מגנטיט) היו בעלי תכונות מגנטיות וששפשוף ענבר וסילון ימשוך חתיכות מחומרים שונים כדי להתחיל להידבק.

בשנת 1600 פרסם גילברט את המאמרה שלו "De magnete, Magneticisique Corporibus" (על המגנט). הספר נדפס בלטינית מלומדת והסביר שנים ממחקריו של גילברט וניסוייו בתחום החשמל והמגנטיות. גילברט העלה מאוד את העניין במדע החדש. גילברט הוא שטבע את הביטוי "אלקטריקה" בספרו המפורסם.

בהשראת וחינוך מאת גילברט, ממציאים אירופאים אחדים, בהם אוטו פון גריקקה (1602–1686) גרמניה, צ'רלס פרנסואה דו פיי (1698–1739) מצרפת, וסטיבן גריי (1666–1736) מאנגליה הרחיבו את ידע.

אוטו פון גריקקה היה הראשון שהוכיח שיכול היה להתקיים ואקום. יצירת ואקום הייתה חיונית לכל מיני סוגים של מחקר נוסף בנושא אלקטרוניקה. בשנת 1660 המציא פון גריקקה את המכונה שייצרה חשמל סטטי; זה היה הגנרטור החשמלי הראשון.

בשנת 1729 גילה סטיבן גריי את עקרון הולכת החשמל ובשנת 1733 צ'רלס פרנסואה דו פיי גילה שחשמל מגיע בשתי צורות שאותן כינה שרף (-) וזגוגית (+), שכונה כיום שלילי ו חיובי.

צנצנת ליידן הייתה הקבל המקורי, מכשיר המאחסן ומשחרר מטען חשמלי. (באותה תקופה החשמל נחשב לנוזל או הכוח המסתורי.) צנצנת ליידן הומצאה בשנת 1745 כמעט במקביל בהולנד מאת האקדמאי פיטר ואן מוסשנברוק (1692–1761) בשנת 1745 ובגרמניה על ידי הכמורה והמדען הגרמני אוואלד כריסטיאן פון קלייסט (1715–1759). כאשר פון קלייסט נגע לראשונה בצנצנת ליידן שלו הוא קיבל הלם עוצמתי שהפיל אותו לרצפה.

צנצנת ליידן נקראה על שם עיר הולדתו של מוסנברוק והאוניברסיטה ליידן, על ידי המדען ואיש הדת הצרפתי ז'אן-אנטואן נולט (1700–1770). הצנצנת נקראה גם הצנצנת הקלייסטית על שם פון קלייסט, אך שם זה לא נדבק.

האב המייסד בארה"ב של בן פרנקלין (1705–1790) התגלית החשובה הייתה שחשמל וברק הם זהים. מוט הברק של פרנקלין היה היישום המעשי הראשון של חשמל. הפילוסוף האטורי הנרי קוונדיש מאנגליה, קולומב מצרפת, ו לואיג'י גלווני מאיטליה תרמו תרומות מדעיות למציאת שימושים מעשיים בחשמל.

בשנת 1747 החל הפילוסוף הבריטי הנרי קוונדיש (1731-1810) למדוד את המוליכות (היכולת לשאת זרם חשמלי) של חומרים שונים ופרסם את תוצאותיו. המהנדס הצבאי הצרפתי צ'ארלס-אוגוסטין דה קולומב (1736–1806) גילה בשנת 1779 את מה שכונה לימים "חוק קולומב", שתיאר את הכוח האלקטרוסטטי של משיכה ודחייה. ובשנת 1786 הדגים הרופא האיטלקי לואיג'י גלווני (1737–1798) את מה שאנו מבינים כיום כבסיס החשמלי של דחפים עצביים. גלווני יצר מפורסם שרירי צפרדע כשהוא מטלטל אותם עם ניצוץ ממכונה אלקטרוסטטית.

בעקבות עבודתם של קוונדיש וגלווני הגיעה קבוצה של מדענים וממציאים חשובים, כולל אלסנדרו וולטה (1745–1827) מאיטליה, הפיזיקאי הדני הנס כריסטיאן ארסטד (1777–1851), פיזיקאי צרפתי אנדרה-מארי אמפר (1775–1836), ג'ורג 'אוהם (1789–1854) מגרמניה, מייקל פאראדיי (1791–1867) מאנגליה, וג'וזף הנרי (1797–1878) מארה"ב.

