Αν και είναι δυνατό να εντοπιστεί η ιστορία της αξιοποίησης της ηλεκτρικής ενέργειας και να εντοπιστούν οι υπεύθυνοι για διάφορες ανακαλύψεις στην πορεία, είναι δύσκολο να βάλουμε ένα όνομα στο άτομο που ανακάλυψε για πρώτη φορά την ηλεκτρική ενέργεια. Πολύ νωρίς στην ανθρώπινη ιστορία, οι άνθρωποι θα είχαν δει κεραυνούς, μια προφανή φυσική εκδήλωση, αλλά δεν θα μπορούσαν να το εξηγήσουν. Η γνωστή ιστορία του ηλεκτρισμού χρονολογείται τουλάχιστον από το 620-550 π.Χ., όταν, στην αρχαία Ελλάδα, διαπιστώθηκε ότι το τρίψιμο της γούνας στο κεχριμπάρι προκαλούσε έλξη μεταξύ των δύο. Αυτή η ανακάλυψη πιστώνεται στον φιλόσοφο Θαλή της Μιλήτου. Έπρεπε να περάσουν πολλοί αιώνες μέχρι να μπορέσει κάποιος να συνδέσει αυτό το φαινόμενο με τον κεραυνό, και ένας αιώνας ακόμη προτού τα ηλεκτρικά ρεύματα χρησιμοποιηθούν στην πράξη.
Πρώιμα πειράματα
Μέχρι τον 17ο αιώνα, είχαν γίνει πολλές ανακαλύψεις που σχετίζονται με τον ηλεκτρισμό, όπως η εφεύρεση μιας πρώιμης ηλεκτροστατικής γεννήτριας, η διαφοροποίηση μεταξύ θετικών και αρνητικών φορτίων και η ταξινόμηση των υλικών ως αγωγών ή μονωτών. Το έτος 1600, ο Άγγλος γιατρός William Gilbert έκανε για πρώτη φορά τη σύνδεση μεταξύ της έλξης αντίθετα φορτισμένων αντικειμένων και του μαγνητισμού. Επινόησε τον όρο ηλεκτρικό, από το ελληνικό elektron – που σημαίνει κεχριμπάρι – για να προσδιορίσει τη δύναμη που ασκούν ορισμένες ουσίες όταν τρίβονται μεταξύ τους.
Benjamin Franklin
Ο Benjamin Franklin είναι ίσως το όνομα που σχετίζεται περισσότερο με την ηλεκτρική ενέργεια. Το 1750, προσπάθησε να αποδείξει ότι ο κεραυνός προκλήθηκε από τον ηλεκτρισμό, περιγράφοντας ένα πείραμα στο οποίο ένας ηλεκτρικός αγωγός θα χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή ενέργειας από ένα κεραυνό. Φαίνεται ότι πριν προλάβει να το κάνει αυτό, ένας Γάλλος πειραματιστής ονόματι Thomas-Francois Dalibard, ο οποίος είχε διαβάσει τα γραπτά του Fraklin σχετικά με το θέμα, απέκτησε επιτυχώς ηλεκτρική εκκένωση από ένα βροντερό σύννεφο χρησιμοποιώντας έναν μεταλλικό στύλο 40 ποδιών (12.2 μέτρων) τον Μάιο. 1752. Ο Franklin πιστώνεται ότι πραγματοποίησε ένα παρόμοιο πείραμα τον Ιούνιο του ίδιου έτους, στο οποίο πέταξε έναν χαρταετό με ένα μεταλλικό κλειδί συνδεδεμένο σε αυτό σε ένα κατάλληλο σύννεφο. Οι ακριβείς ιστορικές λεπτομέρειες είναι ασαφείς, αλλά μπορεί στη συνέχεια να έχει ανακτήσει το κλειδί και να έχει εκφορτίσει ηλεκτρική ενέργεια από αυτό.
Αν και δεν είναι σαφές ακριβώς πότε, πώς ή ακόμα και αν ο Φράνκλιν πραγματοποίησε το πείραμά του με αστραπή, δικαίως πιστώνεται η ιδέα πίσω από αυτό. Αφού επιβεβαιώθηκε η σχέση μεταξύ φωτισμού και ηλεκτρικής ενέργειας, συνέχισε να εφεύρει το αλεξικέραυνο, έναν μεταλλικό στύλο που μεταφέρει με ασφάλεια την ηλεκτρική ενέργεια μακριά από ένα κτίριο κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας. Ο Φράνκλιν παρατήρησε και κατέγραψε άλλα ηλεκτρικά φαινόμενα, αλλά αφέθηκε σε άλλους να προσδιορίσουν την πραγματική φύση του ηλεκτρισμού και να αξιοποιήσουν τη δύναμή του.
