ცოტა მეტი ელექტრობის შესახებ

თანამედროვე სამყარო ხომ წარმოუდგენელია მისი არსებობის გარეშე – დღეს ელექტრობა სხვადასხვა ფუნქციისა და დანიშნულების ნაგებობის ერთ-ერთი ყველაზე საჭირო და  მნიშვნელოვანი შემადგენელი ნაწილია. სამშენებლო პროექტზე მუშაობისას, ელექტროგაყვანილობა ისე უნდა იყოს დაგეგმილი, რომ შენობის ყველა წერტილს ელ. ენერგია შეუფერხებლად და უსაფრთხოდ მიეწოდებოდეს. მასალა კი, რომელსაც ელექტროგაყვანილობისთვის გამოვიყენებთ, ზუსტად უნდა პასუხობდეს მის მოთხოვნებს. ყველა დეტალის გასათვალისწინებლად, საქმე პროფესიონალებს უნდა ვანდოთ, რომლებმაც ზუსტად იციან ყველა ეს მნიშვნელოვანი ნიუანსი. მომდევნო ბლოგებში აღნიშნულ თემას გავშლით, დღეს კი გავიხსენოთ როგორ და როდის ვისწავლეთ ელექტროენერგიის გამოყენება ადამიანებმა და ყოველდღიურ ცხოვრებაში დანერგვა… მაინც რამდენი ხანი გავიდა მას შემდეგ?

ელექტრული პროცესების შესახებ პირველად საბერძნეთში შეიტყვეს, როდესაც ბერძენმა თალესმა შეამჩნია, რომ ქარვის შალსა და ბეწვზე ხახუნით, ქარვა უცნაურ თვისებებს იძენდა. ქვა ასე იზიდავდა მსუბუქ ნაწილაკებს. ქარვა ბერძნულად ელექტრონს ნიშნავს, აქედან წარმოიშვა ტერმინი ელექტრობაც (ხახუნით გამოწვეულ ამ პროცესს კი სხეულის ელექტრულად დამუხტვა უწოდეს). აღნიშნული ტერმინი უილიამ გილბერტმა მე-17 საუკუნეში დაამკვიდრა. სწორედ ამ პერიოდიდან მიიღო ნამდვილი მეცნიერული სახე ელექტრული მოვლენების კვლევამ. გილბერტმა აჩვენა, როგორ შეიძლება ხახუნის შედეგად, სხვადასხვა ნივთიერების დაელექტროება. მან 1600 წელს გამოსცა ნაშრომი, რომელშიც აღწერა კვლევები მაგნიტურ და ელექტრულ მოვლენებზე და მოგვცა პირველი თეორია ელექტროობასა და მაგნიტიზმზე.

თანამედროვე ელექტრული მოწყობილობებისა და ხელსაწყოების პროტოტიპები შეგვიძლია ვეძებოთ 1800-1900-იანი წლებში. სწორედ ეს დრო იქცა უამრავი ახალი აღმოჩენის და გამოგონების პერიოდად. მაგალითად ელექტრული ზარი, სხვადასხვა სახის ელექტროძრავები და ელექტროგენერატორები, ნათურები და სხვა. იტალიელი ფიზიკოსი ალესანდრო  ვოლტა იყო პირველი მეცნიერი, ვინც ელექტროდენი აღმოაჩინა და გამოიკვლია. მან 1800 წელს, შექმნა ელექტრო ენერგიის პირველი ქიმიური წყარო, ე.წ. ვოლტას ელემენტი. ამ ელემენტმა ჩაანაცვლა ელექტროსტატიკური გენერატორი. მოწყობილობაში ქიმიური ენერგია გარდაიქმნებოდა ელექტრულ ენერგიად. მის პატივსაცემად ძაბვის ერთეულს ვოლტი უწოდეს.

1900 წლიდან, დაიწყო ელექტრობის დანერგვა საზოგადოების ფართო ფენებში. შეიქმნა პირველი ელექტრიფიცირებული საწარმოები, დაიწყო მძლავრი ელექტრო სადგურების მშენებლობის და შორ მანძილზე ელექტრული გადაცემის განვითარება, ელექტრო ტრანსპორტის (საქალაქო) დანერგვა და გავრცელება.

