Benjamin Franklin elektriğin keşfetmiş kişi olarak bilinmektedir. Yaptığı tek şey ise, yıldırım ve elektrik arasında bir bağlantı kurmaktır. Charles François Dufay, Luigi Galvani, Alessandro Volta, Michael Faraday, Thomas Alva Edison ve Nikola Tesla, elektriğin geliştirilmesine ve ticarileştirilmesine önemli katkılarda bulunmuşlardır. Günümüzde her alanda etrafımızda kullanılmaktadır. Örneğin; ışıklar, fanlar, bilgisayarlar, cep telefonları ve sayısız başka cihaz elektirik enerjisi ile çalışmaktadır.
Modern dünyada elektrik enerjisini tüm yeni icatlar tarafından çalışma gücü olarak işlev göstermektedir. Elektrikten kaçmaya çalışsak bile, insan vücudundaki sinapslardan fırtınalı şimşeklere kadar doğanın her yerinde karşınıza çıkacaktır.
Elektriği kimin keşfettiğini biliyor musunuz?
Aslında, bu oldukça zor bir soru olarak karşımıza çıkmaktadır. Çoğu insan sadece Benjamin Franklin tarafından ortaya çıkarıldığına inanmaktadır. Bu da kimilerine göre haksızlık olarak düşünülmektedir. Diğer birçok bilim adamı, Franklin’in deneylerini elektriği incelemek için kullandığını bilmektedirler. Bazıları ise, başka çeşidini icat etmişlerdir. Daha derine inelim ve bu bilim adamlarının kimler olduğunu ve katkılarının neler olduğunu öğrenelim.
Elektriğin keşfi
MÖ 600 civarında, Yunan matematikçi Milet’li Thales, kürkün kehribara sürtünmesinin aralarında bir çekime neden olduğunu keşfetmiştir. Daha sonraki gözlemler, bu çekimin statik adı verilen elektrik yüklerindeki bir dengesizlikten kaynaklandığını kanıtlamıştır.
Arkeologlar ayrıca eski insanların elektrikle deney yapabileceğine dair kanıtlar bulmuşlardır. Aynı şekilde 1936’da demir çubuk ve bakır plakalı bir toprak çömlek bulunmuştur. Bu cisim bir elektrokimyasal (galvanik) hücreye benzemektedir. Ancak o dönem de bu aletin ne için kullanıldığı belli değildir. Bu olay eski insanların biz onu bilmeden çok önce erken pil formları üzerinde çalışmış olabileceği gerçeğine ışık tutmaktadır.
“Elektrik” kelimesinin ortaya çıkışı
İlk olarak Thomas Brown, “elektrik” kelimesini kullanmıştır.
1600 yılında İngiliz fizikçi William Gilbert, kehribarın sürtünmesiyle statik elektriğin nasıl üretildiğini açıkladığı De Magnete adlı bir kitap yazmıştır. Ancak bunu tespit ederken, elektrik yükünün tüm malzemeler için evrensel olduğunu anlamamıştır.
Gilbert, kehribar kullanarak statik elektriği incelediği ve kehribarın Yunanca “Elektrum” olarak adlandırıldığı için, eylemine elektrik kuvveti demeye karar vermiştir. Ayrıca vücutta bir yükünün varlığını tespit etmek için elektroskobu icat etmiştir. Gilbert’in çalışması, ilk olarak 1946’da Sir Thomas Brown tarafından yazılan bilimsel dergi Pseudodoxia Epidemica’nın ikinci sayısında ortaya çıkan İngilizce elektrik kelimesini doğurmuştur.
Elektrik yükü türlerinin keşfi
Daha fazla araştırma, birçok bilim adamı tarafından gerçekleştirilmiştir. Örneğin Otto von Guericke, 1663’te sürtünmeli elektrik makinesinin ilkel bir formunu icat etmiştir.
Stephen Gray, iletkenlik ve yalıtım arasında ayrım yapmış ve 1729’da elektrostatik indüksiyon adı verilen bir tür keşfetmiştir.
XVII yüzyılın başlarındaki en büyük katkılardan biri Fransız kimyager Charles François Dufay tarafından yapılmıştır. Kendisi iki türünü keşfetmiştir; camsı ve reçineli (Günümüzde ki adı ile pozitif ve negatif yükler olarak bilinmektedir). Ayrıca aynı yüklü cisimlerin birbirini çektiğini, zıt yüklü cisimlerin ise itildiğini bulmuştur. Ayrıca, bir cismin elektriksel özelliklerinin rengine bağlı olduğu gibi, zamanın bazı popüler yanılgılarına da açıklık getirmiştir.
Yıldırımın Elektrik Olduğunun Kanıtlanması
XVIII yüzyılın ortalarında Benjamin Franklin, elektriği anlamak için kapsamlı bir şekilde çalışmış ve sayısız deney yapmıştır. 1748’de kurşun levhalar arasına birkaç cam levha yerleştirerek bir pil icat etmiştir. Ayrıca yükün korunumu ve ilkesini keşfetmiştir.
