Silnik elektryczny 

W tym samym okresie do podobnych wyników doszedł Amerykanin Joseph Henry – odkrył on zjawisko samoindukcji oraz w 1831 roku skonstruował pierwszy działający silnik elektryczny zasilany prądem stałym z baterii. W swoich badaniach Henry dużo miejsca poświęcił elektromagnesom, wpierw konstruował ich zestawy zdolne podnosić coraz to większe ciężary, a następnie zainteresował się możliwościami użycia elektromagnesu na odległość.

 

W 1830 roku połączył baterię do jednego końca pary drutów o długości 1030 stóp, a urządzenie sygnalizacyjne (elektromagnes powodujący uderzenie w dzwon) na drugim – włączenie prądu w jednym miejscu pozwoliło na wywołanie efektu w innym, znacznie odległym. Henry pisał: Było to pierwsze odkrycie faktu, iż prąd galwaniczny może być przesłany na dużą odległość z tak niewielkim spadkiem jego siły, że jest w stanie wywołać efekty mechaniczne oraz że środki do tego potrzebne są również skromne. Wiedziałem, że powstanie elektrycznego telegrafu jest możliwe. Nie miałem na myśli jeszcze żadnego konkretnego modelu czy rozwiązania, lecz fakt, że prąd może być przesyłany na duże odległości z mocą wystarczającą do wywołania skutków mechanicznych odpowiednich do pożądanych skutków.

 

Praktyczne zastosowanie sformułowanej przez Henry’ego idei działania telegrafu elektrycznego było dziełem wielu naukowców. W 1833 roku Carl Friedrich Gauss i Wilhelm Weber zbudowali pierwszy w Niemczech telegraf elektromagnetyczny. Pierwszy komercyjny telegraficzny system przesyłania informacji stworzyli: Sir William Fothergill Cooke i Charles Wheatstone w 1837 roku. Pierwotnie służył on jako system alarmowy, a w 1839 roku został uruchomiony na linii kolejowej Great Western Railway pomiędzy Paddington i West Dayton – na odcinku o odległości 21 km. Odbiornik zbudowany był z pięciu igieł poruszających się na planszy z literami alfabetu – nie obsługiwał znaków interpunkcyjnych oraz nie rozróżniał pisowni wielkimi i małymi literami. Dziś za „ojca” telegrafii skłonni jesteśmy uważać Samuela Morse’a, który razem z Alfredem Vailem w 1837 roku opracował model telegrafu elektrycznego zdolnego działać na duże odległości. Vail – asystent Morse’a –opracował do jego obsługi specjalny system znaków składający się z zestawów impulsów krótkich i długich (tzw. kropek i kresek) odpowiadających literom i cyfrom. Sześć lat później Kongres USA wyasygnował 30 tysięcy dolarów na eksperymentalną linię telegraficzną pomiędzy Baltimore a Waszyngtonem i 24 maja 1844 roku Morse przeprowadził pierwszą publiczną demonstrację swojej instalacji. Fragment Księgi Liczb (23:23 - What hath God wrought nadano z siedziby Sądu Najwyższego na Kapitolu w Waszyngtonie do budynku Baltimore & Oregon Railroad w Baltimore. W ciągu następnych dwóch dekad system telegrafii Morse’a gwałtownie się rozwinął, głównie dzięki swej prostocie oraz ulepszeniom stosowanych elektromagnesów, dokonanym przez Alfreda Vaila. Za najważniejsze wydarzenie w rozwoju telegrafu elektrycznego wypada uznać uruchomienie w roku 1866 transatlantyckiego połączenia pomiędzy wyspą Valentia na zachodnim wybrzeżu Irlandii, a Nową Fundlandią na wschodzie Ameryki. Jak przełomowy był to moment, może nam przybliżyć jedynie porównanie czasu, jaki wcześniej potrzebował list, by dotrzeć z Europy do Ameryki drogą morską  - ok. 10 dni przy dobrych warunkach atmosferycznych, do kilku minut potrzebnych na wysłanie i odebranie telegramu!

