Pil ne zaman icat edildi?

Pil ne zaman icat edildi?

Pil Üniversitesi

Son 400 yılın en dikkat çekici ve yeni keşiflerinden biri elektrikti. “Elektrik o kadar uzun süredir var mı?” Diye sorabiliriz. Cevap evet ve belki de çok daha uzun, ancak pratik kullanımı yalnızca 1800'lerin ortalarından sonlarına kadar ve ilk başta sınırlı bir şekilde elimizde olmuştur. Dikkat çeken ilk kamu işlerinden biri, 1893 Chicago'daki Dünya Columbia Fuarı'nı 250.000 ampulle aydınlatmak ve Paris'teki 1900 Dünya Fuarı sırasında Seine nehri üzerindeki bir köprüyü aydınlatmaktı.
Elektrik kullanımı daha da geriye gidebilir. 1936'da Bağdat yakınlarında bir demiryolu inşa ederken, işçiler Part Bataryası olarak da bilinen tarih öncesi bir bataryayı ortaya çıkardılar. Nesne Part dönemine kadar uzanıyor ve 2.000 yaşında olduğuna inanılıyor. Pil, içine bakır bir silindirle çevrili demir bir çubuğun sokulduğu bir sirke çözeltisiyle doldurulmuş bir kil kavanozdan oluşuyordu. Bu cihaz 1,1 ila 2,0 volt elektrik üretti. Şekil 1 Part Pilini göstermektedir.

Şekil 1: Part Pili. Tarih öncesi bir pilin kil kavanozu, bakır bir silindirle çevrili demir bir çubuk tutar. Sirke veya elektrolitik solüsyonla doldurulduğunda kavanoz 1,1 ila 2 volt üretir.
Tüm bilim adamları Part Pilini bir enerji kaynağı olarak kabul etmiyor. Cihazın, bir yüzeye bir altın tabakası veya diğer değerli metallerin eklenmesi gibi elektrokaplama için kullanılmış olması mümkündür. Mısırlıların 4300 yıl önce bakır üzerine elektrolizle antimon uyguladıkları söyleniyor. Arkeolojik kanıtlar, Babillilerin üzüm suyuna dayalı bir elektroliti altın plakalı taş eşyalara kadar kullanarak mücevher üretiminde galvanik bir teknik keşfeden ve kullanan ilk kişiler olduğunu gösteriyor. Bağdat'ı yöneten Partlar (yaklaşık MÖ 250), gümüşü elektrolizle kaplamak için piller kullanmış olabilir.
Modern zamanlarda elektrik üretmenin en eski yöntemlerinden biri statik yük oluşturmaktı. 1660'da Otto von Guericke, ovalandığında ve döndürüldüğünde tüyleri ve küçük kağıt parçalarını çeken büyük bir kükürt küresi kullanan bir elektrikli makine yaptı. Guericke, üretilen kıvılcımların doğada elektriksel olduğunu kanıtlayabildi.
Statik elektriğin ilk pratik kullanımı, Alessandro Volta'nın (1745-1827) icat ettiği "elektrikli tabanca" idi. Sadece bir Boole biti de olsa uzun mesafeli iletişim sağlamayı düşündü. İtalya'nın Milano kentine Como'dan tahta direklerle desteklenen bir demir tel gerilecekti. Alıcı uçta, tel metan gazıyla dolu bir kavanozda sona erecektir. Kodlanmış bir olayı bildirmek için, elektrikli tabancayı patlatmak amacıyla tel yoluyla bir elektrik kıvılcımı gönderilir. Bu iletişim bağlantısı hiçbir zaman kurulmadı. Şekil 1-2, Alessandro Volta'nın kurşun kalemle işlenmiş halini göstermektedir.

Şekil 2: Alessandro Volta, elektrik pilinin mucidi
Volta'nın suyun elektrik akımıyla ayrışmasını keşfetmesi, elektrokimyanın temelini attı.
Cadex'in izniyle

1791'de Bologna Üniversitesi'nde çalışırken Luigi Galvani, bir kurbağanın kasının metalik bir nesne tarafından dokunulduğunda kasıldığını keşfetti. Bu fenomen, hayvan elektriği olarak bilinir hale geldi. Bu deneyler tarafından yönlendirilen Volta, çinko, kurşun, kalay ve demiri pozitif plakalar (katot) olarak kullanan bir dizi deney başlattı; ve negatif plakalar (anot) olarak bakır, gümüş, altın ve grafit. Galvanik elektriğe olan ilgi kısa sürede yaygınlaştı.
Erken Piller
Volta 1800'de belirli sıvıların iletken olarak kullanıldığında sürekli bir elektrik gücü akışı üreteceğini keşfetti. Bu keşif, daha yaygın olarak pil olarak bilinen ilk volta hücresinin icadına yol açtı. Volta ayrıca, voltaik hücreler üst üste istiflendiğinde voltajın artacağını keşfetti. Şekil 3, böyle bir seri bağlantıyı göstermektedir.

Şekil 1-3: Dört varyasyon
Volta'nın elektrik pilinin
Bir pildeki metallerin farklı elektriksel etkileri vardır. Volta, farklı maddelerdeki voltaj potansiyelinin birbirlerinden uzaklaştıkça güçlendiğini fark etti.
Aşağıda listelenen metallerdeki ilk sayı elektronları çekme afinitesidir; ikincisi, birinci oksidasyon durumundan standart potansiyeldir.
Çinko = 1,6 / -0,76 V
Kurşun = 1,9 / -0,13 V
Kalay = 1.8 / -1.07V
Demir = 1.8 / -0.04 V
Bakır = 1.9 / 0.159 V
Gümüş = 1,9 / 1,98 V
Altın = 2,4 / 1,83 V
Karbon = 2.5 / 0.13 V
Metaller akü voltajını belirler; tuzlu suya batırılmış nemli kağıtla ayrıldılar.
Cadex'in izniyle
Aynı yıl Volta, sürekli bir elektrik kaynağı keşfini Londra Kraliyet Cemiyeti'ne duyurdu. Artık deneyler, bir saniyeden kısa bir süre süren kısa bir kıvılcım görüntüsüyle sınırlı değildi. Artık sonsuz bir elektrik akımı mümkün görünüyordu.
Fransa, Volta'nın keşiflerini resmen tanıyan ilk ülkelerden biriydi. Bu, Fransa'nın bilimsel ilerlemelerin zirvesine yaklaştığı ve ülkenin siyasi gündemini desteklemeye yardımcı olan yeni fikirlerin açık kollarla karşılandığı bir dönemdi. Volta, Napoleon Bonaparte'ın enstitünün bir üyesi olarak hazır bulunduğu bir dizi konferansta Fransa Enstitüsü'ne davetle hitap etti (bkz. Şekil 4).

Şekil 4: Volta'nın Fransa Enstitüsündeki deneyleri
Volta'nın keşifleri dünyayı o kadar etkiledi ki, Kasım 1800'de Fransız Ulusal Enstitüsü onu Napolyon Bonapart'ın katıldığı etkinliklerde konferanslara davet etti. Napolyon, pilden kıvılcım çıkararak, çelik bir teli eriterek, bir elektrikli tabancayı boşaltarak ve suyu elementlerine ayrıştırarak deneylere yardımcı oldu.
Cadex'in izniyle
1800 yılında, madenci güvenlik lambasının mucidi Sir Humphry Davy, elektriğin kimyasal etkilerini test etmeye başladı ve maddelerden bir elektrik akımı geçirildiğinde bozunmanın meydana geldiğini keşfetti. Bu işleme daha sonra elektroliz adı verildi. Londra Kraliyet Enstitüsü'nün kasalarına dünyanın en büyük ve en güçlü elektrik pilini kurarak yeni keşifler yaptı. Pilin kömür elektrotlarına bağlanması ilk elektrik ışığını üretti. Görgü tanıkları, onun voltaik ark lambasının “şimdiye kadar görülen en parlak yükselen ışık kemerini” ürettiğini bildirdi.
1802'de William Cruickshank, seri üretim için ilk elektrik pilini tasarladı. Cruickshank, kare bakır levhaları eşit boyutta çinko levha boyutlarıyla düzenlemiştir. Bu levhalar uzun dikdörtgen bir tahta kutuya yerleştirildi ve birlikte lehimlendi. Kutudaki oluklar metal plakaları yerinde tuttu ve mühürlü kutu daha sonra bir elektrolit tuzlu su veya sulandırılmış asit ile dolduruldu. Bu, bugün hala bizimle olan su basmış bataryaya benziyordu. Şekil 5, Cruickshank'in pil atölyesini göstermektedir.

Şekil 5: Cruickshank ve ilk su basmış pil. İngiliz kimyager William Cruickshank, elektrolit çözeltisiyle dolu ahşap bir kutuda çinko ve bakır plakaları birleştirerek bir elektrik pili pili yaptı. Bu su basmış tasarım, kullanımla kurumaması avantajına sahipti ve Volta'nın disk düzeninden daha fazla enerji sağladı.
Cadex'in izniyle
Şarj Edilebilir Pilin icadı
1836'da İngiliz kimyager John F. Daniell, önceki cihazlardan daha istikrarlı bir akım üreten gelişmiş bir pil geliştirdi. Bu zamana kadar, tüm piller birincildi, yani yeniden şarj edilemezlerdi. 1859'da Fransız fizikçi Gaston Planté ilk şarj edilebilir pili icat etti. Bugün hala kullanılan bir sistem olan kurşun aside dayanıyordu.
1899'da İsveçli Waldemar Jungner, pozitif elektrot (katot) için nikel ve negatif (anot) için kadmiyum kullanan nikel-kadmiyum pili (NiCd) icat etti. Kurşun aside kıyasla yüksek malzeme maliyetleri kullanımını sınırladı ve iki yıl sonra Thomas Edison, kadmiyumu demir ile değiştirerek alternatif bir tasarım üretti. Düşük özgül enerji, düşük sıcaklıkta düşük performans ve yüksek kendi kendine deşarj, nikel-demir pilin başarısını sınırladı. 1932 yılına kadar Schlecht ve Ackermann, sinterlenmiş kutup plakasını icat ederek daha yüksek yük akımları elde etmemiş ve NiCd'nin ömrünü iyileştirmemiştir. 1947'de Georg Neumann hücreyi mühürlemeyi başardı.
Uzun yıllar boyunca, taşınabilir uygulamalar için tek şarj edilebilir pil NiCd idi. 1990'larda, Avrupa'daki çevreciler, NiCd'nin dikkatsizce atılması durumunda çevre kirliliği konusunda endişe duymaya başladılar; bu kimyayı kısıtlamaya başladılar ve tüketici endüstrisinden çevre dostu bir pil olan Nikel-metal-hidride (NiMH) geçmesini istediler. NiMH, NiCd'ye benzer ve çoğu kişi NiMH'nin daha dayanıklı lityum iyon (Li-ion) için basamak taşı olacağını tahmin ediyor.
Günümüzde çoğu araştırma faaliyeti, lityum bazlı sistemlerin geliştirilmesi etrafında dönmektedir. Cep telefonlarına, dizüstü bilgisayarlara, dijital kameralara, elektrikli aletlere ve tıbbi cihazlara güç sağlamanın yanı sıra, Li-ion elektrikli araçlar için de kullanılır. Pilin bir dizi avantajı vardır, özellikle de yüksek özgül enerjisi, basit şarjı, düşük bakımı ve çevreye zararsız olması.
Manyetizma Yoluyla Elektrik
Manyetizma yoluyla nasıl elektrik üretileceğinin keşfi nispeten geç geldi. 1820'de André-Marie Ampère (1775-1836), elektrik akımı taşıyan tellerin bazen birbirini çektiğini, bazen de birbirinden itildiğini fark etti. 1831'de Michael Faraday (1791-1867), bir bakır diskin güçlü bir manyetik alanda dönerken nasıl sabit bir elektrik akışı sağladığını gösterdi. Davy ve araştırma ekibine yardım eden Faraday, bobin ve mıknatıs arasındaki hareket devam ettiği sürece sonsuz bir elektrik kuvveti üretmeyi başardı. Bu, elektrik jeneratörünün icadına yol açtı ve işlemi tersine çevirmek elektrik motorunu mümkün kıldı. Kısa bir süre sonra, alternatif akımı (AC) istenen herhangi bir voltaja dönüştüren transformatörler geliştirildi. 1833'te Faraday, Faraday yasasının dayandığı elektrokimyanın temelini oluşturdu. Faraday'ın indüksiyon yasası, transformatörlere, indüktörlere ve birçok elektrik motoru ve jeneratör tipine bağlı elektromanyetizma ile ilgilidir.
Manyetizma ile ilişki anlaşıldıktan sonra, büyük jeneratörler sabit bir elektrik akışı üretmeye başladı. Motorlar, mekanik hareketi mümkün kılan takip etti ve Edison ampulünün karanlığı fethettiği ortaya çıktı. George Westinghouse, 1893'te Chicago'daki Dünya Kolomb Sergisini aydınlattıktan sonra, Westinghouse, Niagara Şelaleleri'nden gelen enerjiyi elektriğe dönüştürmek için üç büyük jeneratör inşa etti. Nikola Tesla tarafından geliştirilen üç fazlı AC teknolojisi, iletim hatlarının çok uzak mesafelere elektrik enerjisi taşımasını sağladı. Böylece elektrik, yaşam kalitesini iyileştirmek için insanlığa yaygın olarak sunuldu.

Şekil 6: 250.000 ampul, 1893'te Chicago'nun Dünya Kolomb Sergisini aydınlatıyor.
Elektrik ışığının başarısı, Niagara Şelaleleri'nde üç büyük hidro jeneratörün inşasına yol açtı.
Brooklyn Müzesi Arşivlerinin izniyle. Goodyear Arşiv Koleksiyonu
1900'lerin başlarında elektronik vakum tüpünün icadı, yüksek teknolojiye doğru önemli bir sonraki adımı oluşturdu ve frekans osilatörlerini, sinyal amplifikasyonunu ve dijital anahtarlamayı mümkün kıldı. Bu, 1920'lerde radyo yayınına ve 1946'da ENIAC adlı ilk dijital bilgisayara yol açtı. 1947'de transistörün keşfi, 10 yıl sonra entegre devrenin gelişinin yolunu açtı ve mikroişlemci Bilgi Çağı'nı başlattı, sonsuza kadar yaşama ve çalışma şeklimizi değiştiriyor.
İnsanlık elektriğe bağlıdır ve artan hareketlilik ile insanlar, önce tekerlekli uygulamalar, ardından taşınabilirlik ve nihayet giyilebilir kullanım için giderek daha fazla taşınabilir güce yöneldi. İlk piller ne kadar garip ve güvenilmez olsa da, gelecek nesiller günümüz teknolojilerine beceriksiz deneylerden başka bir şey olarak bakabilirler.