Ein stærsta byltingin í nútímasamfélagi var uppgötvun og nýting rafmagnsins. Þó enn séu fjölmargir sem ekki búa við þau þægindi sem rafmagnið veitir væri nánast óhugsandi að ímynda sér lífið í hinum vestræna heimi án þess. Svo háð erum við rafmagninu að samfélag okkar lamast nánast algjörlega þegar þess nýtur ekki við. Þekking á rafmagni er ævagömul en skilningur okkar á eiginleikum þess jókst hægt og bítandi í gegnum aldirnar og byggðist á rannsóknum og tilraunum fjölda vísindamanna.
Í skrifum Þalesar frá Míletus frá því um 600 f.Kr. kemur fram að Forngrikkir hafi þekkt rafmagn í ákveðinni mynd. Þeir uppgötvuðu að við það að nudda skinni við eitthvert efni, svo sem raf, myndaðist ákveðinn aðdráttarkraftur milli efnanna tveggja. Þeir sáu að þegar búið var að nudda skinninu við rafið gat það dregið til sín létta hluti svo sem hár. Þeir uppgötvuðu einnig að væri skinnunum nuddað nógu lengi við rafið gæfi það frá sér neista.
Ef skinni er nuddað nógu lengi við raf kviknar neisti.
Árið 1938 fannst í Írak hlutur sem nefndur hefur verið Bagdad-rafhlaðan og er frá því um 250 f.Kr. Þessi rafhlaða minnir um margt á galvaníhlað og telja sumir að hún hafi verið notuð við rafhúðun. Rafhúðun felur í sér að rafleiðinn hlutur er húðaður með lagi af málmi með hjálp rafstraums. Hluturinn fær þá á sig þunna, slétta og jafna málmhúð.
Árið 1600 gaf enskur vísindamaður að nafni William Gilbert (1544-1603) út verkið De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure þar sem hann lýsti rannsóknum sínum á áhrifum og virkni seguls. Aðaláherslan var á seguláhrif jarðar sem hann rannsakaði með því að nota lítið líkan af jörðinni. Hann kannaði einnig áhrif stöðurafmagns með því að rannsaka raf líkt og Forngrikkir, en raf kallast á grísku elektron. Gilbert ákvað því að kalla áhrif rafs electric force eða rafkraft.
Í kjölfar rannsókna Gilberts komu fjölmargir vísindamenn sem hver og einn lagði sitt á vogarskálarnar við að upplýsa leyndardóma rafmagns. Otto von Guericke (1602-1686) er talinn hafa gert frumeintak af spennugjafa (e. electrostatic generator), Robert Boyle (1627-1692) gerði rannsóknir á rafmagni í tómarúmi, Stephen Gray (1666-1736) flokkaði hluti fyrstur manna í leiðara og einangrara og C. F. Du Fay (1698-1739) setti fram þá kenningu að til væru tvær gerðir rafmagns, sem síðar voru nefndar jákvætt og neikvætt.
Árið 1745 fann Peter von Musschenbroken, sem starfaði við Leyden-háskólann í Hollandi, upp svokallaða Leydenkrukku sem gat geymt mikið magn rafhleðslu. William Watson (1715-1787) endurbætti svo Leydenkrukkuna og gerði á henni tilraunir. Af þeim dró hann þær ályktanir að rafmagn ferðaðist aðeins frá einum stað til annars en það væri hvorki hægt að mynda það né eyða því. Hann benti einnig á að það væru í raun ekki til tvær gerðir rafmagns líkt og Du Fay lagði til heldur væru þetta í raun aðeins tveir eiginleikar rafmagns. Árið 1747 setti Watson svo á svið tilraun þar sem hann sendi rafneista frá Leydenkrukku sinni með vír yfir Thames-ána að Westminster-brúnni.
Leydenkrukka.
Hinn frægi bandaríski uppfinningamaður og stjórnmálafrömuður Benjamin Franklin (1706-1790) var einn þeirra sem hafði mikinn áhuga á rafmagnsfræðum og stundaði tilraunir á því sviði. Þann 15. júní 1752 gerði hann hina frægu, en hættulegu, tilraun þar sem hann flaug flugdreka í þrumuveðri til að sýna fram á að eldingar væru í raun rafmagn. Í kjölfarið fann hann svo upp eldingarvarann. Út frá tilraunum sínum ályktaði Franklin líkt og Watson að ekki væru til tvær gerðir rafmagns heldur hefði það tvo eiginleika. Franklin er venjulega eignuð hugmyndin um jákvæða og neikvæða hleðslu rafmagns.
Rannsóknum á rafmagni fleygði fram eftir að fundið var upp tæki sem gat framleitt stöðugan straum af rafmagni. Árið 1780 tók ítalski líffærafræðingurinn Luigi Galvani eftir því að fætur dauðs frosks kipptust til þegar þeir voru snertir með mismunandi málmum. Galvani taldi ástæðuna vera „dýrarafmagn“ (e. animal electricity) en annan Ítala, prófessor Alessandro Volta (1745-1827), grunaði hins vegar að orsökin væri efnafræðileg. Tilraunir hans á þessu sviði gáfu af sér rafhlöðuna.