შეგვიძლია აქვე ვახსენოთ ჰანს კრისტიან ერსტედის, ანდრე-მარი ამპერის და ფრანსუა არაგოს ცალკეული ექსპერიმენტებიც, რომლებმაც დაადასტურა კავშირი ელექტროენერგიასა და მაგნიტიზმს შორის. 1831 წელს, ინგლისში მაიკლ ფარადეიმ აღმოაჩინა ელექტრომაგნიტური ინდუქციის მოვლენა, რომელიც მოგვიანებით იქცა ელექტროძრავის განვითარების გასაღებად. დღემდე მასზეა დამყარებული მრავალი ელექტროტექნიკური მოწყობილობის მოქმედება.

AC/DC — ეს სახელი უამრავი ადამიანისთვის ავსტრალიურ როკ ჯგუფთან ასოცირდება, თუმცა სინამდვილეში ეს ელექტროდენის ტიპებია: ცვლადი და მუდმივი დენის აბრევიატურა. ის იშიფრება როგორც alternating current/direct current (ცვლადი დენი/მუდმივი დენი).

მუდმივი დენის მაგალითად, შეგვიძლია მოვიყვანოთ ელემენტის ე.წ. “ბატარეის” მიერ წარმოქმნილი ერთი მიმართულებით გავრცელებული მუდმივი ელექტრული ნაკადი, რომელიც მიეწოდება კონკრეტულ მოწყობილობას. ცვლადი დენი კი, რომელსაც ძირითადად ვიყენებთ დღეს და რომელიც ჩვენს სახლებში გაყვანილი დენის ქსელშია, მიმართულებას ყოველი წამის განმავლობაში 50-60-ჯერ (საქართველოში 50-ჯერ) იცვლის. ცვლადი დენის სისტემა სერბული წარმოშობის ამერიკელმა ფიზიკოსმა, ინჟინერმა და გამომგონებელმა ნიკოლა ტესლამ შექმნა.

ედისონი VS ტესლა

მოდით აქვე გავიხსენოთ რა ვიცით ნათურის გამოგონების შესახებ?  ცნობილი, თუმცა არაზუსტი ფაქტია, რომ ის ყველა დროის ერთ-ერთმა უდიდესმა გამომგონებელმა ტომას ედისონმა შექმნა. სინამდვილეში, ედისონმა მხოლოდ შეისყიდა ორი კანადელის – ვუდჰარდისა და ევანსის გამოგონება, მაგრამ ამით მან მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა ჩვენი სახლებისა და ქუჩების განათებაში.

ედისონის მიერ შექმნილი ნათურა მინის კოლბა იყო, რომელსაც მირჩილული ვარვარების ძაფი ჰქონდა. ვაკუუმის შესაქმნელად კი კოლბიდან ჰაერის გამოტუმბვა იყო საჭირო. ედისონმა გამოგონებაზე მუშაობა მაშინ დაასრულა, როცა ვარვარების ძაფის დასამზადებლად საჭირო მასალას მიაგნო და ეს იდეა შეისყიდა. ამის შემდეგ მან ცდები განაგრძო და აღმოაჩინა, რომ დენს შეუძლია, ნათურის შიგნით არსებულ ვაკუუმში იმოძრაოს, თუმცა ამის მიზეზს ვერ მიაკვლია.

დღეს უკვე ვიცით, რომ ეს მოვლენა ვარვარების ძაფიდან გამოყოფილი ელექტრონების მოძრაობის შედეგია. რასაც “ედისონის ეფექტი” ჰქვია. თანამედროვე ელექტრობის პრინციპს სწორედ ეს აღმოჩენა დაედო საფუძვლად.

