Telegraf elektryczny

Około 600 r. p. n. e. żył Tales z Miletu, uznawany za pierwszego greckiego filozofa. On pierwszy podawał czysto przyrodnicze wyjaśnienia obserwowanych zjawisk. Jego kluczowe odkrycie dotyczyło tego, że niektóre kamienie, jak np. bursztyn, pocierane o futro przejawiały dziwną właściwość. Bursztyn wydawał się emitować niewidzialną siłę przyciągającą włókienka. Założył, że pocieranie czyni bursztyn magnetycznym. Tę siłę zaobserwował przy magnetytach, naturalnych magnesach. Wielu po nim spostrzegło, że pocieranie o sierść wywołuje nierównowagę. Coś było wyciągane z sierści i przenoszone na inne przedmioty. Skutkowało to nie tylko lekkim przyciąganiem lub odpychaniem, ale też wstrząsami. Po takim wyładowaniu siła ustawała. Wstrząs był więc formą wyładowania, która niwelowała nierównowagę wywołaną przez tarcie. Od dawien dawna fascynowały nas błyskawice: najgwałtowniejsze przejawy groźnej potęgi przyrody. W większości kultur uważano że to siły nadprzyrodzone, poza zasięgiem ludzi, zarezerwowane dla bogów. Do XVII w. opisywano to zjawisko jako niewidzialne, nienamacalne, nieważkie... Mówiono nawet o pasmach syropu, które wydłużają się i kurczą. W 1752 r. Beniamin Franklin postanowił udowodnić związek między błyskawicą a małymi wstrząsami z powodu tarcia. Słynne (i niebezpieczne!) doświadczenie przeprowadził z synem. W czasie burzy puścił latawiec. Do końca wilgotnego sznurka przywiązał żelazny klucz. Po jakimś czasie dotknął klucza dłonią i odczuł drobne wstrząsy, takie jak te, którymi skutkuje potarcie o sierść. To pokazało, że błyskawica jest tym samym, co tamte wstrząsy, tylko w wielkiej skali. Ludzie zaczęli dzielić materiały na dwie kategorie. Pierwsza to materiały przyjmujące wyładowania, jak złoto czy miedź, które nazywamy przewodnikami elektrycznymi. Co ciekawe, również dobrze przewodzą ciepło. Kategoria druga to materiały niepozwalające na wyładowanie, np. guma. To izolatory. Także wydawały się hamować przepływ ciepła. Próbowano też mierzyć tę siłę napotkaną przez Talesa. Ludzie robili to np. wieszając na sznurku kawałek gąbczastej rośliny czy kulkę z włókien. Gdy potarło się izolator o sierść i zbliżyło do kulki, przyciągał ją, powodując wychylenie. Po dodaniu większej liczby obiektów wychylenie rosło - za sprawą silniejszego przyciągania. Kształt izolatora także robi różnicę. Duży, cienki izolator wydaje się wytwarzać większą siłę. Odkryto, że przewodniki takie jak miedź przekazują przyciąganie na odległość. Zademonstrowano to, rozciągając długi przewód między kulką a naładowanym izolatorem. Przedmiot przysunięty do przewodu działał siłą przyciągania przenoszoną tym przewodem i natychmiast odchylał kulkę. Gdyby później dotknąć przewodu palcem, nastąpiłoby wyładowanie. Siła by ustała, a kulka opadła. Szybko zaczęto spekulować, że może to być przyszłość telegrafów optycznych. W 1774 r. francuski wynalazca George-Louis Le Sage jako jeden z pierwszych wcielił ten pomysł w życie. Wysyłał wiadomości przez siatkę 26 przewodów, z których każdy reprezentował literę alfabetu. Gdy na jednym końcu było wyładowanie, na drugim odchylała się kulka. Tylko że ten telegraf łączył zaledwie dwa pokoje w domu. Siła wychylenia była za mała, trudno było coś z nią zrobić. Ludzie szukali już metod generowania większej różnicy ładunków, by wzmocnić oddziaływanie. Jednym z ulepszeń, spopularyzowanym rok później przez Alessandra Voltę, był prosty sposób generowania wyładowań na życzenie. Opierał się na koncepcji, że naładowany izolator stworzy ładunek lub przeniesie go na płytkę z przewodnika. Wystarczyło zbliżyć płytkę do izolatora, który spowodowałby przemieszczenie ładunków w metalu, tworząc nierównowagę czy napięcie elektryczne. Gdyby przysunąć palec do płytki, nastąpiłoby wyładowanie. Płytkę odsuwano za pomocą izolowanego uchwytu, a nadmiar ładunku pozostawał w niej uwięziony. Można było potem powodować wyładowania, dotykając płytki przewodnikiem, np. palcem. Zdumiewające, że można było powtarzać to wiele razy bez ładowania płytki. Dawało się generować wiele małych wyładowań. Benjamin Franklin chciał wymyślić, jak uwięzić czy przechowywać te wyładowania. Sądził jeszcze, że elektryczność to niewidzialny płyn, skoro mogła przemieszczać się w wodzie. Założył, że woda w izolatorze może przetrzymywać elektryczność. Tzw. butelka lejdejska była zrobiona ze szkła i zawierała wodę, w której był zanurzony pręt. Franklin owijał też butelkę przewodnikiem. Gdy zbliżał naładowany przewodnik do pręta, dochodziło do wyładowania i ładunek zostawał w butelce. Co ważniejsze, butelkę można było ładować wielokrotnie. Każda iskra wzmacniała różnicę ładunków czyli napięcie elektryczne w butelce. Dobra analogia dla butelki to balon, a każde wyładowanie można porównać z dolaniem wody. Po kilkuset powtórzeniach napięcie jest wielkie. Aby je rozładować, Franklin dotykał przewodnikiem pręta. I następowało silne wyładowanie. Franklin ulepszył projekt, gdy w końcu pojął, że ładunek nie tkwi w wodzie, tylko w naczyniu. Woda zaledwie prowadziła go z pręta do ścianek. Dziś nazwalibyśmy butelkę lejdejską kondensatorem. Urządzeniem do przechowywania ładunku. Łącząc wiele butelek lejdejskich, Franklin odkrył, że można zwiększyć pojemność jeszcze bardziej i osiągać silne wyładowania. Przez lata ludzie szukali skuteczniejszych sposobów ładowania, np. maszyn wykorzystujących tarcie, by przechowywać ładunek i uwalniać go podczas pokazów stworzonych przez człowieka błyskawic. Przez następne 50 lat ludzie próbowali projektować systemy, by wysyłać iskry dalej, przy użyciu dłuższych przewodów i potężniejszych wyładowań. Jednak wysyłanie ładunków jako metoda komunikacji, wydawało się nieskuteczne i przestarzałe. Nie miało zalet większych niż używane już telegrafy optyczne. To rozwiązanie było ignorowane przez rząd i przemysł. Jednak coś już zaczynało się dziać. Zbliżała się rewolucja elektryczna.