Az elektromosság körül vesz, meghatározza mindennapjainkat, és kényelmesebbé teszi az életünket. Habár számtalan kollégánk dolgozik vele, és munkája teljesen a villamosságon alapszik, mégis sokan elfelejtjük, mégis honnan indult el ez a fizikai csoda felfedezése és igába fogása, hogy a számítógépektől a villamos autóig mindent működtessen.
De nézzük is honnan indult el ez az egész.
Az ókori görögök már ismerték az olyan jelenségeket amely a statikus elektromosság. Borostyánt dörgöltek állati szőrméhez, és így érték el, hogy statikus elektromosságot állítottak elő. Habár valószínű, hogy a felfedezés inkább egy téli napon a borostyán nyaklánc szőrmekabáthoz való dörgölésekor lepte meg kecses viselőjét, nincs nyoma, hogy a görög vagy római tudósok, vagy az antik világ mélyebben foglalkozott volna az elektromosság hasznosságával.
Sok év múlva egy angol természettudós, név szerint Sir William Gilbert (1544. máj. 24 – 1603. nov. 30), fontos kísérleteket végzett a mágnesek kölcsönhatására vonatkozóan. Ebben a korban számos tudós fordult a reneszánsz jegyében az antik világ irodalma, és tudása felé, hogy ötleteket nyerve, jobban megismerje a körülöttünk lévő világ rejtelmeit.
A fenti úriember, a bolygók mozgását, és a kopernikuszi világrendszer elméletet tanulmányozva fizikai kísérleteket végzett. Magnetitből (mágneses vasércből, Fe3O4) golyókat készített és az ezeket körülvevő mágneses teret a gömbök körül különböző helyeken és különböző távolságra elhelyezett parányi iránytűkkel tanulmányozta.
Tapasztalta, hogy van a gömbnek egy olyan pontja, amely minden más pontnál erősebb vonzóerőt fejt ki az iránytű egyik végére, az átellenes pont pedig maximális vonzóerőt gyakorol az iránytű másik végére. A gömb felszínének különböző pontjain a tű mindig meghatározott helyzetbe áll be, éspedig a maximális vonzások pontjait, azaz a gömb mágneses pólusait összekötő főkör irányába. Ez feltűnően hasonlít ahhoz, ahogyan az iránytűk a Föld felszínének különböző pontjain beállnak Északi vagy Déli irányba. Gilbert ebből arra következtetett, hogy a mi földgolyónkat óriás mágnesnek lehet tekinteni, amelynek pólusai a földrajzi északi és déli sarkok közelében vannak.
Gilbert vizsgálta a megdörzsölt borostyánkő hatását is, és úgy tapasztalta, hogy többféle test is mutathat dörzsölésre borostyánkőhatást. Megtapasztalta, hogy a dörzsölésre fellépő elektromos hatás például nedvesség hatására megszüntethető, de ez a mágnességre nincs hatással. Tehát a mágnesség alapvető, az elektromosság pedig csupán mesterségesen előidézhető tulajdonsága bizonyos testeknek.
Ha már itt tartunk az elektron szó, amely alapja fogalomtárunknak, egy görög szó, amely „gyanta, borostyánkő”-t jelent. Sir William Gilbert használta először, így megalkotta a villamosságtan alapjait.
Eredményeit „De magnete magneticisque corporibus et de magno magnete Tellure” (A mágnesről, a mágneses testekről és a Föld mágnességéről) könyvében tette közzé. A könyv részletesen foglalkozik a mágnesek összes lényeges kvalitatív tulajdonságával. A munkásága miatt jelenleg is őt tekintjük az elektromosság és a mágnesség atyjának.
Sir William Gilbert tanulmányai alapján a 17 században élt Ottó von Guericke (1602. nov. 30 – 1686. maj. 21) megdörzsölt borostyánkővel könnyű tárgyakat, például papírdarabokat vonzott, majd elejtette őket. Rájött, hogy két könnyű test viszont, amelyeket a megdörzsölt borostyánkő érintett, mindig taszítja egymást. Azt találta továbbá, hogy az elektromos töltést át lehet vinni egyik testről a másikra (vagyis az egyik borostyánról a másikra), nemcsak közvetlen érintkezés útján, hanem őket összekötő fémdróttal vagy nedves kötéllel is.
Nos habár Ottó nem is sejtette, de a világon talán ő volt az első, aki az első villamos energia átvitelét megvalósította.