ג'וזף הנרי היה חוקר בתחום החשמל שעבודתו היוותה השראה לממציאים רבים. התגלית הראשונה של הנרי הייתה כי ניתן לחזק את כוחו של מגנט בצורה עצומה על ידי סלילתו בחוט מבודד. הוא היה האדם הראשון שיצר מגנט שיכול היה להרים 3,500 פאונד ממשקלו. הנרי הראה את ההבדל בין מגנטים "כמות" המורכבים מאורכים קצרים של חוט המחוברים במקביל ונרגשים על ידי כמה תאים גדולים ומגנטים "עוצמתיים" מתפתלים עם חוט ארוך אחד ונרגשים מסוללה המורכבת מתאים בסדרה. זו הייתה תגלית מקורית, שהגדילה מאוד את התועלת המיידית של המגנט ואת האפשרויות שלו לניסויים עתידיים.

מייקל פאראדיי, ויליאם סטרג'ון (1783-1850), וממציאים אחרים מיהרו להכיר בערך תגליותיו של הנרי. סטורג'ון אמר בנדיבות, "לפרופסור ג'וזף הנרי אפשר לייצר כוח מגנטי שמאפיל לחלוטין את כל האחרים ב- תווים שלמים של מגנטיות, ואין שום מקבילה להימצא מאז ההשעיה המופלאה של מתחזה המזרח המהולל בברזל שלו ארון קבורה."

הביטוי הנפוץ הזה הוא התייחסות לסיפור עלום שעליו מדענים אירופאים מתלהמים אודות מוחמד (571–632 לספירה), מייסד האיסלאם. הסיפור הזה כלל לא עסק במוחמד, אלא בסיפור שסיפרה פליניוס הזקן (23–70 לספירה) על ארון קבורה באלכסנדריה, מצרים. לפי פליניוס, מקדש סרפיס באלכסנדריה נבנה באבני לוד חזקות, כה עוצמתיות כי ארון הברזל של אחותה הצעירה של קליאופטרה ארסינאו הרביעי (68-41 לפני הספירה) הושעה ב אוויר.

ג'וזף הנרי גילה גם את תופעות ההשראה העצמית וההשראה ההדדית. בניסוי שלו, זרם שנשלח דרך חוט בסיפור השני של הבניין גרם לזרמים דרך חוט דומה במרתף שתי קומות מתחת.

הטלגרף היה המצאה מוקדמת שהעבירה מסרים מרחוק מעל חוט באמצעות חשמל שהוחלף אחר כך בטלפון. המילה טלגרפיה באה מהמילים היווניות tele שמשמעותה רחוקה וגרפו שמשמעותה כתיבה.

הניסיונות הראשונים להעביר איתותים באמצעות חשמל (טלגרף) נעשו פעמים רבות לפני שהנרי התעניין בבעיה. ויליאם שטרג'ון המצאת האלקטרומגנט עודדה את החוקרים באנגליה להתנסות באלקטרומגנט. הניסויים כשלו ורק הניבו זרם שנחלש לאחר כמה מאות מטרים.

עם זאת, הנרי מתח כקילומטר של חוט דק והניח "עוצמה" סוללה בקצה האחד, וגרם למחזור להכות פעמון בקצה השני. בניסוי זה גילה ג'וזף הנרי את המכניקה החיונית העומדת מאחורי טלגרף חשמלי.

תגלית זו התגלתה בשנת 1831, שנה שלמה לפני שממואל מורס (1791-1872) המציא את הטלגרף. אין מחלוקת מי המציא את מכונת הטלגרף הראשונה. זה היה ההישג של מורס, אבל התגלית שהניעה את מורס להמציא את הטלגרף הייתה ההישג של ג'וזף הנרי.

