عصر الإختراعات
1. الكهرباء والمغناطيسية: تجربة أورستد
في عام 1820 تم دراسة الكهرباء والمغناطيسية بواسطة العالم الدنماركي "هانس كريستيان أورستد" والذي قام باكتشاف متميز.
لقد مرر تيارا كهربائيا خلال قضيب من النحاس وحركه بالقرب من إبرة بوصلة فلاحظ أن الإبرة تدور. بالنسبة لأورستد، كان ذلك مميزا فقد رأى للمرة الأولى أن تيارا كهربائيا قادر على خلق قوة مغناطيسية. لقد ربط الكهرباء والمغناطيسية معا وهو ما نطلق عليه اليوم، الكهرومغناطيسية وهي إحدى القوى الأساسية في الطبيعة.
لقد أظهر اكتشاف أورستد وجها جديدا للنشاط الإبداعي حول ظاهرة المجال الكهربائي. بعد ذلك ظهرت التجارب التي تنافست على إيجاد روابط جديدة تجمع بين الكهرباء وقوى الطبيعة الأخرى.
ذلك ما ألهم أعظم اكتشافات "مايكل فاراداي" الذي علم نفسه ذاتيا عن طريق جمعه للكتب. لقد أتى فاراداي إلى المعهد الملكي في بريطانيا. كانت لديه تلك الرغبة والحماسة لمعرفة كيف تعمل الأشياء وكان شغوفا برؤية التجارب المعملية وقد نال فرصته أخيرا حينما حصل على تذكرة حضور أحد آخر المحاضرات للكيميائي الأنجليزي العظيم هامبري دايفي.
لقد غيرت تلك المحاضرة حياته إلى الأبد وقرر أن يكرس حياته للعلم. وخلال عام عينه دايفي مساعدا له في المعهد الملكي. وبرعاية سيده دايفي، إستطاع فاراداي تعلم كل أساسيات الكيمياء.
2. بيان العلاقة بين المغناطيسية والحركة والكهرباء: إكتشاف فاراداي
في المعهد الملكي، كان فاراداي يعيد صنع تجارب أورستد. وخلال بحثه الدقيق إستنتج وجود فيض من القوة يربط بين السلك وإبرة البوصلة وليبرهن على ذلك صمم دائرة كهربائية باستخدام بطارية وزوج من الأسلاك وكمية من الزئبق.
تُحمل الدائرة على ساق نحاسية يتدلى منها سلك يتحرك بحرية في كأس الزئبق الحامل بمركزه مغناطيسا. ولأن الزئبق من المواد جيدة التوصيل كهربائيا فإنه يغلق الدائرة الكهربائية.
وبينما يمر التيار عبر الدائرة فإنه يخلق فيضا دائريا من المجال المغناطيسي حول السلك. وبحدوث التفاعل مع المجال الدائم للمغناطيس سيُجبر السلك على الحركة.
أثبت فاراداي بذلك وجود هذه القوة الخفية التي استطاع رؤية أثرها من الحركة الدائرية. كان ذلك هو الجهاز الأول الذي يحول التيار الكهربائي إلى حركة مستمرة ويعتبر هذا الجهاز أول محرك كهربائي تم صنعه.
كان أحد الآثار الدائمة لاكتشاف فاراداي عن الحركة الكهرومغناطيسية عام 1821، بيان العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية والحركة وقد كشف عن هذه العلاقة بالتفصيل ليستطيع باستخدام المغناطيسية والحركة لإنتاج الكهرباء.
ففي السابع عشر من أكتوبر عام 1831 حين جاء فاراداي بمغناطيس وحركه ذهابا وإيابا داخل ملف من السلك لاحظ أنه قد حصل على تيار كهربائي خفيف من الملف بالتحريك في اتجاه ما والتبديل في الإتجاه الآخر.
عرف حينها أن لديه شيئا ما، بعد عدة أيام وبدلا من تحريك المغناطيس خلال الملف صنع تجربة مشابهة بتحريك قرص نحاسي موصل خلال مجال المغناطيسي. لم يدرك ما حصل عليه حينها لكن بتحريكه المستمر كان القرص يقطع المجال المغناطيسي وكانت مليارات الشحنات السالبة للإلكترونات تطرد من مسار دورانها الطبيعي وبدأت بالإنجراف نحو الحافة.
