Drama u tri čina
Uvod
Niko zapravo ne zna koliko je priča o električnoj struji interesantna.
Znamo da pritisnemo prekidač i svjetlo se upali. Znamo da okrenemo ključ i automobil krene. Ali rijetko ko zastane da razmisli: kako je čovjek uopšte spoznao da sićušni elektroni mogu da teku kroz žicu, isto onako kako voda teče kroz cijev?
Još je nevjerovatnije to što nam je za to otkriće trebalo više od 2.000 godina.
A kada smo konačno uspjeli – vjerovali ili ne – desilo se sasvim slučajno. I što je najljepše od svega: čovjek koji je prvi primijetio protok električne struje kroz žablju nožicu uopšte nije znao šta je otkrio. Baš kao što ni Kristofor Kolumbo nije znao da je otkrio novi kontinent.
Dakle, sve je počelo jednom mrtvom žabom, jednim radoznalim profesorom i jednim velikim osvajačem. Bez te neobične trojke svijet bi danas možda izgledao sasvim drugačije. Ne bi bilo sijalica, telefona, računara, interneta, električnih automobila – pa možda čak ni ovog teksta koji upravo čitaš. Zato se vratimo više od dvije hiljade godina unazad – i upoznajmo ljude koji su, korak po korak, otkrivali tajne električne struje. Ako su oni sve to uradili za čovječanstvo – najmanje što možemo jeste da pročitamo ovu njihovu priču.
Čin I: Magija iz ćilibara i proćerdani vjekovi
Sve je počelo prije više od 2.500 godina u staroj Grčkoj. Filozof Tales iz Mileta primijetio je neobičnu pojavu: kada bi komad ćilibara protrljao o mačje krzno, on bi odjednom oživio i počeo da privlači lagane predmete poput perja ili slamčica. I tu je sve stalo. Vjekovima je ovo smatrano samo zabavnim trikom ili vrstom magije. Ljudi su vidjeli da se nešto dešava, ali nisu imali pojma o pravoj prirodi elektriciteta. I tako čovječanstvo protratilo skoro 2 hiljade godina,ne znajuci kako da ukroti tu nevidljivu silu i stavi je u sluzbu covjecanstva.
Prvi pravi preokret nastaje tek u 18. vijeku, kada naučnici shvataju da elektricitet nije magija, već nevidljivi “fluid” koji se može i sakupljati. Ljudi su tada počeli sa ozbiljnijim eksperimentima, iako još uvijek nisu znali šta se tačno dešava na mikroskopskom nivou. Napravljen je prvi kondenzator (Lajdenska boca) i punile su se velike metalne kugle koje su mogle da proizvedu snažne varnice. Čovjek je tada naučio da elektricitet može sakupljati i čuvati, ali još uvijek nije znao kako da ga pokrene, imao je pune “čaše” elektriciteta, ali i dalje nije znao šta tačno da uradi sa njim i on je i i dalje ostao samo zanimljiva igračka za aristokratske salone.
Niko tada nije slutio sta sve moze da uradi ta nevidljiva sila, koja ce jednog dana da potpuno promijeniti tok istorije.
Čin II: Luiđi Galvani i neočekivani eksperiment
Ako bismo morali da upremo prstom u tačan trenutak kada je čovječanstvo prešlo put od mađioničarskih trikova sa ćilibarom do pronalska elektricne struje – morali bismo da se vratimo u 1780. godinu, u italijanski grad Bolonju. Tamo je živio i radio profesor anatomije po imenu Luiđi Galvani.
Galvani nije bio fizičar. Nije sjedio i razmišljao o žicama, elektronima i sijalicama. On je bio ljekar, fasciniran biologijom i tajnama ljudskog tijela.
I baš kao što je Kolumbo tražio zlato i začine, a nabasao na novi kontinent – Galvani je istraživao nerve i mišiće, otkrio električnu struju.
Na stolu je imao odsječene žablje krace, bakarnu udicu i gvozdenu ogradu pored sebe. Sasvim običan eksperiment, ništa spektakularno. Sve dok njegov pomoćnik slučajno nije dodirnuo udicom o gvozdenu ogradu. Žablji krak je trznuo. Mrtva žaba se ponašala kao živa.