Haziran 1752’de Franklin, yıldırımın elektrik olduğunu kanıtlamak için ünlü bir deney yapmıştır. Nemli bir uçurtma ipinin dibine metal bir anahtar takmış ve bir fırtına sırasında uçurtmayı uçurmuştur. Bunu yaparken çarpılmayı önlemek için yalıtkan bir madde de eklemiştir. Sonuç olarak ise beklediği gibi, uçurtma gök gürültüsü bulutlarından bir miktar elektrik yükü toplamıştır. Ardından ise, ipten aşağı damlayarak onu sallamıştır. Bu deney ise, yıldırımın gerçekten de elektriksel olduğunu kanıtlamıştır.
Biyoelektromanyetizma ve keşfi
Luigi Galvani Biyoelektromanyetizmayı 1780’lerde Keşfetmiştir. Bir İtalyan fizikçi ve biyolog olarak biyoelektromanyetizmanın gelişiminde öncülük etmiştir. Ayrıca 1780’de bununla ilgili kurbağalar üzerinde birkaç deney yapmıştır. Bu deneye göre, elektriğin nöronlarının sinyalleri kaslara ilettiği bir ortam olduğunu keşfetmiştir.
Pil ve icadı
Alessandro Volta adlı başka bir İtalyan fizikçi, belirli kimyasal reaksiyonların sabit bir elektrik akımı üretebileceğini keşfetmiştir. Aynı şekilde sürekli yüklü enerji akışını üretmek için bir pil yapmıştır. İlk pil alternatif bakır ve çinko katmanlarından yapılmıştır. Volta ayrıca belirli bir nesne için orantılı olduklarını açıklayarak elektrik potansiyeli (V) ve yük (Q) arasında ayrım yapmıştır. Buna ise, Volta’nın kapasitans yasası denmektedir.
Bu çalışma nedeni ile, enerji potansiyelinin (volt) SI birimi onun adını almıştır. Volt’un araştırması çok dikkat çekmiş ve diğer bilim adamlarını benzer çalışmalar yapmaya teşvik etmiştir. Bu da sonuçta elektrokimya adı verilen yeni bir fiziksel kimya dalının geliştirilmesine yol açmıştır. Alman fizikçi Georg Simon Ohm, Volta elektrokimyasal hücresini daha da incelemiştir. Aynı şekilde elektrik akımının iletkene uygulanan voltaj ile doğru orantılı olduğunu bulmuştur. Bu bağlantıya ise, Ohm yasası denmektedir.
Elektriğin manyetik alanlar oluşturması
IXX yüzyılın başlarında, Danimarkalı fizikçi Hans Christian Oersted, elektrik ve manyetizma arasında doğrudan bir bağlantı keşfetmiştir. Buna göre 1820’de pusula iğnesinin akımı tarafından nasıl saptırılabileceğini anlatan keşiflerini yayınlamıştır.
Aynı zaman da Oersted’in bu çalışması, Fransız fizikçi André-Marie Ampere’ye elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi daha iyi açıklayabilecek bir fiziksel ve matematiksel teori geliştirmesi için ilham vermiştir. Akım taşıyan nesneler arasındaki manyetik kuvvetleri temsil etmek için matematiksel bir formül oluşturulmuştur. Bu çalışma için onuruna elektrik akımını (amper) ölçmek için bir birim seçilmiştir.
1820’lerde Amper ile birlikte, elektromıknatıs ve telgraf da dahil olmak üzere çok sayıda cihaz icat etmiştir.
Elektriğin teknolojide kullanılması
Michael Faraday, ilk kez elektromanyetik alan kavramının temellerini atmıştır. Ayrıca bu icadı ile ışık ışınlarının manyetizma tarafından etkilenebileceğini keşfetmiştir. İlk iş olarak elektrik motoru teknolojisinin temelini oluşturan elektromanyetik döner cihazları icat etmesidir.
Aynı dönem de Faraday, dönme mekanik enerjisini sürekli olarak enerjiye dönüştürerek elektrik üretmeyi mümkün kılan bir elektrikli dinamo makinesi geliştirmiştir.
Aynı şekilde 1832’de Faraday, bu enerjinin davranışını incelemek için bir dizi deney yapmıştır. Bu çalışmalarında üzerine çeşitli elektrik “türlerinin” sınıflandırılmasının yanıltıcı olduğu sonucuna varmıştır. Ayrıca bunun yerine, yalnızca bir “tip” elektriğin olduğunu ve akım ve voltaj (miktar ve yoğunluk) gibi değişen parametrelerin farklı gruplarını yaratacağını öne sürmüştür.