Í kjölfarið á rafhlöðu Volta voru gerðar fjölmargar mikilvægar rannsóknir á eiginleikum rafmagns og má þar helst nefna rannsóknir Michael Faraday (1791-1867), André-Marie Ampère (1775-1836) og Georg Simon Ohm (1789-1854). Þær, ásamt rannsóknum Galvani og Volta, lögðu grunninn að nútímarafmagnsfræðum.
Árið 1873 setti skoski eðlisfræðingurinn James Clerk Maxwell (1831-1879) fram þá kenningu að breytilegt raf- eða segulsvið framkallaði rafsegulbylgjur sem bærust áfram á ljóshraða. Heinrich Hertz (1857-1894) staðfesti svo þessa kenningu árið 1888. Til að heiðra uppgötvanir þessara manna eru mikilvægar mælieiningar í rafmagnsfræðum nefndar eftir Faraday, Volta, Ampére, Ohm og Hertz.
Þar með var búið að leggja grunninn að hagnýtri notkun rafmagnsins, og í lok 19. aldar var rafmagnsverkfræði orðin viðurkennd fræðigrein. Upp úr þessu fóru rafknúin tæki að skjóta upp kollinum sem áttu eftir að kollvarpa lifnaðarháttum manna. Nikola Tesla (1856-1943) fann upp rafknúinn mótor, Samuel Morse (1791-1872) fann upp ritsímann og símskeytið og Antonio Meucci (1808-1896) og Alexander Graham Bell (1847-1922) fundu upp símann.
Það var svo Thomas Edison (1847-1931) sem fann upp ljósaperuna árið 1879. Hann hafði stofnað fyrirtækið Edison Electric Light Company árið áður og unnið að því hörðum höndum að koma rafmagnsljósi í notendavænt form. Þann 31. desember 1879 kynnti hann svo ljósaperuna fyrir heiminum. Edison hannaði jafnframt dreifikerfi fyrir rafmagn og 4. september árið 1882 kveikti hann á fyrstu rafveitu heimsins. Hún leiddi rafmagn til 59 viðskiptavina í Manhattan, New York. Fyrsta rafveitan með rafleiðslum í lofti var svo tekin í notkun í janúar 1883 í Roselle, New Jersey. Edison stofnaði einnig, í samstarfi við Alexander Graham Bell, fyrsta símafyrirtæki heimsins árið 1881.
Notkun rafmagnsljósa breiddist hratt út eftir þetta og dreifikerfi fyrir rafmagn urðu sífellt stærri og flóknari. Í vestrænum samfélögum er í dag varla til sá blettur þar sem ekki má sjá í rafmagnslínur. Þá fóru einnig að streyma fram á sjónarsviðið hin ýmsu tæki og tól sem gengu fyrir rafmagni og voru hönnuð til að létta fólki dagleg störf. Það varð því mikil bylting bæði í iðnaði og inni á heimilum.
Rafmagnið kom fyrst til Íslands árið 1904 og átti því 100 ára afmæli fyrir stuttu. Talið er að hugmyndir um rafmagnsframleiðslu á Íslandi hafi fyrst borist til landsins með Vestur-Íslendingnum Frímanni B. Arngrímssyni árið 1894. Hann var rafmagnsfræðingur og hafði unnið fyrir Thomas Edison. Þegar hann kom til landsins skoðaði hann kosti þess að virkja fossa Elliðaánna til þess að framleiða rafmagn og lagði inn tillögur til bæjarstjórnar um þau mál. Í hugum bæjarbúa voru hins vegar önnur mál brýnni, svo sem að bæta frárennsli skólps og leggja vatnsleiðslur í hús. Auk þess veðjuðu Reykvíkingar fyrst í stað á gas í stað rafmagns sem eldsneyti.
Það var svo Jóhannes Reykdal trésmiður sem fyrstur manna innleiddi rafmagn á Íslandi. Jóhannes reisti trésmiðju við Lækinn í Hafnarfirði og virkjaði hann til að framleiða rafmagn fyrir vélar trésmiðjunnar. Árið 1904 keypti Jóhannes svo rafal í Noregi og setti hann upp ásamt Halldóri Guðmundssyni, fyrsta íslenska raffræðingnum. Þann 12. desember sama ár tók svo virkjunin til starfa og rafmagnsljós voru kveikt í 15 húsum í Hafnarfirði og fjögur götuljós. Þar með hófst saga rafmagnsins á Íslandi, en nánar má lesa um hana hér.
Heimildir og myndir:
Viðar Guðmundsson og Þorsteinn Vilhjálmsson (ritstj). 1996. Orðaskrá um eðlisfræði og skyldar greinar. Heimskringla, Reykjavík.
Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.
Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar
um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að
svara öllum spurningum.
Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að
svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki
nægileg deili á sér.
Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.
Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!
