طلوع عصر برق: از الکتریسیته ساکن تا سیستم‌های متناوب

تاریخچه الکتریسیته، مغناطیس و الکترومغناطیس (قرن 16 تا 19 میلادی)

در این بخش، تحولات دانش در زمینه الکتریسیته، مغناطیس و الکترومغناطیس از آغاز علم نوین در قرن شانزدهم تا دهه‌های پایانی قرن نوزدهم بررسی می‌شود؛ دوره‌ای که طی آن این مفاهیم از مشاهدات پراکنده به نظریه‌ای یکپارچه و فناوری‌محور تبدیل شدند.

قرن 16 و 17: آغازین‌ها و مشاهدات اولیه

·        ویلیام گیلبرت (William Gilbert, 1544–1603)، نخستین دانشمندی بود که پدیده‌های مغناطیسی و الکتریکی را به‌صورت نظام‌مند مطالعه کرد. وی در اثر مشهور خود De Magnete (1600) نشان داد که زمین خود یک آهن‌ربای عظیم است و میان مغناطیس و الکتریسیته ساکن (ناشی از مالش کهربا) تمایز قائل شد (Gilbert, 1600).

·        کریستیان هویگنس (Christiaan Huygens, 1629–1695)، اگرچه مستقیماً در الکتریسیته پژوهش نکرد، اما مطالعات او در فیزیک عمومی به درک میدان‌های طبیعی کمک کرد.

·        اتو فون گِریکِه (Otto von Guericke, 1602–1868)، با ساخت نخستین مولد الکتریسیته ساکن (گوی گوگردی)، نشان داد که الکتریسیته می‌تواند به‌صورت مصنوعی و کنترل‌شده تولید شود و این امر نقش مهمی در گذار به رویکرد آزمایشی ایفا کرد (Heilbron, 1979).

قرن 18: الکتریسیته و آزمایش‌های پایه‌ای

در قرن هجدهم، الکتریسیته به‌تدریج به‌عنوان یک پدیده مستقل علمی شناخته شد.

·        استیون گری (Stephen Gray, 1666–1736)، برای نخستین بار مفهوم رسانایی و نارسانایی الکتریکی را مطرح کرد و نشان داد که بار الکتریکی می‌تواند از برخی مواد عبور کند (Gray, 1731).

·        بنجامین فرانکلین (Benjamin Franklin, 1706–1790)، یکی از چهره‌های برجسته در تاریخ الکتریسیته تجربی قرن هجدهم به‌شمار می‌رود. او در سال 1752 با انجام آزمایش مشهور بادبادک نشان داد که صاعقه ماهیتی الکتریکی دارد. در این آزمایش، فرانکلین با استفاده از یک بادبادک در هوای طوفانی، نخ مرطوب، کلید فلزی و یک بطری لیدن، موفق شد بار الکتریکی حاصل از ابرهای طوفانی را آشکار سازد. این آزمایش نخستین شواهد تجربی قانع‌کننده درباره ماهیت الکتریکی رعد و برق را ارائه داد (Franklin, 1751).

فرانکلین همچنین با معرفی قرارداد نام‌گذاری بارهای الکتریکی به «مثبت» و «منفی»، گامی مهم در نظام‌مند شدن مفاهیم الکتریسیته برداشت. هرچند برداشت او از جهت جریان بار بعدها اصلاح شد، این نام‌گذاری همچنان در فیزیک مدرن حفظ شده است. از دیگر دستاوردهای مهم وی می‌توان به اختراع میله برق‌گیر اشاره کرد که نخستین کاربرد مهندسی عملی الکتریسیته محسوب می‌شود. این وسیله با هدایت بار الکتریکی صاعقه به زمین، از ساختمان‌ها در برابر آسیب محافظت می‌کرد.

فرانکلین نتایج پژوهش‌های خود را در اثر معروف Experiments and Observations on Electricity  منتشر کرد که تأثیر عمیقی بر پژوهشگران اروپایی گذاشت و زمینه‌ساز پیشرفت‌های بعدی در الکتریسیته و الکترومغناطیس شد.

·        شارل-آگوستن دو کولن (Charles-Augustin de Coulomb, 1736–1806)، در سال 1785 با استفاده از ترازوی پیچشی، قانون بنیادی نیروی الکتروستاتیکی را به‌صورت ریاضی فرمول‌بندی کرد.

