Politechnika łÓdzka

Rysunek 1.1 Ilustracja przedstawiająca starożytną baterię z Bagdadu.
Z upływem czasu odkryto nowy rodzaj energii – energię termodynamiczną. Upowszechnienie się tego rodzaju energii stało się możliwe za sprawą zbudowania i zastosowania maszyny parowej w XVIII wieku, oraz jej upowszechnienia się w XIX w. Wkrótce dzięki energii termodynamicznej nastąpiła nowa era, którą dziś nazywamy erą rewolucji przemysłowej.

Prace nad wykorzystaniem i zastosowaniem energii termodynamicznej znane były już w starożytności (Heron z Aleksandrii), jednak dopiero w okresie nazywanym „erą pary”, użytkowanie tej energii umożliwiało człowiekowi sterowanie jej przepływem (automatyka), oraz jej przekształcanie (początek energetyki). Nie do przecenienia było wykorzystywanie silnika parowego niezależnie od terenu, bowiem do czasu jego praktycznego upowszechnienia uzyskiwanie energii mechanicznej było uzależnione albo od miejsca geograficznego (wody rzek), albo od zwierząt pociągowych (pastwiska). Pod koniec XVIII w., angielski inżynier James Watt ulepszył silnik parowy wprowadzając sposób zamiany ruchu posuwisto–zwrotnego na ruch obrotowy, co umożliwiło wynalezienie i zastosowanie silnika parowego – głównej przyczyny rozwoju współczesnego przemysłu oraz transportu komunikacyjnego na Świecie.

Rozwój możliwości przekształcania różnych postaci energii umożliwił człowiekowi wytwarzanie coraz to nowych dóbr i wypracowywanie za ich pomocą nowych metod czy środków, oraz osiąganie kolejnych celów wyznaczanych przy ich udziale.

W drugiej połowie XIX w. zostały ze sobą wzajemnie powiązane fizyczne podstawy pola elektrycznego oraz pola magnetycznego. Jednak ich wzajemny związek poprzedzała długa droga prowadząca do wyjaśnienia, że to właśnie dzięki wzajemnym zjawiskom wywoływanym przez nie otrzymuje się dziś energię elektryczną.

Jeszcze w czasach prehistorycznych znane było zjawisko elektryzowania się obiektów w wyniku pocierania bursztynu za pomocą sukna. Zjawisko to wywarło wpływ na powstanie nowej dziedziny związanej z elektrycznością właśnie dzięki temu, że wyraz elektro² rozpoczyna pierwszy człon znaczeniowy związany z tą dziedziną.

W epoce oświecenia XVIII w, została skonstruowana maszyna elektrostatyczna, co umożliwiło zaobserwowanie pierwszych zjawisk związanych z występowaniem napięcia elektrycznego. Nieco później, bo z początkiem XIX w. angielski fizyk Michael Faraday odkrył indukcję elektromagnetyczną, która umożliwiała wytworzenie prądu elektrycznego za pomocą zmieniającego się pola magnetycznego.

Faraday, dzięki prowadzonym pracom zbudował jako pierwszy generator prądu stałego napędzany korbą. Mimo że na praktyczną i użytkową realizacje tego przedsięwzięcia trzeba było jeszcze poczekać, to jego odkrycie wytyczyło dalszy kierunek dla rozwoju nowej dziedziny przetwarzania i użytkowania energii za pomocą elektromechanicznych przetworników energii, nazywanych dziś maszynami elektrycznymi.

Chociaż samo zaobserwowanie zjawisk fizycznych nie posiadało wówczas jeszcze wartości użytkowych, to jednak późniejszy rozwój technologii prowadził do możliwości ich wykorzystania w procesie wytwarzania energii elektrycznej, gdyż wynikał z możliwości jej wytwarzania ze znanych w owym czasie źródeł, jak i przetwarzania przy użyciu wcześniej poznanych metod.

Pierwszym sposobem wytwarzania energii elektrycznej, było wykorzystanie energii chemicznej reakcji galwanicznych oraz wykorzystanie ruchu mechanicznego. Jednokierunkowy skutek działania reakcji chemicznych prowadzących do wytworzenia energii elektrycznej, był tak intuicyjny, jak rozumienie istoty obracania się koła młyńskiego w jednym kierunku, lub jak wnioski płynące z obserwacji wielu innych podobnych zjawisk. Pierwotnym zatem nośnikiem wytwarzanej mocy energii elektrycznej przeznaczonej do zasilania był prąd stały (oznaczany DC – ang. Direct current).

Wkrótce po wynalezieniu i zastosowaniu baterii galwanicznych, belgijski technik Zénobe Gramme wzorując się na pracach Faradaya skonstruował dynamomaszyną – pierwszą praktyczną konstrukcję umożliwiającą wytwarzanie energii oświetleniowej, przy zastosowaniu do niej napędu maszyny parowej. Gramme był również wynalazcą ważnego elementu elektrotechnicznego nazywanego komutatorem, oraz zauważył fakt odwracalności maszyn elektrycznych, czyli możliwość wykorzystania prądnicy jako silnika, a silnika – jako prądnicy (tzw. zastępczej pracy prądnicy i silnika). Na rys. 1.2.a przedstawiono szkic pierwszej dynamomaszyny Gramme’go, zaś na rys. b fotografię modelu muzealnego tej maszyny.