Elektromanyetik radyasyon
1873’te İskoç bilim adamı James Clerk Maxwell, elektromanyetik alanı doğru bir şekilde tanımlayabilecek denklemler geliştirmeye başlamıştır. Elektrik ve manyetik alanların ışık hızında dalgalar gibi hareket ettiğini öne sürmüştür. Bu nedenle bunun üzerine yoğun çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmaların sonucu olarak Heinrich Rudolf Hertz sonunda bu teoriyi kanıtlamış ve Guglielmo Marconi bu dalgaları radyo geliştirmek için kullanmıştır.
Ticarileştirilmiş enerji
1879’da Thomas Alva Edison, yanmadan çok önce dayanacak pratik bir ampul icat etmiştir. Bu icadın üzerine bir sonraki görev olarak, insanlara bu lambalara güç sağlamak için gerçek bir enerji kaynağı sağlayabilecek bir sistem geliştirmiştir.
1882’de Londra’da elektrik üretmek ve insanların evlerine taşımak için ilk elektrik santrali kurulmuştur. Bunun üzerine birkaç ay sonra, Manhattan Adası’nın alt kısmına elektrik aydınlatması sağlamak için New York’ta başka bir santral kurulmuştur. İlk santral ile yaklaşık 85 tüketici, 5.000 lambayı yakmaya yetecek kadar enerji almıştır. Tesis, DC jeneratörlerine güç sağlamak için pistonlu buhar motorları kullanmıştır. Ancak bir DC dağıtımı olduğu için, servis alanı, besleyicilerdeki voltaj düşüşüyle sınırlandırılmıştı.
Alternatif akım ve ortaya çıkışı
Bu çağdaki dönüm noktası birkaç yıl sonra Nikola Tesla’nın Edison için çalışmak üzere New York’a gelmesiyle ortaya çıkmıştır. Edison Machine Works’ten altı ay sonra kazandığına inandığı ödenmemiş ikramiyeler nedeniyle ayrılmıştır. Tesla, şirketten ayrıldıktan kısa bir süre sonra yeni bir tip AC motor ve güç aktarım teknolojisi keşfetmiştir. Ülkeye en yüksek kalitede elektriği sağlamak için AC sisteminin patentini almak adına, George Westinghouse ile birlikte bu konu üzerine çalışmalar yapmıştır.
Tesla’nın icat ettiği güç sistemi, uzun mesafeli yüksek gerilim iletimindeki avantajları nedeniyle hızla Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa’ya yayılmıştır. Tesla’nın Niagara Şelaleleri’ndeki ilk hidroelektrik santrali, 200 mil kareden fazla enerji taşıyabilme kapasitesine sahiptir. Buna karşılık, Edison’un DC elektrik santrali yalnızca bir mil içinde taşıyabiliyordu. Günümüzde alternatif akım çoğu enerji santrali tarafından üretilmekte ve neredeyse tüm güç dağıtım sistemleri tarafından kullanılmaktadır. 2019 yılında toplam küresel brüt elektrik üretimi 27.644 TWh olmuştur.
Fotoelektrik etkinin gözlemlenmesi
Tesla alternatif akımı icat etmek ve dağıtmakla meşgul olmuştur. Ancak o dönemde Heinrich Hertz elektromanyetik dalgaları anlamak için bir dizi deney yapmıştır. 1887’de, elektromanyetik radyasyon (ışık gibi) bir malzemeye çarptığında elektronların yayıldığı bir icat olarak ortaya çıkmıştır. Ayrıca bu icat fotoelektrik etkinin gözlemlenmesine olanak sağlamıştır.
1905’te Albert Einstein, ışık enerjisinin ayrık nicelenmiş paketlerde taşındığını varsayan “Fotoelektrik Etkiler Yasası”nı yayınlamıştır. Bu, kuantum mekaniğinin gelişiminde belirleyici bir adım olarak tarihte bilinmektedir. Bu çalışma ise, Einstein’a 1921 Nobel Fizik Ödülü kazandırmıştır.
Bu yasaya göre, fotovoltaik etki, güneş panellerinde yaygın olarak bulunan güneş pillerinde kullanılmıştır. Bu güneş pilleri, üzerlerine güneş ışığı geldiğinde voltaj üretilmekteydi. Bunun sonucu ile de elektrik akımı sağlanmaktadır.
2019’un sonunda, dünya çapında toplam 629 gigawatt güneş enerjisi kurulmuştur. Üretiminin çevresel etkisini azaltmak için birçok ülke ve bölge yenilenebilir enerji kaynaklarına geçmiştir. Bu sayı önümüzdeki yıllarda daha da artacaktır. Bu yüzden elektriği keşfettiği için sadece bir kişiyi sorunlu tutmak yanlış olacaktır. Elektrik fikri binlerce yıldır var olmasına rağmen, onu bilimsel olarak inceleyen çok fazla kişi olmuştur. Bu nedenle, birkaç büyük beyinin çakılmaları çeşitli alt kümeleri üzerinde başarı yakalamış ve gelişmesi sağlanmıştır.