Galvani je vjerovao da je otkrio „životinjski elektricitet“ — posebnu silu koja se nalazi samo u živim bićima.
Pravi uzrok pojave bio je kontakt dva različita metala, koji su istovremeno dodirivali vlažno tkivo žablje noge. Zbog razlike između metala dolazi do razdvajanja električnog naboja i stvaranja razlike potencijala.Kada se taj sistem zatvori preko tkiva, elektroni počinju da se kreću — i tada nastaje električna struja koja izaziva trzaj žablje noge.
Prelaz između Čina II i Čina III
Tako je jedna obična mrtva žaba pokrenula lavinu naučnog rivalstva koja će, kroz žestoku prepirku između Galvanija i Volte, konačno natjerati elektrone da poteku kroz žicu kao voda kroz cijev.
Ali da bi struja potekla, trebao je izvor.
Isto kao što vodi treba planinski izvor, bunar ili kiša da bi uopšte mogla da teče, tako je i elektricitetu trebalo nešto što će ga stalno pokretati. Galvani je pokazao da se elektroni mogu natjerati da se kreću. Volta je, pak, shvatio da mora postojati nešto što tu struju gura kroz provodnik – nešto što će je stvarati i održavati.
To „nešto“ bila je prva baterija – Voltin stub.
I upravo nas to dovodi do trećeg, posljednjeg čina ove priče. U njemu žaba silazi sa scene, a električna struja konačno dobija svoj prvi pouzdani izvor. Više to nije bila divlja sila koja udara iz oblaka ili pucketa na ćilibaru. Postala je ukroćena, upotrebljiva energija – spremna da promijeni svijet.
Čin III: Volta, Napoleon i prva baterija na svijetu
Dok je Galvani tvrdoglavo branio svoju teoriju o “životinjskom elektricitetu” sve do svoje smrti 1798. godine, Alessandro Volta je radio u tišini. Nije se svađao više. Nije pisao oštra pisma. On je pravio.
Galvani je pokazao da struja postoji. Volta je htio da dokaže odakle dolazi i kako da je napravi kad god poželi.
Dvije godine je eksperimentisao. Umjesto žaba, koristio je metale i tečnosti. I onda, 1799. godine, napravio je nešto revolucionarno prvu pravu bateriju na svijetu.
I tako je nastalo nešto što svijet nikada nije vidio.
Kako izgleda Voltin stub?
Zamislite ovu scenu: Na stolu stojala kula od bakra i cinka – naizmjenično složeni diskovi bakra i cinka, jedan na drugi, kao palačinke. Između svaka dva diska nalazila se krpa natopljena slanom vodom (ili salamureom). Cijela konstrukcija je bila visoka skoro jedan i po metar i sadržala je 600 diskova.
To je Voltin stub – prva hemijska baterija na svijetu. I evo šta je ona mogla:
- Dok su raniji eksperimenti davali samo kratke, oštre varnice (kao što je Lajdenska boca), Voltin stub je davao stalnu, neprekidnu struju.
- Kada bi Volta spojio žice na vrh i dno stuba, elektroni bi počeli da teku – i nisu prestajali.
- Ta struja je mogla da izazove jake udare, da zagrije žice, čak i da razlaže vodu na vodonik i kiseonik (elektroliza).
Volta je sada imao izvor – nešto što može da gura elektrone kroz žicu, kao što pumpa gura vodu kroz cijev.
lessandro Volta je nakon izuma prve baterije (Voltinog stuba) postao veoma poznat u Evropi. Njegovi eksperimenti su impresionirali tadašnje naučnike i političare, pa i Napoleon Bonaparte.
Godine 1801. Napoleon ga je pozvao u Pariz, gdje je Volta demonstrirao svoju bateriju pred Francuskim institutom. Napoleon je bio toliko impresioniran da ga je nagradio i dodijelio mu visoke počasti, uključujući titule i priznanja.
Put u Pariz: Pred cara Napoleona
Volta je znao šta ima. I znao je kome to treba pokazati.
Godine 1801. putuje u Pariz, pred samog Napoleona Bonapartea. Tadašnji Prvi konzul, čovjek koji je tresao Evropom, nije bio naučnik – ali je imao oštro oko za stvari koje mijenjaju svijet. Demonstracija je održana u Institut de France, pred najvećim umovima Francuske.