تكونت بذلك شحنة سالبة على الحافة الخارجية لقرص النحاس تاركة شحنة موجبة في المركز وحيث أن القرص كان متصلا بالأسلاك فقد تحركت الإلكترونات في مسار مستمر.
بذلك صنع فاراداي سيلا مستمرا من التيار الكهربائي. وبخلاف البطارية، هذا التيار كان يتدفق طالما كان القرص النحاسي يدور. لقد ولد طاقة كهربائية مباشرة من الطاقة الميكانيكية.
3. المغناطيس الكهربائي: بوابة لاختراع التليغراف
إن ما يثير الدهشة فعلا في ذلك الوقت أنه لم يكترث أحد أبدا لمعرفة ماهية الكهرباء. إذ لم يكن ثمة نقاش علمي حول ما إذا كانت الكهرباء قوة ما أو سائلا أو شيئا وهميا. ما كانوا يهتمون به حقيقة في ذلك الوقت هو مالذي يمكن للكهرباء فعله.
وبينما كان فاراداي يعمل على تقنية الكهرباء ومعرفة ماهيتها تماما كان ثمة إنجاز علمي آخر قد حقق بنفس الوقت في معرفة كيف يمكننا استخدامها والإستفادة منها. نتحدث هنا عن التليغراف.
يعتمد عمل التلغراف على نوع خاص من المغناطيس وهو المغناطيس الكهربائي المصنوع بالأساس بواسطة تيار كهربائي فقد اكتشف فاراداي انه إذا لف سلكا نحاسيا فإنه يحصل على تيار أكبر في وجود المغناطيس المتحرك.
لذلك اكتشف البريطاني "ويليام ستيرجن" والأمريكي "جوزيف هينري" أن بازدياد عدد اللفات للأسلاك الحاملة للتيار يزداد الفيض المغناطيسي المتولد من الملفات. لذا إذا مررنا تيارا كهربائيا خلال ملف يمكننا بوضوح رؤية أثر المجال المغناطيسي عند نثر برادة الحديد في نطاقه. وعندها سنرى برادة الحديد تتبع خطوط المجال تماما. ذلك يكشف لنا بوضوح أثر المغناطيسية.
ولجعل الملف المغناطيسي أكثر قوة إكتشف هينري وستريجن أن بإمكانهم وضع الحديد داخل الملفات إذ أن الحديد يعمل كما لو كان مكونا من العديد من المغناطيسات الصغيرة تشير جميعها إلى أماكن عشوائية.لكن حينما تطبق عليها مجالا مغناطيسيا تصطف جميعا مشيرة لنفس الإتجاه.
تجتمع كل هذه المغناطيسات وتعزز من قوة الملف المغناطيسي. لذا ما فعله هينري وستيرجن هو وضع اثنان من الملفات المغناطيسية على ذراعي حدوة حصان وذلك لتوليد مجال أكبر بكثير. لكن هذه الملفات تعمل فقط طالما يمر بها تيار كهربائي وبمجرد فصل التيار الكهربائي. تختفي الطاقة المغناطيسية.
يمكن هنا التحكم بهذا المغناطيس الكهربائي من مسافات بعيدة جدا وفعل أشياء ميكانيكية عن بعد، لا يفصل المستخدم عن المغناطيس سوى السلك بينهما. هذه القدرة للتحكم بالمغناطيس عن بعد كانت أحد أكثر الأمور المفيدة التي تم اكتشافها حيث أنك إذا استطعت الإستفادة من الكهرباء بعيدا عن مصدر توليدها حينها يمكنك ان تجري اتصالا آنيا.
بمنتصف اربعينات القرن التاسع عشر طور صامويل مورس نظاما للرسائل يعتمد على مدى فتح أو فصل الدائرة الكهربائية. فنبظة طويلة من التيار تدل على داش ونبظة خفيفة للدلالة على نقطة. سمح ذلك بإرسال واستقبال الرسائل باستخدام شيفرة بسيطة.
