Efter Alessandro Voltas experiment på 1800-talet med elektricitet genom ömsesidig kontakt av plattor av silver och zink fuktade med vatten, ändrade studien av elektricitet under 1800-talet inriktning på det fasta tillståndets fysik.
Allesandro Volta
Medan vetenskapsmännen sökte efter en aldrig sinande källa av energi, tog uppfinnare i olika delar av världen fram större batterier. Men, liksom idag, begränsades deras insatser av pengabrist.
Matematiker och fysiker var engagerade i en kapplöpning för att reda ut relationen mellan elektricitet och magnetism. Vid samma tid försökte uppfinnare och ingenjörer att överträffa varandra med fyndiga och än mer effektiva apparater och system för att utvinna, mäta och tämja energin.
Teoretikerna
Hans Christian Ørsted
Den teoretiska grunden för att förstå elektricitet lades i början på 1800-talet. År 1820 visade den danske fysikern, H C Ørsted, att ström som passerar genom en tråd kunde påverka en näraliggande kompassnål. Detta experiment gjorde det möjligt för honom att upptäcka den magnetiska effekten av elektrisk ström.
André-Marie Ampère
När demonstrationen upprepades av professor de la Rive vid Académie des Sciences i Paris, var den framstående matematikern André-Marie Ampère en av de närvarande som därefter började en serie undersökningar av fenomenet.
Georg Simon Ohm
Under tiden visade Georg Simon Ohm att en ström genom en elektrisk ledning är proportionell mot applicerad emk (källspänning ektromotans) och omvänt proportionell mot resistansen.
Den engelske kemisten Sir Humphrey Davey, som arbetade med att förbättra säkerheten för gruvarbetare som var beroende av stearinljus, producerade 1802 den första elektriska båglampan i vilken el urladdades mellan två kolstavar.
Michael Faraday
Hans laboratorieassistent var Michael Faraday, som år 1831, då han var direktör för Laboratory of the Royal Institution, undersökte det han kallade för ”evolution of electricity from magnetism”.
Faraday gjorde noggranna mätningar av elektriska krafter. Han genomförde även ett stort antal experiment genom magnetisering och avmagnetisering i vilka två separata isolerade spolar runt en järnring gjorde det möjligt för honom att på ett lyckosamt sätt demonstrera det komplexa fenomenet induktion.
Denna upptäckt kom senare att bereda vägen för utvecklingen av elektriska generatorer. Faradays experimentskivgenerator blev den första som producerade en kontinuerlig elektrisk ström.
James Clerk Maxwell
I en serie dokument producerade under åren 1855 till 1873 använde fysikern James Clerk Maxwell inkompressibla vätskor för att visa Faradays kraftlinjer, genom att etablera sina berömda serier av ekvationer och spekulerande i att elektromagnetism bär en anmärkningsvärd likhet med ljusets egenskaper.
Vid den tiden sade Maxwell:
”We can scarcely avoid the conclusion that light consists in the transverse undulations of the same medium which is the cause of electric and magnetic phenomena”.
Maxwell avled 1879 och fick tyvärr inte uppleva de experimentella bevisen av sin teori utan detta lämnades till Heinrich Hertz. Under åren 1885 till 1889 var Hertz professor vid Karlsruhe Polytechnic i Tyskland och utförde experiment i vilka han urladdade en kondensator genom ett gnistgap.
Detta var den första lyckade överföringen av radiovågor och Hertz kunde mäta deras våglängd och frekvens. Han visade därmed att radiovågor reflekterades och bröts på samma sätt som ljus.
Den engelske fysikern och uppfinnaren Sir Charles Wheatstone var professor i filosofiska experiment vid King’s College i London. När han studerade anatomi i Heidelberg deltog han år 1836 i en lektion i vilken professor Müncke demonstrerade en entrådig telegraf.
Imponerad av detta utvecklade Wheatstone den första kommersiellt accepterade installationen som två år senare kom i bruk i England på Great Western Railway. Han utvecklade också en lätthanterlig ABC-skrivande telegraf men misslyckades med att finna en lämplig marknad för denna.
År 1843 experimenterade Wheatstone med undervattenstelegrafi. Modellen saknade dock tillräcklig isolering hos de ledande trådarna. Ungefär samtidigt, i USA, ledde Samuel Morse liknande experiment och lyckades öppna allmän kommunikation mellan Baltimore och Washington.
Wheatstone blev även ihågkommen för att ha uppfunnit två apparater för att mäta och reglera resistans och ström: reostaten och Wheatstonebryggan är uppkallade efter honom.
Den första internationella undervattenskabeln som förenade Dover med Calais lades år 1851 av British Electric Telegraph Company. År 1866 gick den brittiske forskaren Lord Kelvin, som senare blev den första presidenten för IEC, vidare och nådde berömmelse över hela världen för sin atlantiska telegraf.