במילותיו של הנרי עצמו: "זו הייתה התגלית הראשונה לכך שניתן היה להעביר זרם גלווני למרחק רב עם הפחתת כוח כה קטנה עד לייצור השפעות מכניות, והאמצעים שבהם יכול להיות ההולכה השיג. ראיתי שהטלגרף החשמלי מעשי כעת. לא זכרתי שום סוג מסוים של טלגרף, אלא התייחסתי רק לעובדה הכללית שכעת הוכח כי זרם גלווני יכול להיות מועבר למרחקים גדולים, עם מספיק כוח לייצר אפקטים מכניים המתאימים לרצוי חפץ. "

בהמשך פנה הנרי לעיצוב מנוע מגנטי והצליח להפעיל מנוע מוט הדדי אותו הוא התקין את מחליף העמודים האוטומטי הראשון, או הקומטטור, ששימש אי פעם עם סוללה חשמלית. הוא לא הצליח לייצר תנועה סיבובית ישירה. הבר שלו נדנד כמו קרן ההליכה של סירת קיטור.

תומאס דבנפורט (1802–1851), נפח מברנדון, ורמונט, בנה מכונית חשמלית ראויה לכביש בשנת 1835. 12 שנים אחר כך הציג מהנדס החשמל האמריקני מוזס פארמר (1820–1893) קטר מונע חשמלי. בשנת 1851 נהג ממציא מסצ'וסטס צ'ארלס גרפטון פייג '(1712-1868) מכונית חשמלית על המסילה של רכבת בולטימור ואוהיו, מוושינגטון לבלדנסבורג, בקצב של תשעה עשר מיילים שעה.

עם זאת, עלות הסוללות הייתה גדולה מדי באותה עת והשימוש במנוע החשמלי בהובלה עדיין לא היה פרקטי.

העיקרון שמאחורי הדינמו או הגנרטור החשמלי התגלה על ידי מייקל פאראדיי וג'וזף הנרי, אך תהליך התפתחותו לגנרטור כוח מעשי נצרך שנים רבות. ללא דינמו לייצור הכוח, התפתחות המנוע החשמלי נעשתה ללא הפסקה חשמל לא יכול להיות בשימוש נרחב להובלה, ייצור או תאורה כמו שהוא משמש אליו היום.

אור הקשת כמכשיר תאורה מעשי הומצא בשנת 1878 על ידי מהנדס אוהיו צ'ארלס ברוש ​​(1849–1929). אחרים תקפו את בעיית התאורה החשמלית, אך חוסר בפחמימות מתאימות עמד בדרך להצלחתם. מברשת הפכה כמה מנורות בסדרה מדנמו אחת. אורות המברשת הראשונים שימשו לתאורת רחוב בקליבלנד, אוהיו.

ממציאים אחרים שיפרו את אור הקשת, אך היו חסרונות. לתאורה חיצונית ולאולמות גדולים אורות קשת עבדו טוב, אך לא ניתן היה להשתמש באורות קשת בחדרים קטנים. חוץ מזה, הם היו בסדרות, כלומר הזרם עבר בכל מנורה בתורו, ותאונה לאחת השליכה את כל הסדרה מפעולה. את כל הבעיה של תאורה פנימית היה אמור להיפתר על ידי אחד הממציאים המפורסמים באמריקה: תומאס אלווה אדיסון (1847–1931).

הראשון של אדיסון המצאות רב-רוחביות עם חשמל היה מקליט הצבעות אוטומטי, עבורו קיבל פטנט בשנת 1868, אך לא הצליח לעורר עניין במכשיר. ואז המציא א טיקר מניות, והתחיל שירות מתקתקים בבוסטון עם 30 או 40 מנויים ופעל מחדר מעל בורסת הזהב. מכונה זו אדיסון ניסה למכור בניו יורק, אך הוא חזר לבוסטון מבלי שהצליח. לאחר מכן המציא טלגרף דופלקס שבאמצעותו ניתן לשלוח שתי הודעות במקביל, אך במבחן, המכונה נכשלה בגלל טיפשותו של העוזר.

בשנת 1869 היה אדיסון במקום כשהטלגרף נכשל בחברת אינדיקטור הזהב, חשש שמספק את מנועי הבורסה למחירי הבורסה. זה הוביל למינויו כמפקח, אולם כששינוי בבעלותו של החברה השליך אותו מהתפקיד שהוא התגבש, עם פרנקלין ל. האפיפיור, השותפות של האפיפיור, אדיסון וחברה, חברת המהנדסים החשמלית הראשונה בארצות הברית.