روش کار کولن:

1. ترازو کشش: کولن از یک میله انعطاف‌پذیر استفاده کرد که به یک نخ آویزان شده بود. هنگامی که نیروی الکترواستاتیک بین دو بار بر میله وارد می‌شد، میله خم می‌شد و میزان انحراف میله متناسب با بزرگی نیروی الکترواستاتیک بود.
2. آزمایش‌ها: کولن دو بار را با اندازه‌های مختلف به فاصله های مختلف از یکدیگر قرار می داد و با اندازه گیری میزان انحراف میله، نیروی بین آنها را محاسبه می کرد.
3. رابطه ریاضی: با انجام تعداد زیادی آزمایش و تحلیل داده‌ها، کولن به این نتیجه رسید که نیروی بین دو بار مستقیماً متناسب با حاصلضرب اندازه بارها و معکوس درجه دوم فاصله بین آنها است. در نهایت، او قانون کولن را به صورت زیر بیان کرد:

که در آن:

F نیروی الکترواستاتیکی بین دو بار است.

k ثابت کولن است (که مقدار دقیق آن بعداً تعیین شد).

و q_{1 ،}  q₂ اندازه بارها هستند.

r² فاصله بین دو بار است.

این قانون، پایه اساسی خازن‌های الکتریکی شد (Coulomb, 1785).

قرن 19: الکترومغناطیس و نظریه یکپارچه

این قرن شاهد ادغام الکتریسیته و مغناطیس در یک چارچوب واحد بود.

·        گئورگ سیمون اهم (Georg Simon Ohm, 1789–1854)، در سال 1827 قانون اهم را ارائه کرد که پایه تحلیل کمی مدارهای الکتریکی شد:

 که در آن  V ولتاژ، I جریان و R مقاومت است (Ohm, 1827).

·        هانس کریستیان اورستد (1820)، نخستین کسی بود که ارتباط مستقیم جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی را نشان داد.

·        آندره-ماری آمپر (André-Marie Ampère, 1775–1836)، پژوهش‌های اورستد را بسط داده و قوانین حاکم بر برهم‌کنش جریان‌های الکتریکی را صورت‌بندی کرد. این تحلیل‌ها بنیان «الکترودینامیک» را شکل داد (Ampère, 1836).

قانون آمپر، که در قالب میدان مغناطیسی در صورت‌بندی مدرن به شکل:

که در آن:

B میدان مغناطیسی است.

d یک عنصر کوچک مسیر است.

μ₀ نفوذپذیری مغناطیسی خلاء است.

I_{enclosed} جریان الکتریکی محصور شده در مسیر است.

·        مایکل فارادی (Michael Faraday, 1791–1867)، در سال 1831 قانون القای الکترومغناطیسی را کشف کرد:

که در آن:

EMF: نیروی محرکه الکتریکی (بر حسب ولت)

N: تعداد دور سیم‌پیچ‌ها

Φ: شار مغناطیسی (بر حسب وبر)

t: زمان (بر حسب ثانیه)

وی مفهوم «میدان» را وارد فیزیک کرد و بنیان فناوری ژنراتورها و موتورهای الکتریکی را گذاشت (Faraday, 1831).

وحدت نظری و پایان قرن نوزدهم

·        جیمز کلرک ماکسول (James Clerk Maxwell, 1831–1879)، با تدوین معادلات چهارگانه‌ی معروف خود، الکتریسیته، مغناطیس و نور را در چارچوب نظریه‌ای واحد توضیح داد (Maxwell, 1865):

که در آن:

E میدان الکتریکی است.

B میدان مغناطیسی است.

ρ چگالی بار است.

J چگالی جریان است.

ε₀ گذردهی الکتریکی خلاء است.

μ₀ نفوذپذیری مغناطیسی خلاء است.

·        هاینریش هرتز (Heinrich Hertz, 1857–1894)، در دهه 1880 با تولید و آشکارسازی امواج الکترومغناطیسی، پیش‌بینی‌های ماکسول را به‌طور تجربی تأیید کرد.