بحلول الخمسينات، إتصلت أمريكا وأوروبا بأسلاك التيليغراف لكن الحلم بالتواصل العالمي كان لا يزال بعيد المنال. كان ذلك بسبب عدم وجود كابلات قادرة على حمل الرسائل بين بريطانيا وأمريكا. لقد اعتقد العديد من الخبراء أن مد كابلات عبر المحيط الأطلسي مستحيل. لكنهم عرفوا أن لو استطاعوا حل هذه المشكلة لربحوا مالا وفيرا.
وبحلول الخمسينات قام رجال الأعمال الامريكيون والمهندسون الانجليز بتجميع الجهود لإثبات إمكانية فعل هذا. فشلت محاولات تلو الاخرى وتلفت الكابلات الثقيلة بفعل عنف مياه المحيط والعواصف.
في النهاية، بالتاسع والعشرين من يوليو عام 1858 تم توصيل زوجين من الكابلات عبر المحيط الأطلسي. كان يصعب حمل كابل ضخم قطعة واحدة بواسطة سفينة لذا اخذ طرف الكابل من نيوفوندلاند ووصل نهايته بجنوب غرب إيرلاندا. وبعد مرور ستة أيام كان أول خط مباشر بين الدولتين الاقوى في العالم بمكانه.
4. فهم أعمق للتيار الكهربائي
المشكلة أن أول رسالة تم إرسالها إستغرقت 16 ساعة لوصولها وكان من الصعوبة على مشغلي التيليغراف في الطرف الآخر فك شيفرة الرسالة إذ كانت الإشارات الكهربائية تصل مشوهة وغير واضحة وكان يتم إعادة طلب الإرسال مرة بعد مرة.
ولقد اعتقد بالخطإ المهندس البريطاني "ويلدمان وايتهاوس" أن زيادة الجهد على الكابل ستجبر الإشارة على الوصول إلى نيوفاوندلاند لكن حينها توقف الكابل على العمل تماما.
لقد اعتقد معظم الخبراء أن التيار الكهربائي يسري داخل الكابل كسريان السائل داخل الأنبوب وأن زيادة الجهد يشبه زيادة الضغط داخل الانبوب مجبرا التيار على الوصول للجهة الاخرى غير أن التيليغراف بالحقيقة كان يحمل نبضات أو تموجات من التيار عبر الكابل وليس تيارا مستمرا.
في حالة المسافات البعيدة كانت هذه التموجات تتشوه جاعلة من الصعب تحديد النقطة القصيرة من الداش الطويلة.
بدراسة أثر كابلات النقل تحت الماء بدأ العلماء يفهمون ان التيار الكهربائي ليس مشابها لتدفق الماء وانه أيضا يصنع موجات كهرومغناطيسية أو تموجات وكان هذا هو الإكتشاف الذي سيقود إلى فرع جديد من البحث في دراسة الطيف الكهرومغناطيسي ويحل مشاكل التيلغراف.
5. إختراع المصباح الكهربائي وبناء أول محطة لتوليد الكهرباء
6. التيار المتردد: قفزة نوعية في مجال الطاقة
كان المحتمع الأمريكي منبهرا بنظام إديسون الجديد لمحطات إنتاج التيار المستمر غير أن المخترع الكرواتي والذي عمل ضمن فريق إديسون "نيكولا تيسلا" كان أقل انبهارا فلديه حلم بإمكانية نقل الكهرباء عبر مدن كاملة أو حتى دول بأكملها وقد اعتقد أنه يعرف الطريق إلى ذلك باعتماد نوع جديد من التيار الكهربائي.
كانمن المعلوم أنه كلما قل التيار المنقول عبر الكابل قلت المقاومة الكهربائية لها مما يعني إمكانية زيادة طوله.
عزم تيسلا استخدام طريقة جديدة لنقل الكهرباء حيث يمكن خفض قيمة التيار دون خفض كمية القدرة الكهربائية المنقولة.
كان ذلك التيار هو التيار المتردد وهو تيار كهربائي حيث يبدأ حركته في اتجاه ما ومن ثم يغير اتجاهه بسرعة شديدة وذلك بخلاف التيار المستمر الذي يسري في اتجاه واحد فقط.
وحيث أن كمية القدرة الكهربائية في الكابل تساوي قيمة الجهد مضروبة في قيمة التيار فإن زيادة الجهد يعني خفض التيار بالكابلات وبالتالي ستقل كمية الكهرباء المفقودة تنيجة انخفاض المقاومة.
