Bateria i elektromagnetyzm

Pomyślcie o doświadczeniu: macie dwa kawałki metalu - miedzi i cynku, do których mocujecie przewody. Zanurzacie metale w elektrolicie, tutaj - w occie. Zauważycie pęcherzyki powietrza na cynku, ale na miedzi już nie. Te metale się różnią. Jeśli połączycie przewody od płytek, coś się zmieni. Na płytce miedzianej zaczną tworzyć się pęcherzyki. Jakby coś było wyciągane z cynku, przez przewód, i wywoływało reakcję po stronie miedzi. Okazuje się, że to przepływ ładunku elektrycznego. Elektrony są odciągane od cynku w stronę miedzi, przez przewód. Myślcie o tym przepływie jako o wyniku nierównowagi ładunków, albo napięciu elektrycznym między dwoma metalami, i porównujcie to z momentalnym wyładowaniem w doświadczeniach z elektrostatyką. Pod koniec XVIII wieku ten efekt badał Alessandro Volta. Co ważne, wykrył, że łącząc te komórki, wzmacnia przepływ ładunku. Do 1800 r. uprościł sprawy jeszcze bardziej, usuwając naczynie z nadmiarem elektrolitu. Pisze: „Biorę kilka tuzinów miedzianych kółek, np. monet, i tyle samo płytek cynkowych, po czym przygotowuję kółka z gąbki chłonącej wodę. Łączę płytki miedziane z cynkowymi, zawsze w tej samej kolejności, a między parami umieszczam te zwilżone dyski. Ustawiam jak najwyższą kolumnę, byleby się nie przewróciła”. Kolumna zyskała sławę jako stos lub ogniwo Volty. Pierwsza bateria w historii dająca stały przepływ ładunku elektrycznego czyli prądu. Im więcej płytek, tym większe było napięcie elektryczne na końcach. Na cześć Alessandra Volty jednostkę napięcia nazwano woltem. Po zbliżeniu do siebie dwóch stosów Volty, następowała seria wstrząsów. Z początku prąd elektryczny jako sposób komunikacji nie wydawał się oczywisty: prąd dawał tylko iskierki i pęcherzyki powietrza. Próbowano wykorzystywać pęcherzyki do przesyłania liter. Tak działał pewien typ telegrafu, który obejmował 26 obwodów, po jednym na literę. Najważniejsze było to, że baterię wytwarzającą prąd można umieścić daleko od naczyń zawierających płytki, na których tworzą się pęcherzyki. Ten pomysłowy, choć niezgrabny system nie został wcielony w życie. Wkrótce jednak wszystko się zmieniło, po słynnym doświadczeniu z 1819 r. Okazało się, że jeśli po prostu przeciągniemy przewód blisko kompasu i połączymy go z baterią, to w tym samym momencie podskoczy igła. Bez kontaktu fizycznego. Jedynym wyjaśnieniem było to, że przewód z prądem tworzył tymczasowe pole magnetyczne. Przeprowadzono serię badań, by określić kierunek linii pola. Najpierw zakładano, że mają one kierunek przewodu, czy prądu, a może emanują na zewnątrz, jak rozchodzące się ciepło. W końcu wydedukowano, że linie pola to okręgi otaczające przewód. Pętla przewodu musiała tworzyć pole magnetyczne skierowane do jej środka i na zewnątrz. Na tej podstawie zaprojektowano galwanometr do wykrywania i pomiaru prądu elektrycznego. Była to po prostu cewka z kompasem zawieszonym pośrodku. Gdy cewką płynął prąd, linie pola magnetycznego były skierowane do jej środka i na zewnątrz. Igła zawsze wskazuje punkt na prostej prostopadłej do kierunku siły i wychyla się w obie strony. Im silniejszy prąd, tym większe odchylenie igły. W 1824 r. William Sturgeon zademonstrował, jak wzmocnić to pole. Owijając przewodem kawałek żelaza, np. gwóźdź, można wzmocnić siłę magnetyczną. Żelazo wydawało się lepszym medium dla tworzenia pól magnetycznych. Nazywamy to przenikalnością. Wielokrotnie nawijając przewód, możemy wzmocnić pole nawet parę tysięcy razy. To urządzenie znamy jako elektromagnes. Nagle możliwe stało się tworzenie pól magnetycznych, precyzyjnie i silnie poruszających igły, przy zdalnym wykorzystaniu prądu elektrycznego. Potrzebna jest długa pętla przewodu i mocna bateria. Wtedy rozumienie informacji było w powijakach. Ludzie utożsamiali informację z liczbą liter w wiadomości. Cel narzucał się sam: jak znaleźć najszybszy sposób przesyłania liter? Ten, kto tego dokona, zmniejszy koszt wiadomości dla nadawcy korzystającego z systemu. To żyła złota!