Krótki zarys historyczny rozwoju nauki o elektryczności

Krótki zarys historyczny rozwoju nauki o elektryczności
Elektrotechnika jako nauka rozwinęła się w XIX wieku; zwanym „wiekiem pary i
elektryczności". Niektóre zjawiska elektryczne, jak przyciąganie skrawków materiału,
kawałków słomy itp. przez potarty suknem bursztyn, były jednak znane już w starożytnej
Grecji.
Duże zainteresowanie budziły zjawiska elektryczne XVII i XVIII wieku; modne były
wówczas nawet pokazy tych zjawisk na dworach królów oraz na przyjęciach arystokratów i
zamożnych mieszczan.
Pierwsze badania magnetyzmu i elektryczności uzyskiwanej przez tarcie bursztynu i innych
ciał zainicjował około 1600 roku Anglik Wi1Iiam Gi1bert. W 1670 r, burmistrz Magdeburga
Otto von Guericke uzyskiwał elektryczność przez pocieranie kul siarki i zaobserwował
odpychanie się ciał naelektryzowanych. Badaniami elektrycznymi zajmował się również
burmistrz Gdańska, Danie1 Gra1at; zestawił on w 1747 r. butelki lejdejskie w baterię i był
również inicjatorem nałożenia folii metalowej na zewnętrzną część butelki lejdejskiej.
Uzyskane w ten sposób wysokie napięcie i dość znaczne ładunki nie były bezpieczne, o
czym dowodzi śmierć w 1750 r. norymberskiego matematyka i fizyka J.G. Doppe1mayera
na skutek porażenia elektrycznego.
W 1752 ' r. amerykański mąż stanu i badacz przyrody Beniamin Frank1in bada elektryczność
atmosferyczną i udowadnia, że piorun jest iskrą elektryczną; jest on też wynalazcą
piorunochronu.
W końcu XVIII wieku francuski fizyk Karo1 Cou1omb odkrywa pierwsze prawo ilościowe
w historii elektryczności i magnetyzmu nazwane jego nazwiskiem.
Obserwacje zjawisk elektrycznych, dokonywanych przez Luigi Ga1vaniego, właściwie
interpretuje włoski uczony A1eksandro Vo1ta
i buduje pierwszą baterię ogniw
galwanicznych w 1799 r. O wielkościach ówczesnych baterii ogniw galwanicznych świadczy
fakt, że Szkoła Politechniczna w Paryżu miała baterię o napięciu 500 V i prądzie około 10 A,
a uczony angielski Humphry Davy dysponował baterią złożoną z 2000 elementów, co
umożliwiło mu w 1809 r. uzyskanie łuku elektrycznego.
Przełomowym rokiem był 1820 'r., w którym Duńczyk Hans Christian Oersted odkrył
działanie prądu elektrycznego na magnes trwały, Francuzi Jean Arago i Louis Joseph GayLussac elektromagnetyzm, a Andre Ampere - zjawiska elektrodynamiczne; A.M. Ampere
zapoczątkował powstanie elektrodynamiki działu nauki zajmującego się ruchem i
oddziaływaniem ładunków elektrycznych, prądów elektrycznych oraz zjawisk
towarzyszących tym oddziaływaniom.
W 1827 r. Georg Ohm (niemiecki nauczyciel) sformułował prawo noszące jego imię; prawo
nie mniej ważne niż reguły A.M. Ampere'a i stanowiące do dzisiaj podstawę praktyki
inżynierskiej.
Anglik Michael Faraday, po odkryciu H. Oersteda, stworzył prototyp silnika elektrycznego i
przetworzył energię elektryczną w mechaniczną. M. Faraday przez długi okres czasu
prowadził badania, zanim w 1931 r. nie dokonał odkrycia indukcji eletkromagnetycznej,
odkrycia, które stało się początkiem współczesnej elektrotechniki i umożliwiło później
budowę prądnic, silników, transformatorów oraz wielu innych aparatów elektrycznych.
M. Faraday również sformułował podstawowe prawo elektrochemii, zwane prawem
Faradaya, wprowadził pojęcie pola elektrycznego i magnetycznego, stwierdził, że wszystkie
ciała (choć w różny sposób) podlegają działaniu pola magnetycznego oraz stwierdził
oddziaływanie pola magnetycznego na światło.
Należy tu jeszcze wspomnieć o H. Lenzu, pracującym w Petersburgu, który zajmował się
badaniem praw elektrodynamiki i indukcji elektromagnetycznej, przemianą elektryczności w
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
ciepło (prawo Joule'a Lenza) oraz stwierdził odwracalność pracy maszyn: prądnicy i silnika
elektrycznego.
Badania teoretyczne stały się podstawą do rozwoju techniki i ulepszania konstrukcji
urządzeń.
Łukowe oświetlenie elektryczne zaczęło wchodzić w życie w 1856 r., po skonstruowaniu
odpowiednich prądnic (rys. 1.1). Lampy łukowe stosowano w latarniach morskich i do
oświetlenia placów. Szerokie rozpowszechnienie oświetlenia elektrycznego nastąpiło po
skonstruowaniu żarówki przez Thomasa Alva Edisona w 1879 r.
Pierwszy napęd elektryczny zastosował M. Jacobi w Petersburgu w 1838 r. do napędu łodzi.
Wynalazek nie przyjął się; był on przedwczesny. Rozwój budowy maszyn elektrycznych,
odkrycie około 1860 r. zasady samowzbudzenia, udane konstrukcje prądnic i silników
Francuza T. Gramme'a i innych umożliwiły w 1881 r. budowę w Berlinie pierwszej linii
tramwaju elektrycznego.
Pierwsze udane próby przesyłania energii elektrycznej na większe odległości zostały
przeprowadzone przez Oskara von Mu11era
z inicjatywy Marce1a Deprez podczas Wystawy Elektrotechnicznej w Monachium w 1882 r.
Wykorzystując druty telegraficzne przesłano na odległość 57 km energię elektryczną o mocy
ok. 1,1 kW i napięciu ok. 1500 V; sprawność była jednak niewielka.
Zasadnicze zmiany . w tej dziedzinie przyniosły badania Michała Do1iwo - Dobrowo1skiego
w latach 1889-1890 i opracowanie konstrukcji
prądnicy trójfazowej, obwodów prądu trójfazowego
i
silników
trójfazowych
indukcyjnych
(asynchronicznych) klatkowych oraz zastosowanie
transformatorów. W 1891 r. oddano do użytku
pierwszą napowietrzną linię przesyłową łączącą
elektrownię wodną w Lauffen z Frankfurtem nad
Menem. Linia miała 175 km długości i przenosiła
moc ok. 220 kW przy napięciu 8,5 kV i sprawności
75%. Dobre wyniki eksploatacyjne tej linii
przyczyniły się w dużej mierze do rozpowszechnienia prądu trójfazowego.
Zastosowanie prądu elektrycznego do celów
łączności rozpoczęło się na początku XIX wieku.
Udany typ aparatu telegraficznego skonstruował
Amerykanin Samue1 Morse i pierwsza linia oparta
na jego konstrukcji uruchomiona została w 1884 r.
W 1855 r. Amerykanin David Edward Hughes
skonstruował pierwszy dalekopis (aparat telegraficzny drukujący litery).
Konstrukcją telefonu zajmowało się kilka osób. Amerykanin A.G. Be11 opatentował w 1876
r, swój wynalazek i mimo późniejszych procesów o pierwszeństwo należy stwierdzić, że
tylko dzięki niemu doszło do powszechnego stosowania telefonów. W 1889 r. Amerykanin
A. Strowger opatentował wybierak telefoniczny będący podstawową częścią automatycznych
central telefonicznych.
W 1867 r. Anglik James C1erk Maxwe11 ogłosił swoje słynne równanie udowadniające
istnienie fal elektromagnetycznych i wykazał, że światło jest jednym z rodzajów tych fal.
Istnienie fal elektromagnetycznych
wywołujących zjawiska elektryczne udowodnił
doświadczalnie Niemiec Heinrich Hertz w 1887 r. Badaniami tych fal zajmowało się wielu
uczonych, m.in. w Petersburgu Rosjanin A1eksander S. Popow. który w 1895 r. przekazał za
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
pośrednictwem fal elektromagnetycznych (radiowych) znaki alfabetem Morse'a oraz w
Nowym Jorku Chorwat Nicola Tesla.
Tym jednak, który zbudował udany odbiornik i nadajnik radiotelegraficzny i stale ulepszał
urządzenia służące do łączności radiotelegraficznej, był Włoch Gug1ie1mo Marconi.
Podstawą radiofonii i radiotelegrafii stały się później lampy elektronowe, a szczególnie
lampy z siatką sterującą (triody itp.), skonstruowane przez Amerykanina Leede Forest w
1906 r. Podstawą telewizji są lampy katodowe, których pierwowzorem były lampy do
oscylografów, skonstruowane przez Niemca F. Brauna w 1897 r.
Ostatnio duże znaczenie przypisuje się zastosowaniu i dalszemu badaniu własności
półprzewodników. Zainteresowanie półprzewodnikami pojawiło się w 50-tych latach naszego
stulecia. Wyniki tych badań znalazły już zastosowanie w radiotechnice i w energetyce. Tak
jak w XIX wieku elektrotechnika wyodrębniła się z fizyki w odrębną dziedzinę nauki, tak
obecnie z elektrotechniki wyodrębniła się nowa gałąź nauki - elektronika zajmująca się
lampami elektronowymi, półprzewodnikami, elementami umożliwiającymi bezpośrednie
sterowanie strumienia elektronów i ich zastosowaniem w łączności, automatyce i wielu
innych dziedzinach techniki.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com