اختراعات و مخترعین مهم: از باتری تا موتور AC

الکتروشیمی و توسعه باتری‌ها

الکتروشیمی، شاخه‌ای از علم شیمی است که به رابطه بین فعالیت‌های شیمیایی و الکتریسیته می‌پردازد. تاریخچه توسعه باتری‌ها، سنگ بنای این علم و نقطه آغاز عصر الکتریسیته مدرن است.

ریشه‌های کشف: از انقباض تا جریان

لوئیجی گالوانی (Luigi Galvani, 1737–1798): در اواخر قرن هجدهم، گالوانی با مشاهده پدیده «الکتریسیته حیوانی» (انقباض ناخواسته عضلات قورباغه در تماس با دو فلز مختلف) پایه‌های اولیه مطالعه پدیده‌های الکتروشیمیایی را بنا نهاد (Galvani, 1791). این مشاهده، هرچند اشتباه تفسیر شد، الهام‌بخش تحقیقات بعدی بود.

الساندرو ولتا (Alessandro Volta, 1745–1827): ولتا با درک اینکه منبع جریان، خود قورباغه نیست بلکه تماس دو فلز با یک محیط مرطوب است، در سال 1800 اولین منبع الکتریسیته پایدار و قابل استفاده، یعنی پیل ولتایی (Voltaic Pile) را ساخت.

• ساختار: این پیل از لایه‌های متناوب ورقه‌های فلزی (معمولاً روی و مس) تشکیل شده بود که توسط پارچه یا مقوای آغشته به محلول الکترولیت (مانند آب نمک یا اسید رقیق) از هم جدا می‌شدند.
• اهمیت: این اختراع برای اولین بار امکان تولید جریان مستقیم (DC) پیوسته را فراهم کرد و نقطه عطفی در تاریخ فیزیک و مهندسی برق به‌شمار می‌آید (Volta, 1800).

توسعه باتری‌های اولیه (قرن 19)

پس از اختراع ولتا، تلاش‌ها بر افزایش کارایی، ثبات و قابلیت شارژ مجدد متمرکز شد:

1. باتری‌های اولیه (پیل‌های اسیدی): در اوایل قرن نوزدهم، نسخه‌های بهبودیافته‌ای از پیل ولتایی توسعه یافتند که به عنوان باتری‌های اسیدی اولیه شناخته می‌شوند. (توجه: باتری گالن (Galvanic Cell) نام عمومی برای هر سلول الکتروشیمیایی است که بر اساس مشاهدات گالوانی کار می‌کند، نه یک اختراع خاص در سال 1800 که جایگزین مستقیم پیل ولتا باشد).
2. باتری سرب-اسید (Lead-Acid Battery): در سال 1859، گاستون پلانته (Gaston Planté) این باتری را ابداع کرد. این اولین باتری قابل شارژ (Rechargeable) تجاری بود که از الکترودهای سربی و الکترولیت اسید سولفوریک استفاده می‌کرد. این فناوری به‌طور گسترده در وسایل نقلیه و ذخیره‌سازی انرژی استفاده شد.
3. باتری نیکل-کادمیوم (NiCd): در سال 1899، والدمار یونگنر (Waldemar Jungner) اولین نسخه عملی از باتری‌های نیکل-کادمیوم را توسعه داد.

• عملکرد: این باتری‌ها از کادمیوم به عنوان آند و نیکل به عنوان کاتد استفاده کرده و الکترولیت آن‌ها قلیایی (معمولاً هیدروکسید پتاسیم) است.
• مزیت: ظرفیت انرژی بالاتر و قابلیت شارژ و دشارژ مکرر نسبت به باتری‌های اسیدی.
• نقص: دارای اثر حافظه (Memory Effect) و حاوی کادمیوم سمی که دفع آن را دشوار می‌سازد.

توسعه لامپ رشته‌ای (Incandescent Light Bulb)

اختراع لامپ رشته‌ای توسط توماس ادیسون در سال 1879 نقطه اوج تلاش‌های چند دهه‌ای برای دستیابی به روشنایی الکتریکی پایدار و مقرون به صرفه بود. این فرآیند شامل کشف اثر حرارتی جریان الکتریسیته و یافتن ماده رشته‌ای مناسب بود.