 

 

Następne dziesięciolecia to ciągła praca nad udoskonaleniem działania telegrafu, prowadzili ją najzdolniejsi inżynierowie i uczeni i często – niejako „przy okazji” udawało im się dokonać nowych wynalazków. Tak było z fonografem Edisona w 1877 roku, ale też – ze znacznie bardziej powszechnym – telefonem opatentowanym w 1870 roku równocześnie przez Alaxandra Grahama Bella i Elishę Graya.

 

Jak to w historii wynalazków często bywa, sam prototyp pojawił się znacznie wcześniej. W 1857 roku Antonio Meucci, włoski imigrant mieszkający od 7 lat w Nowym Jorku, skonstruował urządzenie dzięki któremu możliwa była komunikacja pomiędzy piwnicą, a pierwszym piętrem jego domu. Później – gdy jego żona ciężko zachorowała na artretyzm, poprowadził również stałą linię łączącą sypialnię na pierwszym piętrze ze swoim laboratorium. Niestety nie opatentował swojego wynalazku – według niektórych nie miał na to funduszy, według innych nigdy nie nauczył się na tyle dobrze mówić po angielsku, by przebrnąć przez biurokratyczne procedury biura patentowego. Obydwa tłumaczenie wydają się nieco przesadzone w świetle faktu, że w okresie od 1859 do 1883 roku otrzymał patenty na czternaście innych wynalazków, być może po prostu Meucci nie docenił wagi i perspektyw swojego urządzenia, którego powstanie było wynikiem potrzeby chwili.

 

Wracając do tematu indukcji i jej praktycznego zastosowania, to po raz pierwszy silnik elektryczny w praktyce wykorzystał Moritz Hermann Jacobi, który w 1834 roku użył go do napędzania 8-metrowej łodzi – z 12 pasażerami odbywał nią przejażdżki po Newie. Trzy lata później w USA kowal z Vermontu, Thomas Davenport, opatentował swój model silnika elektrycznego, którego z powodzeniem używał w warsztacie do napędu wiertarki i tokarki do drewna. Niestety – na skutek wielu czynników, a przede wszystkim, z powodu braku odpowiednich źródeł zasilania (zasilany bateriami silnik nie mógł konkurować z silnikami parowymi), wynalazek Davenporta okazał się komercyjną klapą. Sam wynalazca, po bezskutecznym poszukiwaniu inwestorów m.in. w Nowym Jorku, powrócił jako bankrut do Vermontu, gdzie rozpoczął pracę nad książką opisującą perspektywy zastosowania jego patentu, lecz dzieła nie ukończył, umierając w roku 1851.

 

Prace nad generatorami prądu zapoczątkowane przez Faradaya prowadzone były przez wielu naukowców – w 1831 roku model prądnicy działającej z magnesami stałymi zaprezentował Francuz, Hippolyte Pixii. Dwadzieścia lat później Floris Nollet opatentował i wdrożył do seryjnej produkcji ulepszony model tego urządzenia, które dostarczało prąd o napięciu do 50 V. Stosowano je w galwanotechnice – przy wykonywaniu powłok metalowych na różnych materiałach, więc przemysłowe użytkowanie energii elektrycznej stało się faktem. W roku 1845 Charles Wheatstone – multiwynalazca – zastosował w prądnicy elektromagnesy zamiast magnesów stałych. Przez następne 21 lat prowadził prace (między innymi) nad jego ulepszeniem, aż w końcu 4 lutego 1867 roku przedłożył Royal Society wyniki swoich badań. Traf chciał, że dziesięć dni wcześniej podobną dokumentację przesłał do Londynu Ernst Werner von Siemens i oba wynalazki – powstałe niezależnie od siebie – zostały publicznie ogłoszone w tym samym dniu. W następnych latach konstrukcje prądnic były systematycznie ulepszane, nie brakowało ku temu okazji przy coraz powszechniejszym użyciu prądu i rosnącym na tę energie zapotrzebowaniu. 