Volta je mirno objasnio: “Gospodine care, ovo je moj stub. Bakar, cink i slana voda. Bez žaba. Bez magije. Čista hemija. Zatim je spojio žice. Soba je zamračila. I onda – jedna mala, svijetla, živa varnica preskočila je između dva metala.
Ali ne obična varnica – već neprekidna, ponovljiva, pouzdana struja. Volta je mogao da je uključuje i isključuje po volji. Mogao je da pokaže kako ona grije žicu…
Napoleon je bio oduševljen. Nije to bila ona hladna kurtoazija koju su carevi često glumili. Napoleon je zaista shvatio: Ovo nije igračka za salone. Ovo je alat.
Napoleonov doprinos
I tada se desilo nešto što nije imalo veze sa fizikom, ali je imalo veze sa istorijom:
- Orden Legije časti – Napoleon lično uručuje Volti najveće francusko odlikovanje.
- Titula grofa – Volta postaje Grof Volta.
- Zlatna medalja – za doprinos nauci.
- Osnovan je fond za najbolji eksperiment koji unaprijedi “galvansku tečnost” (kako su tada zvali struju).
Napoleon je kasnije rekao: “Voltina baterija je početak jedne nove ere. Ne razumijem je u potpunosti, ali vidim njenu moć.”
Pobjeda i kraj rivalstva
Galvani je već bio mrtav. Njegova teorija o “životinjskom elektricitetu” je konačno opovrgnuta – ali ne na ružan način. Volta nikada nije rekao “Galvani je bio glup”. Rekao je: “Galvani je vidio struju, ali nije prepoznao njen pravi izvor. Ja sam ga samo ispravio.” I tako je jedna žaba, jedna svađa i jedan car doveli do prve baterije.
Danas se po Volti zove jedinica za napon – volt (V).
A po Galvaniju su ostale riječi “galvanizacija”, “galvanski element” i priča o tome kako i slucajno oktrice može biti korisno – ako nekoga natjera da razmišlja dalje.
Napomena o bateriji: izvor struje kao izvor vode
Da bismo razumjeli šta se dešava unutar Voltina stuba, zamislimo U-cijev. Na lijevoj strani cijevi voda je na visokom nivou. Na desnoj – na niskom. Šta će se desiti? Voda će poteći s lijeva na desno, sve dok se nivoi ne izjednače. Čim se izjednače protok vode prestaje. Isto je i sa strujom.
Razlika u nivou vode – to je razlika potencijala (napon). Voda koja teče – to je električna struja. A cijev – to je provodnik (žica).
Drugim riječima: struja teče samo dok postoji razlika potencijala. Čim se potencijali izjednače – struja staje.
Otkud onda razlika potencijala u bateriji?
To je ono što je Volta shvatio, a Galvani nije. Unutar baterije, dva različita metala (bakar i cink) uronjena su u elektrolit (kod Voltina stuba – slana voda). Elektrolit pokreće hemijsku reakciju koja se zove električna disocijacija.
Šta to znači?
- Na jednom polu višak elektrona → negativni pol (minus)
- Na drugom polu manjak elektrona → pozitivni pol (plus)
- I tako se stvara razlika potencijala – ona ista kao razlika nivoa vode u U-cijevi.
Elektroni se uvijek kreću od negativnog pola (višak elektrona) ka pozitivnom polu (manjak elektrona). To je njihova priroda: bježe od mjesta gdje ih je previše i idu tamo gdje ih nedostaje. Kada spojimo žicu između dva pola – elektroni krenu. Oni teku od minusa ka plusu, baš kao što voda teče sa višeg nivoa na niži.
I dokle će to trajati?
Sve dok u bateriji ima elektrolita. Elektrolit nije vječan. Hemijska reakcija ga polako troši. Kada se elektrolit potroši, više nema ‘ko’ da održava razliku potencijala. Nema više viška elektrona na jednom kraju, nema manjka na drugom. Potencijali se izjednače.
Elektroni nemaju vise razloga da se krecu. Baterija umire. Zato kažemo: “Baterija je prazna.” Nije nestala struja iz nje – nestao je elektrolit koji ju je održavao. U bateriji se hemijska energija pretvara u električnu energiju.
Kraj prvog dijela. Nastaviće se.
AzizA