Under tiden visade matematikern Oliver Heaviside, som hade arbetat som telegrafoperatör, hur Maxwells ekvationer kunde reduceras till mer hanterbara differentialekvationer.
I och med att elgenerering blev en praktisk realitet, drogs vetenskapsmännens uppmärksamhet mot problemen att hantera den elektriska ingenjörskonsten matematiskt.
En av nyckelfigurerna var Charles Steinmetz från Tyskland. Inom tre år från att han anlände till USA år 1889 hade han formulerat lagen om hysteres som möjliggör att beräkna och minska förluster i motorer, generatorer och transformatorer.
Steinmetz fortsatte med att visa hur komplex teori kunde användas på ett elegant sätt för att förutsäga hur växelströmmen uppför sig
i en strömkrets.
Uppfinnarna
Medan den första hälften av århundradet tillhörde teoretikerna, blev den andra hälften en period av kreativitet inom vetenskapen och ingenjörskonsten.
Bland betydelsefulla uppfinnare från denna tid kan nämnas Thomas Edison, Nikola Tesla, Gugliemo Marconi och Colonel Crompton.
Thomas Edison
I USA började Thomas Edison, ett före detta tidningsbud, att göra affärer med tillverkare av telegra finstrument. Att överföra en enkel signal över en telegrafkabel var tidsödande och dyrt. Edisons multiplexa telegraf möjliggjorde överföring av mer än en signal på en enkel ledare.
År 1877 utökade Edison sin fabrik till tillverkning av kompletta generatorer och belysningssystem vari ingick hans egen konstruktion av glödlampan. Efter lyckosamma affärer med sin uppfinning fonografen fortsatte han med att utveckla den första kommersiellt lyckade elektriska glödlampan.
Nikola Tesla
Nikola Tesla föddes år 1856 i Smiljan i Kroatien av serbiska föräldrar och utvandrade till Amerika 1884. Enbart i USA hade han 112 patent inkluderande patent 382,280 på den elektriska överföringen av elkraft för vilken han är mest känd.
I detta patent skrev Tesla:
”By producing an alternating current, each impulse of which involves a rise and fall of potential I reproduce in the motor the exact conditions of the generator, and by such currents and the consequent production of poles the progression of the poles will be continuous and not intermittent”.
Guglielmo Marconi
Guglielmo Marconi föddes i Bologna i Italien år 1874. Under 1896 reste han till England och fick hjälp av William Preece, chefsingenjör för postverksamheten, med sina experiment av trådlös telegrafi.
I ett brev till Preece i november samma år påpekade Marconi att
”this very rapid charging and discharging of the capacity throws the ether all around into vibrations which affect the conductor at the receiver”.
I april 1897 medgav han inför Preece att
”I have not yet been able to find a satisfactory explanation as to how the signals get to the other side of the hills”.
Colonel R E B Crompton
Colonel Cromptons intresseområden sträckte sig från automobiler, cyklar, militärfordon och vägingenjörskonst till elektrisk belysning, elgeneratorer och elektrisk utrustning. Den engelske ingenjören fortsatte med att skapa en av årtiondets mest framstående ingenjörsfirmor, Crompton and Co.
I slutet av århundradet, trots militärtjänst i boerkriget, fick spridningen av elektricitet och elektriska apparater honom att se behovet av standardisering både nationellt och internationellt.
Elkraftens start
Den första praktiska generatorn som dök upp på marknaden uppfanns av Zénobe Gramme, en från början belgisk snickare som blev industrikonstruktör och som omkring 1870 gjorde sin egen konstruktion genom att förbättra existerande maskiner.
Andra konstruktörer följde Grammes initiativ, t ex Siemens i Tyskland, och deras avknoppning i Storbritannien samt Emil Bürgin i Schweiz.
I USA kom elektriciteten till allmänheten hösten 1882 genom öppnandet av Edisons generatorstation Pearl Street.
Sebastian Ziani de Ferranti föddes i Liverpool år 1864. Hans tidigt utvecklade intresse för elektricitet fick honom att konstruera belysning i sin pappas fotografiska studio när han var 13 år. Vid 16 års ålder tog han patent på en elektrisk generator och när han var 21 år gammal blev han chefsingenjör vid London Electric Supply Corporation.
Det var i denna roll som han bidrog till konstruktionen av världens första högspänningskraftstation för växelström i Deptford i London. Vid öppnandet genererade stationen el vid 10 000 volt och försåg större delen av dåtidens centrala London med elektricitet.
I USA var uppfinnaren George Westinghouse särskilt intresserad av säkerhet. Han uppfann världens första luftbromsar, automatiska signaler för järnväg och ett system för att transportera naturgas på ett säkert sätt.