Galvani, Volta και η εφεύρεση της μπαταρίας
Οι Ιταλοί επιστήμονες Luigi Galvani και Alessandro Volta έπαιξαν και οι δύο ρόλο στην ανάπτυξη της πρώτης μπαταρίας στα τέλη του 18ου και στις αρχές του 19ου αιώνα. Το 1780, ο Galvani ανακάλυψε αυτό που ονόμασε «ζωικό ηλεκτρισμό» όταν ανακάλυψε ότι το πόδι ενός βατράχου θα συστέλλονταν εάν συνδεόταν με δύο διαφορετικά μέταλλα. Ο Βόλτα έδειξε αργότερα ότι το “ζωικό” μέρος ήταν περιττό και ότι ζεύγη διαφορετικών μετάλλων, όπως ο ψευδάργυρος και ο χαλκός, θα μπορούσαν να παράγουν ρεύμα εάν βυθιστούν σε έναν ηλεκτρολύτη, όπως το αλμυρό νερό. Αυτή η συσκευή είναι γνωστή ως γαλβανική κυψέλη.
Ο Volta συνέχισε δημιουργώντας έναν «βολταϊκό σωρό» που αποτελείται από εναλλακτικά στρώματα χαλκού και ψευδαργύρου που χωρίζονται από χαρτί εμποτισμένο σε αλμυρό νερό. Αυτό δημιούργησε μεγαλύτερο ρεύμα και πιστώνεται ως η πρώτη μπαταρία. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν επειδή ο ψευδάργυρος έχει μεγαλύτερη τάση να χάνει ηλεκτρόνια από τον χαλκό, έτσι ώστε όταν συνδέονται με έναν ηλεκτρολύτη, τα ηλεκτρόνια θα ρέουν από το ένα στο άλλο, σχηματίζοντας ένα γαλβανικό στοιχείο. Μια σειρά γαλβανικών στοιχείων που συνδέονται μεταξύ τους, όπως σε ένα βολταϊκό σωρό, συνθέτουν μια μπαταρία.
Έχει διατυπωθεί η θεωρία ότι ένα τεχνούργημα που ανακαλύφθηκε στο Ιράκ, και πιστεύεται ότι χρονολογείται κάπου μεταξύ 224 και 640 CE, μπορεί να ήταν ένας τύπος μπαταρίας. Αποτελούνταν από μικρό δοχείο από τερακότα που περιείχε έναν χάλκινο σωλήνα που περιέβαλλε μια σιδερένια ράβδο. Εάν γεμίσει με έναν ηλεκτρολύτη, όπως ο χυμός σταφυλιού, μπορεί να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Οι περισσότεροι επιστήμονες, ωστόσο, πιστεύουν ότι τα δοχεία χρησιμοποιήθηκαν για την αποθήκευση κυλίνδρων και ότι η ικανότητά τους να παράγουν ρεύμα είναι καθαρά συμπτωματική.
Μιχάλης Φαραντέι
Το 1831, ο Άγγλος επιστήμονας Michael Faraday ανακάλυψε ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα μπορούσε να προκληθεί σε ένα χάλκινο σύρμα από ένα κινούμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτό οδήγησε σε δύο κρίσιμες εφευρέσεις: το δυναμό και τον ηλεκτροκινητήρα. Ένα δυναμό παράγει ηλεκτρικό ρεύμα με τη σχετική κίνηση πηνίων χάλκινου σύρματος και μαγνητών και είναι η κύρια μέθοδος που χρησιμοποιείται σήμερα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για οικιακή και βιομηχανική χρήση. Ο ηλεκτροκινητήρας εκμεταλλεύεται την ίδια αρχή: ένα ρεύμα που ρέει σε ένα μαγνητικό πεδίο παράγει κίνηση.
Τόμας Έντισον και Νίκολα Τέσλα
Μετά την εφεύρεση το 1860 του ηλεκτρικού λαμπτήρα από τον Βρετανό φυσικό Τζόζεφ Σουάν, ο Αμερικανός εφευρέτης Τόμας Έντισον είχε την ιδέα, στα τέλη του 1800, να μεταδίδει ηλεκτρική ενέργεια μέσω καλωδίων σε κάθε σπίτι για να παρέχει φωτισμό. Ο Edison σχεδίαζε να χρησιμοποιήσει το συνεχές ρεύμα (DC) που παράγεται από τις γεννήτριες που ήταν διαθέσιμες εκείνη την εποχή. Αυτό, ωστόσο, θα σήμαινε την τοποθέτηση γεννητριών σε συχνά διαστήματα, καθώς χάνονταν πολλή ενέργεια από την αντίσταση των καλωδίων.
Ο Nicola Tesla, ένας Σέρβος μηχανικός και εφευρέτης που εργάστηκε με τον Edison για ένα διάστημα, ανέπτυξε ένα νέο είδος γεννήτριας που παρήγαγε ένα ρεύμα που άλλαζε κατεύθυνση πολλές φορές το δευτερόλεπτο, γνωστό ως εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Αυτό είχε το πλεονέκτημα ότι η τάση και το ρεύμα μπορούσαν να μεταβληθούν χρησιμοποιώντας έναν μετασχηματιστή. Η απώλεια ισχύος θα μπορούσε να ελαχιστοποιηθεί με τη μετάδοση της ηλεκτρικής ενέργειας σε χαμηλό ρεύμα και υψηλή τάση, στη συνέχεια μειώνοντας την τάση και αυξάνοντας το ρεύμα για οικιακή χρήση. Παρά τη σφοδρή αντίθεση από τον Έντισον, το AC υιοθετήθηκε και αυτό είναι το είδος του ρεύματος που χρησιμοποιείται στα σπίτια σήμερα.