تلاش‌های اولیه و پیشگامان (پیش از 1879)

پیش از موفقیت ادیسون، چندین دانشمند و مخترع به اصول اساسی و ساخت نمونه‌های اولیه لامپ‌های الکتریکی دست یافتند که عمدتاً بر اساس گرم شدن بیش از حد یک رشته رسانا تا حد نوردهی (Incandescence) کار می‌کردند:

1. همفری دیوی (Humphry Davy, اوایل 1800): دیوی اولین کسی بود که توانایی تولید نور توسط الکتریسیته را در سال 1802 نشان داد. او با عبور جریان از یک نوار کربنی متصل به سلول‌های الکتروشیمیایی (پیل‌های ولتایی)، پدیده قوس الکتریکی را ایجاد کرد. با این حال، این روش برای استفاده خانگی نامناسب بود زیرا رشته (کربن) به سرعت می‌سوخت و نور بیش از حدی تولید می‌کرد (Davy, 1802).
2. وارن دو لا رو (Warren de la Rue, 1840): او اولین کسی بود که یک رشته با مقاومت بالا را امتحان کرد. دو لا رو یک سیم پلاتین نازک را در یک لوله شیشه‌ای تخلیه شده قرار داد و جریان عبور داد. پلاتین مقاومت خوبی داشت اما به دلیل هزینه بسیار بالای آن، این اختراع از نظر تجاری موفق نبود (Derry & Williams, 1970).
3. جوزف سوآن (Joseph Swan, دهه‌های 1850 و 1860): سوآن، شیمی‌دان بریتانیایی، مدت‌ها بر روی استفاده از رشته‌های کربنی کار کرد. در دهه 1860، او نمونه‌هایی با رشته‌های کربنی در یک لامپ شیشه‌ای خلاء یافته تولید کرد، اما مشکل اصلی، خلاء ناکافی بود که باعث می‌شد رشته‌ها به سرعت اکسید شده و بسوزند (Hughes, 1983).

اوج‌گیری: اختراع لامپ تجاری ادیسون (1879)

توماس ادیسون (Thomas Edison, 1847–1931) با درک این موضوع که کلید موفقیت در سه عامل است: 1) رشته‌ای با مقاومت بالا، 2) خلاء بسیار خوب در حباب، و 3) سیستم توزیع برق مناسب، تمرکز خود را معطوف کرد.

• انتخاب رشته: ادیسون و تیمش هزاران ماده را آزمایش کردند و سرانجام در اکتبر 1879، رشته‌ای از نخ پنبه‌ای کربنیزه شده را به کار گرفتند. این رشته توانست بیش از 13.5 ساعت نوردهی پایدار ارائه دهد (Eddy, 1997).
• نقش جریان مستقیم (DC): لامپ اولیه ادیسون برای کار با جریان مستقیم (DC) طراحی شده بود، زیرا ادیسون از یک سیستم تولید و توزیع سراسری DC در مناطقی مانند نیویورک حمایت می‌کرد.
• سیستم‌سازی: موفقیت ادیسون نه تنها در خود لامپ، بلکه در طراحی یک سیستم روشنایی الکتریکی کامل بود که شامل ژنراتورها، سیم‌کشی، فیوزها و سوکت‌ها می‌شد.

نتیجه: با بهبود مستمر مواد رشته (که بعدها به فیلامان‌های تنگستن تغییر یافت) و گسترش سیستم توزیع برق، لامپ رشته‌ای ادیسون به سرعت جایگزین سیستم‌های گازی و قوس الکتریکی شد و عصر روشنایی نوین را آغاز کرد.

توسعه سیستم جریان متناوب (AC) و جنگ جریان‌ها

توسعه جریان متناوب (AC) به عنوان یک سیستم کارآمد برای تولید، انتقال و توزیع برق، نتیجه تلاش‌های چند مخترع بود که عمدتاً در رقابت مستقیم با سیستم جریان مستقیم (DC) توماس ادیسون قرار داشتند.

زمینه‌های تاریخی و رقابت (جنگ جریان‌ها)

در حالی که توماس ادیسون بر سیستم DC سرمایه‌گذاری کرده بود، این سیستم دارای محدودیت ذاتی بود: ولتاژ DC را نمی‌توان به راحتی و با بازده بالا برای فواصل طولانی تغییر داد، که این امر مستلزم احداث نیروگاه‌های متعدد در فواصل کوتاه بود.