זמן לא רב אחר כך תומאס אדיסון שיחרר את ההמצאה שהחלה אותו בדרך להצלחה. זה היה מתקן המניות המשופר, וחברת הזהב והמלאי טלגרף שילמה לו 40,000 דולר עבורו. תומאס אדיסון הקים מיד חנות בניוארק. הוא שיפר את מערכת הטלגרפיה האוטומטית שהייתה בשימוש באותה תקופה והכניס אותה לאנגליה. הוא עשה ניסויים בכבלי צוללת ועיבד מערכת של טלגרף מרובע-דרכים שבאמצעותו נוצר חוט אחד שיעשה את עבודתם של ארבעה.

שתי ההמצאות הללו נקנו על ידי ג'יי גולד, הבעלים של חברת הטלגרף האטלנטית והפסיפיק. גולד שילם 30,000 דולר עבור מערכת ה- Quadruplex אך סירב לשלם עבור הטלגרף האוטומטי. גולד קנה את ווסטרן יוניון, התחרות היחידה שלו. "כשגולד השיג את האיחוד המערבי," אמר אדיסון, "לא ידעתי שתתקדם התקדמות נוספת בטלגרפיה ונכנסתי לקווים אחרים."

אדיסון חידש את עבודתו בחברת הטלוויזיה של ווסטרן יוניון, שם המציא משדר פחמן ומכר אותה לאיחוד המערבי תמורת 100,000 דולר. על סמך זאת הקים אדיסון מעבדות ומפעלים בפארק מנלו, ניו ג'רזי, בשנת 1876, וזה שם הוא המציא את פונוגרףפטנט בשנת 1878 והחל בסדרת ניסויים שהניבו את מנורת ליבון שלו.

תומאס אדיסון היה מוקדש לייצור מנורה חשמלית לשימוש מקורה. המחקר הראשון שלו היה על נימה עמידה אשר תישרף בוואקום. לסדרת ניסויים עם חוט פלטינה ומתכות עקשן שונות היו תוצאות לא מספקות, כמו גם חומרים רבים אחרים, כולל שיער אנושי. אדיסון הגיע למסקנה כי פחמן מסוג כלשהו הוא הפיתרון ולא מתכת - הממציא האנגלי ג'וזף סוואן (1828–1914) הגיע לאותה מסקנה בשנת 1850.

באוקטובר 1879, לאחר ארבעה-עשר חודשי עבודה קשה והוצאות של 40,000 $, נבדק חוט כותנה מוגז אטום באחד מעולמותיו של אדיסון ונמשך ארבעים שעות. "אם זה יישרף ארבעים שעות עכשיו," אמר אדיסון, "אני יודע שאני יכול לגרום לזה לשרוף מאה." וכך עשה. היה צורך בחוט נימה טוב יותר. אדיסון מצא את זה ברצועות במבוק מוגזות.

אדיסון פיתח גם סוג משלו דינמו, הגדול ביותר שאי פעם נוצר עד אז. יחד עם מנורות הליבון של אדיסון, זה היה אחד מפלאי התערוכה החשמלית בפריז משנת 1881.

לאחר זמן קצר התקנה באירופה ובאמריקה של מפעלים לשירותי חשמל. התחנה המרכזית הגדולה הראשונה של אדיסון, המספקת כוח לשלושת אלפים מנורות, הוקמה ב- Holborn Viaduct, לונדון, בשנת 1882, ובספטמבר של אותה שנה הוכנס לתחנת רחוב פרל בעיר ניו יורק, התחנה המרכזית הראשונה באמריקה מבצע.

• ביוכמפ, קנת ג. "היסטוריה של הטלגרפיה." Stevenage UK: המכון להנדסה וטכנולוגיה, 2001.
• Brittain, J.E. "מפנה נקודות בהיסטוריה של חשמל אמריקני." ניו יורק: מכון להנדסאי חשמל ואלקטרוניקה, 1977.
• קליין, מאורי. "מקבלי הכוח: קיטור, חשמל וגברים שהמציאו את אמריקה המודרנית." ניו יורק: Bloomsbury Press, 2008.
• שקטמן, ג'ונתן. "ניסויים מדעיים פורצי דרך, המצאות וגילויים של המאה ה -18." גרינווד העיתונות, 2003.