ورغم ذلك لا نريد الجهد العالي بدرجة عالية جدا فلا يود أحد مثلا 20 ألف فولت تسري بمنزله لذا فهو يحتاج إلى خفض التيار المنقول عبر مسافات إلى منزله ولفعل هذا فسيحتاج إلى محول.
ذلك أن التيار المتردد يسمح باستخدام محول للتبديل من الجهد العالي للتيار إلى الجهد المنخفض المستخدم عند الإستهلاك.
كان هناك عائق كبير عند اعتماد التيار المتردد فبينما كان صالحا لإنارة المصابيح فإنه وبخلاف التيار المستمر لم يكن ثمة محركات مصممة للعمل عليه واعتقد الجميع بأن هذه المشكلة لن تحل.
غير أن ذلك لم يكن مستحيلا بالنسبة لعبقري مثل تيسلا فقد صنع محركا يحتوي محورا معدنيا دوارا في الوسط محاط بأربعة ملفات يتصل كل منها بتيار كهربائي متردد وضبط توقيتهم ليتابعوا بترتيب متتالي.
فالتيار المتردد الأول يغذي الملف الأول داخل المحرك مولدا مجالا مغناطيسيا فيجذب المعدن بالمركز له ثم يتلاشى التيار ثم يبدأ التيار المتردد الثاني بتغذية الملف الثاني ساحبا الجزء المتحرك إليه نتيجة المجال الجديد المتولد وهكذا مع المكثف الثالث والرابع.
والنتيجة، مجال مغناطيسي دوار يكون قويا كفاية لدوران المحرك. ويدعى هذا النظام الكهربائي بالنقل متعدد الأوجه.
عنى ذلك أن محطات الإنتاج ذات الضوضاء والروائح الكريهة ستولد الكثير من التيار المتردد المطلوب بعيدا تماما عن المناطق السكنية المأهولة.
ولأول مرة يكون بالإمكان بناء محطات إنتاج ضخمة في أي مكان وتوزيع الكهرباء عبر مسافات واسعة لتخدم كل العملاء.
7. نيكولا تيسلا: رجل ندين له بالكثير
في الحقيقة قصة تيسلا لم تنتهي بالشهرة والثراء كما هو متوقع. فبالرغم من استمرار إسهاماته العظيمة في كثير من المجالات العلمية والتكنولوجية لإنقاذ ويستنجهاوس من الإفلاس بعد تحطم لسوق الأسهم، إلا أنه قد تخلى عن حقوق الملكية الفكرية لنظام إنتاج التيار متعدد الأوجه.
كان نيكولا تيسلا رجلا موهوبا ومميزا ونحن ندين له بالكثير لكنه أيضا كان معقدا وغريب الأطوار وبكل أسف وفي أواخر حياته وقع في المزيد من المشاكل فقد تطور لديه خوف وفوبيا غريبة من الجراثيم ومن النساء اللاتي يرتدين المجوهرات المتلألئة وعلى كل حال فإن عقله العبقري أصبح خارجا عن السيطرة.
وبينما تقدم به العمر كان يبتعد عن الناس ويشعر بالراحة في الأماكن المنعزلة. أصبح مهووسا بالحمَام وكانت تتم رؤيته يطعمهم بانتظام في حديقة براينت بمركز مانهاتن.
وكونه أصبح رجلا عجوزا فقد تُرك وحيدا يعيش منعزلا في "فندق نيويورك" ليمضي سنواته الاخيرة في الشقة رقم 3327 حزينا وبائسا.
أما إديسون فقد استمر كبطل أمريكي وكانت شركته جزءا من "جينرال إليكتريك" حتى إنها اليوم إحدى أكبر الشركات متعددة الجنسيات بالعالم.
في شتاء عام 1943 حدق نيكولا تيسلا في سماء مانهاتن للمرة الأخيرة على الإطلاق.
ذلك الشخص الذي ولد في عالم يعمل بالبخار ويضاء بالغاز، رأى بآخر ليلة في حياته سماءا تملؤها الأنوار قد غيرت حياة الملايين بفضل عبقريته.
وتم اكتشاف جثته بعد مرور ثلاثة أيام من وفاته.
تعليقات
إرسال تعليق
اكتب تعليقك اذا كان لديك اي تساؤل او اضافة