År 1884 drogs hans uppmärksamhet mot elkrafttekniken. Westinghouse hade med intresse följt utvecklingen av växelströmskraftstationer i Europa. Genom att anställa den nyligen anlända Nikola Tesla för att utveckla generatorer och motorer, öppnade Westinghouse år 1895 en vattenkraftstation vid Niagarafallen och började utbyggnaden av en kraftstation på stort avstånd från förbrukningsstället – något som växelström passade bra för.
Tesla A.C. motor ca 1888
Uppkomsten av regionala elektrotekniska föreningar
De snabba förändringarna under perioden 1820 till 1904 avspeglas särskilt i de många ingenjörsföreningarna verksamma mellan 1870 och 1890. Länder i olika delar av världen började utveckla sina egna elektrotekniska föreningar.
År 1871 grundades The Society of Telegraph Engineers i London. Överlappningen mellan telegrafi och elteknik ledde till att föreningarna vidgade sina namn och nio år senare blev The Society of Telegraph Engineers and Electricians. Namnet fanns kvar ännu en tid och övergick år 1888 till The Institution of Electrical Engineers (IEE), vilket namn finns kvar ännu idag.
År 1883 grundades i Frankrike Société Internationale des Electriciens och i Wien Elektrotechnischer Verein. Påföljande år bildades The American Institute of Electrical Engineers och 1891 The Canadian Electrical Association som två år senare följdes av Tysklands Verband Deutscher Elektrotechniker samt år 1897 av Italiens Associazione Elettrotecnica Italiana.
I Sverige bildades 1888 Svenska Elektroingenjörsföreningen, ansluten till Svenska Teknologföreningen STF.
The British Association for the Advancement of Science utsåg år 1861 en särskild kommitté under ledning av Lord Kelvin (då William Thomson) för att studera frågor om elektriska storheter och enheter. I huvudsak för att understryka deras betydelse hävdade Kelvin att
”when you can measure what you are speaking about, and express it in numbers, you know something about it”.
Följande år, parallellt med att rekommendera metersystemets användning, betonade han behovet av en sammanhängande uppsättning av elektriska enheter. Vid kongressen i Paris år 1881, trots avsaknad av exakta definitioner, rekommenderades ampere, volt och ohm som praktiska enheter.
Kelvins grundläggande arbete i The British Association och en serie av internationella kongresser bidrog till framtagandet av väl underbyggda elektriska enheter och standarder, och fram till hans död var det ingen som arbetade så mycket som han för deras internationella godkännande.
År 1967 blev enheten ”kelvin” (symbol K) bestämd som enheten för termodynamisk temperatur och därmed en av grundenheterna för det internationella systemet för storheter och enheter.
Internationell standardisering Även om betydelsen av elektriska enheter hade blivit erkända världen över, hade avsaknad av standardisering av elektrisk utrustning i slutet av 1800-talet blivit ett världsomspännande problem.
För utvecklingen av lönsamma generatorer, glödlampor, armaturer och pålitliga kablar, kunde lokala myndigheter och distributörer för första gången välja mellan olika goda utföranden.
Men i avsaknad av överenskomna klassificeringar och erkända utförandekriterier blev de ofta tvingade att följa råden från erfarna konsulter. Å andra sidan började tillverkare förstå att en enkel konstruktion var särskilt viktig för att underlätta massproduktion och minska kostnaderna för konsumenten samt att möta konkurrensen från utländska tillverkare och för att kunna lämna godkända garantier.
I Storbritannien övervägde en kommitté som sattes upp år 1901 under överinseende av The Institution of Civil Engineers om det var tillrådigt att standardisera järn- och stålsektioner.
Ett år senare utökades kommittén att inkludera elektriska anläggningar. Det var denna kommitté som slutligen under ledning av Sir John Wolfe Barry ombildades till The British Standards Institution.
The American Institute of Electrical Engineers (IEEE) hade redan år 1897 satt upp en kommitté för att ta itu med elstandardisering men det var inte förrän 1918 som The American Standards Engineering Institute (senare ANSI) startade sin verksamhet.
I början av 1900-talet började elingenjörer att förstå behovet av ett närmare samarbete omfattande terminologi, provning, säkerhet och internationellt överenskomna specifikationer. Medan 1800-talet blev tiden för de elektrotekniska uppfinningarna låg tyngdpunkten nu på konsolidering och standardisering.
Då International Electrical Congresses, särskilt de mellan åren 1881 och 1900, enbart hade rört elektriska enheter och standarder, ägnades kongressen i St Louis, USA, år 1904, kommersiella transaktioner och handel. Vid denna kongress lades fram ett förslag att sätta upp en permanent internationell kommission för standardisering av elektriska maskiner och apparater.
Källa: SEK-aktuellt
Läs hela SEK-aktuellt
Läs mer om elektricitetens historia