 

 

W 1879 roku von Siemens zaprezentował w Berlinie podczas Wielkiej Wystawy Przemysłowej kolejkę elektryczną, która woziła pasażerów po okrężnej trasie o długości 300 m. Lokomotywa zasilana była prądem z trzeciej szyny umieszczonej pomiędzy szynami jezdnymi, ciągnęła 3 wagoniki. Pierwszą regularną linię tramwaju elektrycznego otwarto 16 maja 1881 roku w obecnej berlińskiej dzielnicy Gross Lichterfelde. Prąd do wagonów dostarczany był za pomocą szyn jezdnych ułożonych na drewnianych podkładach. W połowie lat 80. XIX wieku wdrożono w USA i w Niemczech system szczelinowych kanałów podziemnych, w których znajdowały się dodatkowe szyny dostarczające energię do wagonów. Kanały te w Stanach Zjednoczonych były umieszczane zazwyczaj pomiędzy szynami jezdnymi lub po ich boku, w Niemczech zaś preferowano system z kanałem ułożonym pod rowkiem szyny jezdnej. W szczelinach umieszczano przewody zasilające, po których przesuwały się odbieraki prądu. Po raz pierwszy zastosowano to rozwiązanie w Cleveland (USA) w 1884 roku, później w Budapeszcie, a następnie: Berlinie, Dreźnie, Wiedniu, Londynie i Brukseli. Około roku 1895 eksperymentowano również z wagonami akumulatorowymi, które jednak okazały się zbyt kosztowne w eksploatacji.

 

Przełomowym rozwiązaniem problemu zasilania wozów trakcyjnych był wynalazek Franka J. Sprague’a, który w 1887 roku do przekazywania prądu z napowietrznej trakcji użył krążków umieszczonych na pałąkach dociskanych sprężynami do przewodów. W ciągu następnych kilku lat tramwaje elektryczne z napowietrzną siecią trakcyjną stały się powszechne najpierw w amerykańskich, a od 1891 roku i w europejskich miastach. Mniej więcej w tym samym czasie na linii tramwajowej w Gross Lichterfelde zastosowano po raz pierwszy ślizgowe odbieraki prądu, których późniejsza ewolucja doprowadziła do pojawienia się współczesnych pantografów.

 

 

W XX wieku motoryzację zdominowały silniki spalinowe, jednak zanim osiągnęły one parametry, które zdecydowały o ich prymacie w tej dziedzinie techniki, wiele rekordów prędkości i długości przejazdów automobilami zostało ustanowionych pojazdami napędzanymi silnikami elektrycznymi. Najważniejszym z nich było pobicie symbolicznej granicy prędkości 100 km/h przez Belga, Camille’a Jenatzy’ego w jego futurystycznym pojeździe o znaczącym imieniu La Jamais Contente (Niezaspokojony), który 29 kwietnia 1899 roku osiągnął maksymalną szybkość 105,88 km/h. Pojazdy elektryczne na początku XX wieku praktycznie nie miały konkurencji: nie wpadały w wibracje, nie wydalały zapachu ani hałasu. Cieszyły się dużą popularnością wśród zamożnych klientów, szczególnie na trasach miejskich. Reklamowano je jako pojazdy szczególnie odpowiednie dla kobiet – ze względu na łatwość uruchomienia (nie wymagały uciążliwego kręcenia korbą) i prostotę obsługi (nie trzeba było zmieniać biegów). Idea elektrycznych samochodów nie umarła jednak wraz z rynkowym sukcesem pojazdów napędzanych silnikami spalinowymi i w ciągu całego XX wieku, co kilka lat pojawiały się nowe modele, które jednak ze względu na ograniczoną pojemność akumulatorów oraz relatywnie długi czas ładowania, w porównaniu z tankowaniem baku benzyny, uznawane były raczej za eksperymenty konstruktorów niż pojazdy przeznaczone dla mas. Na początku XXI wieku wracamy do tych idei – na fali popularności rozwiązań proekologicznych – samochody elektryczne znów wracają do łask.

 

Wersja do druku Wersja do druku | Mapa witryny
© Całość praw autorskich: Filip Wiśniewski