Алғашқы аккумуляторды кім жасады

Электр қазіргі адамды қалта гаджеттерінен өндірістік орнатпаларға дейінгі құрылғыларға дейін барлық жерде қоршап тұр. Бірақ екі ғасыр бұрын тұрақты электр тогын алу мүмкіндігі өте қиялдан тыс фантазия болып көрінді. Бұрылымдық сәт итальяндық зерттеушілердің шыдамдылығы арқылы келді, олар «жануарлық электр» құпияларын ашты. Олардың даулары мен тәжірибелері техникалық прогрестің бағытын өзгерткен бірінші химиялық ток көзінің тууына әкелді. Бүгін біз бақаның аяқтарынан техникалық прогресті өзгерткен өнертабысқа дейінгі жолды қарастырамыз.

Ғалымдар дауы және «жануарлық электрдің» ашылуы

Он сегізінші ғасырдың жетпісінші жылдарында Болоньядағы зертханасында анатомия профессоры Луиджи Гальвани бақалармен тәжірибелер жүргізді. Бір күні ассистент электростатикалық машина разряды кезінде скальпельмен препаратталған аяқтың жүйкеіне түйді. Бұлшық ет қатты жиырылды, әйтпесе жануар өлі еді. Гальвани тіндерде жинақталатын ерекше «жануарлық электрдің» бар екенін болжады.

Бұл ашудың қызықты егейтеулері:

• итальяндық ғалым электростатикалық аспапсыз да жиырылуды байқады; жүйке мен бұлшық етті әртүрлі металдан жасалған металдық доғамен қосу жеткілікті еді; осындай бақылауларды ол «Бұлшық ет қозғалысы кезіндегі электр күштері туралы» еңбегінде сипаттады;
• Гальвани электр көзін биологиялық тіннің өзі деп санады; ол жүйкелер оқшауланған өткізгіштер ретінде жұмыс істейді деп ойлады; осындай теория ғылыми шеңберлерде кең таралды;
• оның коллегасы Павия университетінен Алессандро Вольта қорытындыларына күмәнданып, электр әртүрлі металдардың жанасу шекарасында пайда болады деп болжады; бұл гипотеза келешектегі өнертабыстың негізін қалады.

Екі көрнекті ойдың арасындағы дау жаңа тәжірибелерді стимулдады және күтпеген нәтижеге әкелді.

Вольта бағанасы — бірінші батареяның тууы

Алессандро Вольта өз гипотезасын әдістемелі түрде тексерді, биологиялық тіндерді қарапайым материалдармен алмастырды. Ол тұзды сумен ылғалданған картонмен бөлінген цинк пен күміс пластинкаларды ретімен қосқанда тұрақты электр тогы пайда болатынын байқады. 1800 жылдың наурыз айында ғалым өз өнертабысын Лондон корольдік қоғамының президенті сэр Джозеф Бэнкске хат арқылы сипаттады.

Вольта бағанасының негізгі сипаттамалары:

1. Құрылым кезектесіп орналасқан металдық дискілерден тұратын вертикальды бағана болды. Олардың арасына электролитпен өңделген сіңіргіш төсемелер орналастырылды. Құрылымның биіктігі алынатын токтың кернеуін анықтады.
2. Көрсету үшін Вольта сорок жұп пластинадан тұратын бағана жинады және коллегаларын әсерге түсірді. Ол еріктілерге ауыртпалық ток соғыстарын берді және электр ұшқынымен сутегіні жақты. Осындай тәжірибелер құрылғының жұмыс қабілетін көрнекті түрде дәлелдеді.
3. Өнертабысшының аты ғылым мен техника тарихына мәңгі енді. Электр кернеуін өлшеу бірлігі оның құрметіне «вольт» деп аталды. «Батарея» сөзі өзі әскери терминологиядан элементтердің қосылуын білдіру үшін алынды.

Өнертабыс тез арада еуропалық зертханаларға таралып, зерттеулер үшін жаңа мүмкіндіктер ашты.

Ғылыми маңызы және тәжірибелік қолданылуы

Бірінші химиялық ток көзі электр құбылыстарын түсінуде төңкеріс жасады. Осыған дейін ғалымдар тек электростатикалық машиналардың немесе найзағайдың қысқа мерзімді разрядтарымен жұмыс істеді. Тұрақты ток жүйелі тәжірибелер жүргізуге және табиғат заңдарын ашуға мүмкіндік берді.

Ашудың жемісті салдарлары:

• ағылшын химигі Гемфри Дэви қуатты батареяларды балқытылған тұздарды электролиздеу үшін қолданды; оған таза күйіндегі натрий, калий және басқа сілтілік металдарды бөліп алуға болды; бұл ашулар заманауи электрхимияның негізін қалады;
• даниялық Ганс Христиан Эрстед 1820 жылы электр мен магнетизм арасындағы байланысты ашты; токтың магнит тілін бұру тәжірибесі электромагнетизмнің бастауы болды; кейін Ампер мен Фарадей бұл саланы өндірістік қолдануға дейін дамытты;
• он тоғызыншы ғасырдың отызыншы жылдарындағы бірінші телеграф желілері дәл гальваникалық элементтерде жұмыс істеді; осындай құрылғылар қалалар мен континенттер арасында байланысты қамтамасыз етті; электр байланысы әлемдегі ақпарат алмасу жылдамдығын өзгертті.

Қазіргі заман литий-иондық аккумуляторлардың өздері Вольтаның химиялық энергияны электр энергиясына түрлендіру идеясына негізделген.

Вольтадан кейінгі технологияның эволюциясы

Вольта бағанасынан кейін ғалымдар құрылымды жетілдірді, ток көздерін ықшам және сенімді етті. 1836 жылы Джон Дэниел сұйық электролиті бар екі ыдыстан тұратын элемент жасады, бұл тез ыдырау проблемасын жояды. Кейін көшіруге және күнделікті қолдануға ыңғайлы құрғақ гальваникалық элементтер пайда болды.

Дамудың маңызды кезеңдері:

• француз физигі Гастон Планте 1859 жылы қорғасын-қышқылдық аккумуляторды ойлап тапты; бұл құрылғы тек беру ғана емес, сонымен қатар электр энергиясын жинақтай алды; осындай технология автомобильдік батареяларда қазіргі күнге дейін қолданылады;
• он тоғызыншы ғасырдың соңында америкалық Томас Эдисон никель мен темір негізіндегі сілтілік аккумуляторды әзірледі; оның өнертабысы ұзақ қызмет ету мерзімі мен қайта зарядтауға төзімділігімен ерекшеленді; осындай батареялар бірінші электромобильдерді қоректендірді;
• жиырма ғасыр марганец-цинкіден литийге дейінгі химиялық жүйелердің әртүрлілігін әкелді; әрбір жаңа әзірлеме ток көздерінің энергосыйымдылығы мен қызмет ету мерзімін арттырды; бүгін біз екі ғасырлық прогрестің жемістерін пайдаланамыз.

Бұл жетілдірулер электр энергиясын әр адамға тұрмыста қолжетімді етті.

Вольтаның өнертабысы электр дәуірінің жанып кеткен оты болған кішкентай ұшқын заряды болды. Ол механикалық жетек немесе табиғи құбылыстарсыз энергияны басқаруға болатынын көрсетті. Бүгін смартфонды қалтадан шығарған кезде біз цинк пен күміс сақиналармен жасалған сол гениалды тәжірибенің мұрагерін пайдаланамыз. Бірінші батарейка тарихы еске салады: ең үлкен жаңалықтар жиі даулардан, бақылағыштықтан және қалыптасқан көзқарастарға шақыру берудің батылдығынан туады.