Guericke 1663-ban megalkotta az első elektromos generátort, amely egy forgó kéngolyó dörzsölésével állított elő sztatikus elektromosságot. 1672-ben felismerte, hogy a súrlódás a kéngolyó felületén fényt eredményez, ezért őt tekinthetjük az elektro-lumineszcencia felfedezőjének is.
Ottó von Guericke nem csak abban volt híres, hogy megépítette, az első elektromos generátort, de az elektromos tapasztalata mellet számos felfedezés fűződik a nevéhez, úgy mint a vákuumszivattyú, barométer, valamint ő fedezte, fel, hogy a levegőnek is súlya van.
Az évszázadban számos további tudós kísérletezet a statikus elektromossággal, így pl. Jean Teophile Desaguliers(1683–1744), vagy
Stephan Gray (1666–1736) számos kísérletet végzet és növelte a tapasztalatok, és tudások tárházát.
A következő nagy lépést Charles François du Fay (1698. szept. 14 – 1739 jul. 16) tette meg, azzal, hogy megállapította, hogy kétféle elektromosság van! Persze most ezen sokan mosolyognak, de akkoriban a fizikai tanulmányok, és következtetések nem mindig voltak pontosak.
A fenti állítását a következő tapasztalatok alapján hozta létre:
Az egyik borostyánkő, pecsétviasz, keménygumi és más gyantaszerű anyagok dörzsölése útján keletkezik, a másik pedig üvegszerű anyagok, például üveg vagy csillám dörzsölése útján. Charles úgy gondolta az elektromosság mint valami láthatatlan folyadék (fluidum) kétféle lehet. Így az elektromos folyadékot, fluidumot „gyanta-elektromosságnak” és ,,üveg-elektromosságnak” nevezték el. Megállapították az is, hogy az azonos elektromos töltések taszítják, a különbözők pedig vonzzák egymást. No ez már ismerős számunkra. Az elektromosan semleges testekről feltételezték, hogy mindkét elektromos fluidumot egyenlő mennyiségben tartalmazzák, míg az elektromosan töltött testekben vagy a gyanta- vagy az üveg-elektromosság van túlsúlyban.
A kísérletek során az elektroszkópot, vagyis az elektromos töltés jelenlétét kimutató műszert 1705-ben szerkesztette Francis Hauksbee the Elder (1660–1713). Ez két szalmaszálból áll, amelyek egy fémrúd alsó végén egymás mellett vannak felfüggesztve. Ha a rúdba akár gyanta-, akár üveg-elektromosságot vitt, a szalmaszálak azonos elektromossággal töltődtek fel és így egymástól elváltak. Ma is használjuk ezt a műszert, csak a szalmaszálak helyére sokkal könnyebb arany lemezkék kerültek.
A Hauksbee kifejlesztett még egy elektrosztatikus generátort. A jobb oldali képen látható, amely egy üveggömb, amely forgatható gyorsan egy kézzel hajlított kerékkel. Miközben forgott a nagy kerék, Francis Hauksbee a gömbre helyezte a másik kezét, amelyben pamut ronggyal, vagy kendővel elektrosztatikus elektromosságot generált (a gömbből korábban kiszivattyúzta az összes levegőt). Amikor a forgó gömbhöz hozzáért elektromos szikrák fényt vetettek. Később arra is rájött, hogy ha levegő marad bent ez a jelenség nem állítható elő. Amennyiben például higanyt tett a gömbbe, és a levegőt kiszivattyúzta, a generált elektrosztatikus feszültség ionizálja a gömbben lévő bennmaradt gázokat ami egy kék plazma fényt generál a gömb belsejében. Ez a fény elég volt, ahhoz, hogy olvasni, írni lehessen mellette. Ez lett az alapja a későbbi gázkisüléses lámpáknak, ami neon vagy higanygőzzel működtek.
A fenti tudósok megalappozták, hogy elektromosságot ember is képes előállítani, valamint – ami még ennél is fontosabb volt –, hogy az emberek rájöttek, hogy az elektromosságot a tulajdonságai miatt munkára is foghatjuk (világítás, elemek forgatása stb.).
Az elektromosság szépen lassan bekúszott a tudományos emberek köztudatába, és innentől kezdve az elektromosság mint tudományág megszületett.
A villamosság mindennapi használatához még hosszú út vezetett, de ezt már a következő részben mutatjuk be.