„Era elektryczności zaczęła się od błędu!” – felieton

Sprawy związane z energią elektryczną zaprzątają dziś uwagę wszystkich. Zapowiedzi zmian cen są przerażające! Ale nikt chyba obecnie nie wyobraża sobie życia bez elektryczności. Zapewnia ona oświetlenie, zasila komputery i Internet, napędza niezliczone urządzenia w pracy i w domu, zimą grzeje a latem chłodzi. Słowem – jest niezbędna. W historii jej produkcji i dystrybucji była jednak przygoda, która mogła opóźnić rozwój elektryfikacji o dziesiątki lat, bo największy innowator i wynalazca – upierał się przy niewłaściwym rozwiązaniu.

Owym największym innowatorem i wynalazcą był Thomas Alva Edison. Właściciel ponad 1000 patentów, odkrywca wielu technologii, zapoczątkował dostarczanie prądu do ludzi – ale posłużył się niewłaściwym prądem!

Jak wiadomo możemy wytwarzać i używać prąd stały albo prąd zmienny. Wszyscy wiedzą, co to znaczy: prąd stały płynie w jedną stronę – umownie od „plusa” do „minusa”. Dlatego przy wymianie baterii, będących obecnie najpopularniejszym źródłem prądu stałego, trzeba uważać, gdzie jest ten plus i minus! Natomiast prąd zmienny (taki mamy w gniazdkach) płynie raz w jedną, a raz w drugą stronę. Zmienia kierunek sto razy na sekundę.

Że co?

Że taki dziwny prąd nie mieści się w głowie?

Nie martwcie się! Edisonowi też się nie mieścił.

Dlatego gdy wymyślił, że prąd można produkować i sprzedawać, to zastosował prądnice wytwarzające prąd stały. Prądnice takie pokazał po raz pierwszy na wystawie w Paryżu w 1881 roku, a potem zbudował pierwszą elektrownię świata, przy ulicy Pearl Street w Nowym Jorku. Postawił tam aż 6 prądnic nazwanych „Jumbo”, które produkowały prąd stały o napięciu 110 V i wytwarzały łącznie 600 kW energii. Prąd ten Edison sprzedawał odbiorcom na Manhattanie. Potrzebowali oni tego prądu, bo zastosowali elektryczne oświetlenie w postaci żarówek. Oczywiście wynalezionych przez Edisona!

Niestety prąd stały dramatycznie tracił moc gdy był przesyłany na większą odległość. W praktyce zasięg przesyłu energii kończył się na 800 m. Podobne doświadczenia miał Francuz, Marcel Deprez, który na wystawie elektrycznej w Monachium (w 1882 roku) przesłał wprawdzie energię na odległość 69 km (z elektrowni wodnej w Miesbach do Monachium), ale musiał użyć napięcia 850 V i przesłał moc zaledwie 441 W, co wystarczyłoby do zaświecenia 10 żarówek (w rzeczywistości użyta była pompa sztucznego wodospadu).
Z przesyłem energii elektrycznej prądem stałym borykał się także Szwajcar René Thury. Poszedł on w kierunku zastosowania wysokich napięć. Łącząc szeregowo wiele prądnic uzyskał napięcie 14.000 V, dzięki czemu udało mu się przesyłać energię elektryczną na odległość 120 km. Pojawił się jednak problem, co zrobić z prądem o tak dużym napięciu u odbiorcy? Próbowano łączyć odbiorniki energii też szeregowo, ale to było niepraktyczne. Zdarzały się też efekty porażeń.
Rozwiązaniem okazał się prąd zmienny. Stosując ten rodzaj prądu można było budować prądnice wytwarzające prąd o niezbyt dużym (bezpiecznym napięciu). Potem to napięcie można było podwyższyć za pomocą transformatora, przesłać linią wysokiego napięcia przy minimalnych stratach, a u odbiorcy kolejnym transformatorem obniżyć napięcie do takiego poziomu, jakiego wymagały zasilane urządzenia (na przykład żarówki).

Transformator został wynaleziony dość wcześnie. Jego zasada była wykorzystywana w wynalezionych w 1850 roku źródłach wysokiego napięcia, tak zwanych cewkach Ruhrmkorffa. Używał go w 1876 roku twórca pierwszych systemów oświetlenia elektrycznego, Paweł Jabłoczkow. W 1882 roku patent na budowę transformatora (w nowoczesnym rozumieniu) uzyskał Lucien Gaulard. Jego projekt w 1885 udoskonalili inżynierowie budapesztańskiej firmy Ganz: Miksa Déri, Otto Blathy i Károly Zipernowski. Żeby w pełni wykorzystać zalety transformatora trzeba było jednak podjąć twardą, „męską” decyzję: Zrezygnować z prądu stałego i zacząć produkować i rozsyłać prąd zmienny.

Niestety Edisona nie było stać na taką decyzję, więc wybuchła tak zwana „wojna prądów”. Ale o niej napiszę za tydzień.

Skrócona wersja poniższego felietonu autorstwa prof. Ryszarda Tadeusiewicza została opublikowana w „Dzienniku Polskim” oraz „Gazecie Krakowskiej” 18.11.2022 r.

Wykaz wszystkich publikacji popularnonaukowych prof. Tadeusiewicza wraz z odnośnikami do ich pełnych wersji