Politechnika łÓdzka

Rysunek 1.4 Rycina przedstawiająca opis eksperymentu sir Humphreya Davy.
W roku 1845r niemiecki fizyk Gustav Robert Kirchhoff sformułował dwa ważne prawa fizyczne, które wraz z prawem Ohma stanowią podstawę analizy obwodu elektrycznego. Pierwsze z nich dotyczyło przepływu prądu w obwodzie, drugie występującym spadkom napięcia w obwodzie elektrycznym. Sens obu praw jest równoważny prawu zachowania energii w fizyce, oczywiście w odniesieniu odpowiednio do elementów obwodu elektrycznego.

Dzięki technologicznemu rozwojowi możliwości wytwarzania materiałów przewodzących, zastosowaniom baterii, możliwości wytwarzania energii prądu stałego za pomocą maszyn elektrycznych jak i skalowalności parametrów obwodu elektrycznego przy zastosowaniu poznanych metod pomiarowych nastąpił ogromny wzrost dóbr konsumpcyjnych. Również w związku z tym nastąpił wzrost potrzeb konsumpcyjnych związanych z wykorzystaniem energii elektrycznej. Stało się oczywiste, że energia uzyskiwana w ten sposób umożliwia znacznie szersze jej wykorzystanie niż pierwotnie sądzono – tj. przekształcanie na inne postacie energii oraz wykonywanie użytecznej pracy. Nie bez znaczenia był tu również wprowadzony nowy, bardzo wygodny transport energii elektrycznej za pomocą przewodów elektrycznych w porównaniu do wcześniej stosowanej jedynej metody przenoszenia energii mechanicznej – za pomocą wału mechanicznego.

Opracowywane jak na tamte czasy nowe technologie sprzyjały powstawaniu i odkrywaniu coraz to nowych źródeł energii elektrycznej, w tym sposobów jej bardziej efektywnego wytwarzania. W drugiej połowie XIX w., francuski chemik George Leclanché opracował ogniwo, w którym energia elektryczna uzyskiwana była kosztem zamiany metalicznego cynku na prąd elektryczny. Prowadzi to nas do wniosku, że energia elektryczna zawsze powstaje kosztem czegoś, nie można jej z niczego wytworzyć, ani jej zniszczyć.

Również w drugiej połowie XIX w. rosyjski inżynier Paweł Jabłoczkow, opracował pierwsze praktycznie wykorzystywane źródło światła – nazywane „Świecą Jabłoczkowa”, które było lampą łukową. Świece Jabłoczkowa były dumą carskiej Rosji, początkowo stosowane do oświetlania ulic i były wykorzystywane również w teatrach. Jednak Lampa łukowa miała ograniczony czas swojej pracy (wypalone palniki łukowe trzeba było wymieniać na nowe co 1,5h), jak lampa ta musiała pracować przy odpowiednio wysokim napięciu, które jako czynnik ryzyka wcześniej nieznany – był przyczyną pierwszych tragedii i wypadków porażenia prądem elektrycznym.

Pod koniec XIX w. powstawały również pierwsze masowo wykorzystywane odbiorniki energii do celów konsumpcyjnych. Prócz oświetlenia, rozwijały się inne gałęzie zastosowania stałego prądu elektrycznego. Znany już był telegraf elektromagnetyczny angielskiego inżyniera sir Charlesa Wheatstone’a, a wzorujący się na jego opracowaniach szkocki logopeda Aleksander Graham Bell opracował i opatentował mikrofon oraz głośnik. Wkrótce po tym wynaleziony został telefon. Wynalazki te doprowadziły do położenia na dnie oceanu pierwszego transatlantyckiego kabla telekomunikacyjnego, którego zastosowanie do przesyłania wiadomości było już nie do przecenienia. Pod koniec lat 70-tych XIX w., na wystawie w Berlinie została zaprezentowana pierwsza na świecie kolejka elektryczna zbudowana przez firmę Siemens-Halski, która zapoczątkowała nową dziedzinę zastosowania wytwarzanej mocy elektrycznej w komunikacji lądowej – nazywaną trakcją elektryczną.

Równocześnie wraz z rozwojem wytwarzania źródeł energii elektrycznej jak i czerpania z niej pożytku, trwały intensywne opracowania innych ważnych zagadnień związanych z energią elektryczną. Wytworzenie wysokiego napięcia przyczyniło się do zaobserwowania ubocznych zjawisk takich jak przebicie łukowe, co było przyczyną szerokiego rozwoju dziedziny materiałów elektroizolacyjnych. Do produkcji tych materiałów początkowo stosowano materiały pochodzenia naturalnego, jak i mineralnego (np. mika). Pierwszym stosowanym materiałem naturalnym stosowanym do izolowania kabli była gutaperka, która była izolacją roboczą pierwszego transatlantyckiego kabla telekomunikacyjnego.

Wzrost zapotrzebowania na moc elektryczną, przyczynił się do rozwoju technologii wytwarzania materiałów elektrotechnicznych jak materiały przewodzące, oraz innych materiałów ważnych z punktu tworzenia się nowej dziedziny życia, jaką jest Elektrotechnika. Dzięki temu z początkiem XX w. nastąpił wzrost znaczenia roli użytkowej maszyn prądu stałego, która dziś jest ogromna. Ważną ich zaletą jest prostota, umożliwiająca zmianę parametrów eksploatacyjnych bez konieczności przeprojektowywania całości konstrukcji.

Jeszcze pod koniec XIX w. amerykański wynalazca, uważany dziś za wizjonera tamtych czasów Tomas Alfa Edison, zaproponował pierwszą na świecie praktyczną żarówkę, posiadającą włókno węglowe. Produkt ten był na tyle doskonały, że umożliwiał jej wygodną i szybką wymianę, bowiem żarówka Edisona posiadała gwint – wystarczyło jedynie odkręcić „spaloną” żarówkę, a następnie wkręcić „nową”. W porównaniu do „świec Jabłoczkowa” które paliły się swoim światłem łukowym jedynie przez 1,5h, oraz wymagały zatrudnienia fachowej obsługi do ich utrzymania, był to wynalazek praktyczny, wygodny jak i strategiczny. Dodatkowo napięcie zasilania tych żarówek było bezpieczne dla życia człowieka. Pomysł Edisona nie był genialny ale praktyczny, bowiem żarówka jako taka znana była wcześniej, jednakże on jako sprawny przedsiębiorca opatentował wyrób z trzonkiem uniwersalnym, który stosowany jest do dziś. Na rys. 1.5 przedstawiono fotografię najstarszej na Świecie eksploatowanej do dziś żarówki Edisona⁵.