نیکولا تسلا (Nikola Tesla, 1856–1943)، با درک این محدودیت‌ها، به توسعه سیستمی پرداخت که از این چالش‌ها رها باشد:

1. سیستم چندفاز و موتور القایی (Induction Motor): تسلا مفهوم موتورهای الکتریکی متناوب که بر پایه میدان مغناطیسی دوار (Rotating Magnetic Field) کار می‌کردند را پایه‌گذاری کرد. این موتورها بسیار ساده‌تر، ارزان‌تر و کارآمدتر از موتورهای DC بودند و اساس استفاده از برق AC را فراهم کردند (Gray, 2005).
2. ترانسفورماتور و انتقال از راه دور: تسلا روش‌هایی را برای استفاده از ترانسفورماتورها برای افزایش ولتاژ برق AC در زمان انتقال (برای کاهش تلفات اهمی) و سپس کاهش مجدد آن در نزدیکی مصرف‌کننده، توسعه داد. این قابلیت تغییر ولتاژ، کلید موفقیت انتقال برق در مسافت‌های طولانی بود (Tesla, 1888).

نقش تجاری‌سازی: جورج وستینگهاوس (George Westinghouse, 1846–1914)

تسلا ایده‌های خود را در آمریکا به ثبت رساند، اما برای اجرای و تجاری‌سازی آن‌ها به یک شریک صنعتی قوی نیاز داشت.

• پذیرش و سرمایه‌گذاری: وستینگهاوس، که خود بر روی سیستم‌های گازی و مهندسی راه‌آهن کار کرده بود، پتانسیل سیستم AC تسلا را به سرعت تشخیص داد. او حق امتیاز اختراعات کلیدی تسلا، به ویژه موتور القایی، را خریداری کرد (Witzman, 2008).
• نمایش قدرت AC: همکاری تسلا و وستینگهاوس منجر به رقابت شدیدی با ادیسون (طرفدار DC) شد که به عنوان “جنگ جریان‌ها” شناخته می‌شود. پیروزی این تیم با پروژه‌های نمادین به دست آمد:
• تأمین روشنایی نمایشگاه جهانی شیکاگو (1893) با استفاده از برق AC.
• ساخت اولین نیروگاه برق آبی بزرگ در آبشارهای نیاگارا (1895) که از سیستم‌های چندفاز AC تسلا برای انتقال برق به بوفالو (حدود 35 کیلومتر دورتر) استفاده کرد.

در نهایت، مزایای ذاتی سیستم AC – قابلیت افزایش و کاهش ولتاژ با کارایی بالا توسط ترانسفورماتورها و سادگی موتورهای AC – باعث شد که این سیستم به استاندارد جهانی برای تولید و توزیع برق تبدیل شود (Gray, 2005).

توسعه موتور الکتریکی: موتورهای القایی (AC) در برابر موتورهای DC اولیه

همانطور که در بخش قبلی اشاره شد، پیروزی سیستم AC مدیون ابداع موتور القایی (Induction Motor) توسط تسلا بود. در مقابل، موتورهای DC که در آن زمان غالب بودند، محدودیت‌هایی داشتند که موتور AC آن‌ها را مرتفع ساخت.

موتورهای جریان مستقیم (DC) پیش از AC

قبل از گسترش سیستم AC، موتورهای DC (که عمدتاً از نوع موتورهای جاروبک‌دار یا Brushed بودند) به دلیل قابلیت کنترل سرعت آسان، محبوبیت زیادی داشتند و در بسیاری از کاربردهای صنعتی اولیه استفاده می‌شدند.

• ساختار و محدودیت: این موتورها از جاروبک‌ها (Brushes) و کموتاتور (Commutator) برای تغییر جهت جریان در سیم‌پیچ روتور و حفظ گشتاور چرخشی استفاده می‌کردند.
• مشکل نگهداری: جاروبک‌ها و کموتاتورها مستعد سایش، تولید جرقه (Sparking) و نیاز به نگهداری مداوم بودند. جرقه همچنین خطر انفجار در محیط‌های حاوی گرد و غبار یا بخارات قابل اشتعال را افزایش می‌داد.
• محدودیت سرعت: جرقه زنی کموتاتور، سرعت موتورهای DC را به یک حد ایمن محدود می‌کرد.

انقلاب موتور القایی (AC) و برتری میدان مغناطیسی دوار

موتور القایی که تسلا در سال 1888 ثبت کرد، اساساً یک موتور بدون جاروبک (Brushless) بود که با برق AC کار می‌کرد. این تفاوت ساختاری، مزیت اصلی آن بود.

1. مفهوم میدان مغناطیسی دوار (Rotating Magnetic Field): تسلا دریافت که با استفاده از حداقل دو یا سه فاز جریان متناوب که با اختلاف فاز مشخص (معمولاً 120 درجه) تغذیه می‌شوند، می‌توان یک میدان مغناطیسی در استاتور (بخش ثابت موتور) ایجاد کرد که به صورت مکانیکی در حال چرخش است.
2. اصل القا: این میدان مغناطیسی در حال چرخش، سیم‌پیچ‌های روتور (بخش متحرک، معمولاً از نوع “قفس سنجابی” یا Squirrel Cage) را قطع می‌کند و باعث القای جریان در آن‌ها می‌شود. طبق قانون لورنتس، این جریان القایی یک گشتاور تولید می‌کند که روتور را مجبور به چرخش در جهت میدان دوار می‌کند.
3. برتری نسبت به DC:

• سادگی و دوام: از آنجایی که روتور موتور القایی القایی نیازی به اتصال خارجی از طریق جاروبک نداشت، از نظر مکانیکی بسیار ساده‌تر و بادوام‌تر از همتای DC خود بود.
• قابلیت مقیاس‌پذیری: این موتورها بدون محدودیت‌های جرقه زنی کموتاتور، می‌توانستند برای توان‌های بسیار بزرگ و با سرعت‌های بالاتر طراحی شوند، که برای نیروی محرکه کارخانه‌ها و سیستم‌های تولید برق ضروری بود (Gray, 2005).

استانداردسازی AC

پیروزی سیستم AC در “جنگ جریان‌ها” صرفاً یک پیروزی ولتاژ نبود، بلکه پیروزی ساختار موتور نیرومحرکه نیز بود. موتورهای القایی AC، به ویژه موتورهای قفس سنجابی، به دلیل قابلیت اطمینان، سادگی و امکان انتقال قدرت از راه دور، به ستون فقرات انقلاب صنعتی دوم تبدیل شدند.

ضبط صوت و تصویر در عصر DC و ارتباط آن با زیرساخت‌ها

بخش قبلی بر مزایای فنی موتورهای AC نسبت به موتورهای DC برای کاربردهای صنعتی سنگین تمرکز داشت. با این حال، در زمینه‌هایی که نیاز به قدرت پایین‌تر و قابلیت‌های الکترونیکی خاصی بود، سیستم DC ادیسون همچنان پیشگام بود.

توسعه ضبط صوت و تصویر: قلمرو ادیسون و DC

توماس ادیسون، به عنوان حامی اصلی سیستم جریان مستقیم (DC)، در توسعه دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی پیشگام بود که همگی در ابتدا بر پایه زیرساخت‌های DC طراحی شده بودند.

• دستگاه ضبط صوت (فونوگراف/فینائوفون): ادیسون در سال‌های 1877–1879، با کمک تیم تحقیقاتی خود، اولین دستگاه کارآمد برای ضبط و بازتولید صدا را ابداع کرد (Edison, 1877).
• وابستگی به DC: از آنجایی که در آن زمان سیستم برق شهری تنها شامل شبکه‌های DC بود، تمامی تجهیزات اولیه ادیسون (از جمله دستگاه‌های روشنایی و ضبط صوت) مستقیماً برای کار با ولتاژ پایین DC طراحی شده بودند. این اختراعات نشان‌دهنده اوج کاربرد DC در حوزه‌ی الکترونیک مصرفی و تجهیزات پردازش اطلاعات بود، در مقابل استفاده از AC در حوزه‌ی انتقال و نیروی محرکه صنعتی.
• دوربین فیلم‌برداری (سینماتوگراف): اختراع دوربین فیلم‌برداری نیز در همین دوره شکل گرفت.
• موتورهای DC در فیلم‌برداری: همانطور که در متن اشاره شد، در سال 1888، لوئیس لوتر ریتر (Louis Le Prince) تلاش‌های مهمی انجام داد. با این حال، توسعه‌ی سینماتوگرافِ عملی‌تر، به ویژه دستگاه‌های نمایش فیلم، نیازمند کنترل دقیق سرعت بود. موتورهای DC جاروبک‌دار، با وجود محدودیت‌های سرعت ذکر شده برای مصارف صنعتی، در این کاربردهای با توان پایین، کنترل سرعت نسبتاً دقیق‌تری نسبت به اولین نمونه‌های AC ارائه می‌دادند و بنابراین در دوربین‌های اولیه مورد استفاده قرار گرفتند (Hughes, 1983).

تمایز استراتژیک در جنگ جریان‌ها

این تمایز عملکردی بین AC و DC در طول “جنگ جریان‌ها” توسط ادیسون و طرفدارانش به عنوان یک مزیت برای DC برجسته شد:

• مزیت DC (نقطه قوت ادیسون): توانایی کنترل آسان ولتاژ پایین و حفظ ثبات برای کاربردهایی مانند روشنایی و دستگاه‌های الکترونیکی حساس (مانند ضبط صوت). ادیسون استدلال می‌کرد که AC برای روشنایی خطرناک است و برای لوازم الکتریکی مناسب نیست.
• برتری AC (نقطه قوت تسلا/وستینگهاوس): قابلیت انتقال حجم عظیمی از انرژی در فواصل طولانی و استفاده از موتورهای القایی کارآمد و کم‌نگهداری برای قدرت صنعتی سنگین و نیروگاه‌ها.

در حالی که اختراعات مصرفی اولیه ادیسون (صدا و تصویر) بر پایه DC بنا شدند، ماهیت زیرساخت‌های صنعتی آینده (نیروگاه‌ها و کارخانه‌ها) به سمت AC و موتورهای القایی تسلا سوق یافت، زیرا مقیاس‌پذیری و کارایی انتقال برق در AC غیرقابل انکار بود.

منابع :

رضایی، س. (1397). تاریخچه الکتریسیته. انتشارات دانشگاه تهران.

حاجی‌عسکر، م. (1396). دانش و فناوری در قرون وسطی و عصر طلایی. نشر نی.

Ampère, A.-M. (1836). Circulation of electric current. Journal des Sciences Naturelles, Physique et Chimie, 39(1), 225-237.

Coulomb, C.-A. (1785). Sur la nature de l’électricité et de la magnétisme. Mémoires de l’Académie des Sciences, 1, 1-10.

Davy, H. (1802). Elements of Chemical Philosophy. J. Johnson.

Derry, T. K., & Williams, T. I. (1970). A Short History of Technology from the Earliest Times to A.D. 1900. Oxford University Press.

Eddy, B. (1997). Thomas Edison: The Inventor of Light. Franklin Watts.

Faraday, M. (1831). Experimental Researches in Electricity. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 121, 7-57.

Franklin, B. (1751). Experiments and Observations on Electricity. (Collected Papers).

Galvani, L. (1791). De viribus electricitatis in motu musculari commentarius.

Gilbert, W. (1600). De Magnete. (J. L. C. & W. L. Shortrede, Trans.).

Gray, J. (2005). His Worst Enemy: The Life of Nikola Tesla. Sterling Publishing Co., Inc.

Gray, S. (1731). A Letter from Mr. Stephen Gray… Concerning a New Discovery in Electricity. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 37, 378-381.

Heilbron, J. L. (1979). Electricity in the 17th and 18th Centuries: A Study of Early Modern Physics. University of California Press.

Hughes, T. P. (1983). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880–1930. Johns Hopkins University Press.

Ohm, G. S. (1827). Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet. (On the galvanic circuit investigated mathematically).

Tesla, N. (1888). System of Electric Lighting. U.S. Patent No. 381,968. (و پتنت‌های مرتبط با موتور القایی).

Volta, A. (1800). Saggio elementare di elettricità chimica. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 90, 403-431.

Witzman, C. (2008). Tesla: A Man Out of Time. Thunder’s Mouth Press.

autorenewthumb_upthumb_down