ცნობილია, რომ ედისონი იყო მუდმივი დენის მომხრე, მოწინააღმდეგე კი ცვლადი დენის სისტემის შემქმნელი ნიკოლა ტესლა. მათ შორის ბრძოლა გაჩაღდა, თუ რომელი ელექტროდენის ტიპი დაიპყრობდა მსოფლიოს… არც თუ ისე დიდი ხნის შემდეგ ედისონმა წააგო ეს პაექრობა და მას შემდეგ, ყველა ელექტროსადგური  მხოლოდ ცვლად დენს გამოიმუშავებს. სწორედ ტესლას უნდა ვუმადლოდეთ, რომ დღეს შენობებში ცვლადი დენის წყალობით, ყველასათვის ხელმისაწვდომი ელექტრობა გვაქვს.

ტესლას პატენტებმა და თეორიულმა ნამუშევრებმა შექმნა საფუძველი თანამედროვე ელექტროტექნიკაში ცვლად დენზე მომუშავე ელექტრომოწყობილობებისათვის. მისი AC სისტემა მოიცავდა ელექტროენერგიის წარმოებისა და გამოყენებისთვის საჭირო ყველა ერთეულს: იქნებოდა გენერატორი, ტრანსფორმატორები, გადამცემი სისტემა, ძრავა, რაც გამოიყენება ტექნიკაში თუ განათება.

ორ დიდ მეცნიერს შორის ბრძოლა მაშინ დაიწყო, როცა 1891 წელს ნიჭიერი სერბი ფიზიკოსი ედისონმა თავის კომპანიაში სამუშაოდ მიიწვია. ედინსონს სჭირდებოდა სისტემა ელექტროობის გასანაწილებლად, რაშიც ტესლა უნდა დახმარებოდა. ტესლამ ამოცანას თავი წარმატებით გაართვა და ედისონის კომპანია უზარმაზარ ხარჯებს გადაარჩინა, თუმცა მალევე მათ შორის სიტუაცია დაიძაბა და დაპირისპირებაში გადაიზარდა. საქმე ეხებოდა მუდმივ და ცვლად დენს. აშშ-ში ატლანტის სანაპიროზე აშენებულ მუდმივი დენის სადგურებს დიდი სარგებელი არ მოჰქონდა. ედისონის შექმნილი ლამპები, რომლებიც მუდმივ დენზე მუშაობდნენ, ზედმეტად სუსტი იყო. სისტემა დაკისრებულ მოვალეობას ვერ ართმევდა თავს. შორ მანძილზე დენის სადენებით გადასაცემად მაღალი ძაბვა იყო საჭირო, გაყვანილობები კი მაღალ ძაბვას ვერ უძლებდა. გამართული მუშაობისთვის, საჭირო იყო ყოველ 3 კმ-ში ელექტროსადგურები დაედგათ. ამ ყველაფრისგან განსხვავებით, ტესლას შემოთავაზებული ცვლადი დენი წამში 50-60-ჯერ იცვლიდა მიმართულებას და მოწყობილობები თავისუფლად გაუძლებდა მაღალ ძაბვას. ენერგიის დანაკარგიც უმნიშვნელო იყო მუდმივი დენისგან განსხვავებით. ტესლას მტკიცებით, მომავალი ცვლად დენს ეკუთვნოდა.

ასე შექმნა მან ცვლად დენზე მომუშავე გენერატორები, ძრავები და ტრანსფორმერები. მის მიერ დამზადებული პატენტები შეიძინა ამერიკელმა ინჟინერმა ჯორჯ ვესტინგჰაუსმა და დაიწყო მუშაობა, რომ ამერიკა ტესლას სისტემით განათებულიყო, რასაც მოჰყვა სხვა ქვეყნების ცვლად დენზე გადასვლაც.

ასე დაიწყო იყო ომი AC-სა და DC-ს შორის და ცვლადი დენის გამარჯვებით დასრულდა. ომში პროგრესმა გაიმარჯვა და დღემდე აღნიშნული სისტემა განაპირობებს ჩვენამდე მოსულ იმ უამრავ სიკეთეს, რის გარეშეც წარმოუდგენელია თანამედროვე სამყარო.