Sólin
Rís 05:22 • sest 21:31
Tunglið
Rís 23:11 • Sest 05:11
Flóð
Árdegis: 06:38 • Síðdegis: 18:56
Fjara
Árdegis: 00:39 • Síðdegis: 12:46
Rannsóknum á rafmagni fleygði fram eftir að fundið var upp tæki sem gat framleitt stöðugan straum af rafmagni. Árið 1780 tók ítalski líffærafræðingurinn Luigi Galvani eftir því að fætur dauðs frosks kipptust til þegar þeir voru snertir með mismunandi málmum. Galvani taldi ástæðuna vera „dýrarafmagn“ (e. animal electricity) en annan Ítala, prófessor Alessandro Volta (1745-1827), grunaði hins vegar að orsökin væri efnafræðileg. Tilraunir hans á þessu sviði gáfu af sér rafhlöðuna.
Í kjölfarið á rafhlöðu Volta voru gerðar fjölmargar mikilvægar rannsóknir á eiginleikum rafmagns og má þar helst nefna rannsóknir Michael Faraday (1791-1867), André-Marie Ampère (1775-1836) og Georg Simon Ohm (1789-1854). Þær, ásamt rannsóknum Galvani og Volta, lögðu grunninn að nútímarafmagnsfræðum.
Árið 1873 setti skoski eðlisfræðingurinn James Clerk Maxwell (1831-1879) fram þá kenningu að breytilegt raf- eða segulsvið framkallaði rafsegulbylgjur sem bærust áfram á ljóshraða. Heinrich Hertz (1857-1894) staðfesti svo þessa kenningu árið 1888. Til að heiðra uppgötvanir þessara manna eru mikilvægar mælieiningar í rafmagnsfræðum nefndar eftir Faraday, Volta, Ampére, Ohm og Hertz.
Þar með var búið að leggja grunninn að hagnýtri notkun rafmagnsins, og í lok 19. aldar var rafmagnsverkfræði orðin viðurkennd fræðigrein. Upp úr þessu fóru rafknúin tæki að skjóta upp kollinum sem áttu eftir að kollvarpa lifnaðarháttum manna. Nikola Tesla (1856-1943) fann upp rafknúinn mótor, Samuel Morse (1791-1872) fann upp ritsímann og símskeytið og Antonio Meucci (1808-1896) og Alexander Graham Bell (1847-1922) fundu upp símann.
Það var svo Thomas Edison (1847-1931) sem fann upp ljósaperuna árið 1879. Hann hafði stofnað fyrirtækið Edison Electric Light Company árið áður og unnið að því hörðum höndum að koma rafmagnsljósi í notendavænt form. Þann 31. desember 1879 kynnti hann svo ljósaperuna fyrir heiminum. Edison hannaði jafnframt dreifikerfi fyrir rafmagn og 4. september árið 1882 kveikti hann á fyrstu rafveitu heimsins. Hún leiddi rafmagn til 59 viðskiptavina í Manhattan, New York. Fyrsta rafveitan með rafleiðslum í lofti var svo tekin í notkun í janúar 1883 í Roselle, New Jersey. Edison stofnaði einnig, í samstarfi við Alexander Graham Bell, fyrsta símafyrirtæki heimsins árið 1881.
Notkun rafmagnsljósa breiddist hratt út eftir þetta og dreifikerfi fyrir rafmagn urðu sífellt stærri og flóknari. Í vestrænum samfélögum er í dag varla til sá blettur þar sem ekki má sjá í rafmagnslínur. Þá fóru einnig að streyma fram á sjónarsviðið hin ýmsu tæki og tól sem gengu fyrir rafmagni og voru hönnuð til að létta fólki dagleg störf. Það varð því mikil bylting bæði í iðnaði og inni á heimilum.
Rafmagnið kom fyrst til Íslands árið 1904 og átti því 100 ára afmæli fyrir stuttu. Talið er að hugmyndir um rafmagnsframleiðslu á Íslandi hafi fyrst borist til landsins með Vestur-Íslendingnum Frímanni B. Arngrímssyni árið 1894. Hann var rafmagnsfræðingur og hafði unnið fyrir Thomas Edison. Þegar hann kom til landsins skoðaði hann kosti þess að virkja fossa Elliðaánna til þess að framleiða rafmagn og lagði inn tillögur til bæjarstjórnar um þau mál. Í hugum bæjarbúa voru hins vegar önnur mál brýnni, svo sem að bæta frárennsli skólps og leggja vatnsleiðslur í hús. Auk þess veðjuðu Reykvíkingar fyrst í stað á gas í stað rafmagns sem eldsneyti.
Það var svo Jóhannes Reykdal trésmiður sem fyrstur manna innleiddi rafmagn á Íslandi. Jóhannes reisti trésmiðju við Lækinn í Hafnarfirði og virkjaði hann til að framleiða rafmagn fyrir vélar trésmiðjunnar. Árið 1904 keypti Jóhannes svo rafal í Noregi og setti hann upp ásamt Halldóri Guðmundssyni, fyrsta íslenska raffræðingnum. Þann 12. desember sama ár tók svo virkjunin til starfa og rafmagnsljós voru kveikt í 15 húsum í Hafnarfirði og fjögur götuljós. Þar með hófst saga rafmagnsins á Íslandi, en nánar má lesa um hana hér.
Heimildir og myndir:
