Lịch sử Điện từ học (Phần 12)

1880 - 1889

Vở kịch của thập niên này (trong chừng mực điện học được nói tới) là sự đối mặt giữa hai nhà phát minh, Thomas Edison và Nikola Tesla, và các phương tiện tương ứng của họ để phát điện và phân phối điện năng. Trong khi Edison đã chiến thắng trong cuộc đua “phát minh” ra bóng đèn nóng sáng vào thập niên 1870, thì ông và hệ thống điện một chiều (DC) của ông đã trở thành ké chiến bại trong “Chiến tranh Điện” vào thập niên 1880, như tranh luận giữa hai nhà phát minh cho thấy. Cho dù tính cách mạnh mẽ, sự tinh thông thầu khoán và chiến dịch chơi xấu bẩn thỉu của ông, Edison vẫn không thể xuyên tạc ưu thế của điện xoay chiều (AC).

alt

Edison đã giúp đảm bảo cho sự thành công của bóng đèn của ông bằng cách đồng thời cung cấp thiết bị DC để cấp điện cho nó. Năm 1882, ông khánh thành nhà máy điện thương mại đầu tiên trên thế giới ở thành phố New York. Nhà máy thủy điện đầu tiên khánh thành vài tuần sau đó ở Wisconsin, phát ra đủ điện DC để chạy hai nhà máy giấy. Nhưng điện DC có những thiếu sót của nó: Nó khó truyền đi những khoảng cách xa, vì dây dẫn ngổn ngang, và nó không hiệu quả và đôi khi nguy hiểm.

Năm 1881, Tesla, một chàng trai trẻ đến từ nơi khi ấy là Đế chế Áo-Hung đã hình thành trong đầu một giải pháp, được truyền cảm hứng bởi một bài thơ của Goethe: một động cơ cảm ứng sử dụng từ trường quay để tạo ra điện xoay chiều. Thợ điện người Mĩ William Stanley đã phát triển hệ thống điện AC đầu tiên năm năm sau đó, trong đó có máy biến áp đầu tiên, có thể làm tăng hoặc giảm điện áp ở những nơi khác nhau trên đường dây AC, làm cho việc truyền tải đi xa là có thể. Năm sau đó, Tesla, khi đó đã di cư sang Mĩ, đăng kí bằng phát minh cho hệ thống AC của riêng ông. Ý tưởng của ông thu hút sự chú ý của nhà doanh nghiệp và kĩ sư George Westinghouse, người đã mua quyền sử dụng bằng phát minh của ông. Bất chấp sự tuyên truyền ác liệt từ chiến dịch Edison, nhưng cuối cùng điện AC đã thắng thế. Nhà máy thủy điện AC đầu tiên được thành lập ở Oregon năm 1889, và vào giữa thập niên 1890 sự thống trị của điện AC được đảm bảo bớiwj thành công của sự trình diễn chiếu sáng tại Hội chợ quốc tế Chicago và nhà máy điện DC đầu tiên ở thác nước Niagara.

Trong thời kì này, nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu tác phẩm của James Clerk Maxwell huyền thoại. Một trong số họ là nhà vật lí Đức Heinrich Hertz, người muốn xem ông có thể làm ảo thuật với sóng điện từ mà Maxwell đã lí thuyết hóa hai thập kỉ trước đó hay không. Để làm việc này, Hertz nghĩ ra một mạch dao động (nếu các lí thuyết của Maxwell đúng) sẽ phát ra sóng điện từ. Hertz còn chế tạo một vòng kim loại với một khe nhỏ bên trong nó – một thiết bị nhận được thiết kế để dò tim sóng truyền đi từ máy dao động. Khi mang vòng kim loại tới gần máy dao động, các tia lửa điện từ dòng điện nhảy qua khe ở trong vòng, chứng tỏ sóng điện gửi vào không gian có thể phát hiện ra được. Các thí nghiệm của Hertz còn cho thấy, giống như sóng ánh sáng, các sóng điện từ này có thể phản xạ và khúc xạ, và chúng truyền đi ở tốc độ bằng như ánh sáng, nhưng với bước sóng dài hơn (Hertz còn quan sát thấy trong những thí nghiệm này khi ánh sáng chiếu lên một mặt kim loại, các electron bị bật ra – hiệu ứng quang điện).

Cho nên Hertz là người đầu tiên phát và thu sóng vô tuyến, mặc dù ông không đặt tên chúng như vậy, ông cũng không lường trước được tiềm năng thực tiễn không thể tin nổi của chúng. Tuy nhiên, những người khác sẽ sớm định hình các khám phá của Hertz thành điện báo vô tuyến và radio. Cuối cùng thì cũng những nguyên lí đó đã dẫn đến truyền hình và radar. Các thành tựu của Hertz được viện dẫn mỗi khi tham khảo đơn vị đo lường của tần số sóng vô tuyến, đơn vị hertz.

alt

Xem lại Phần 11

1880 - 1889
1880	Nhà phát minh người Mĩ Thomas Edison lắp đặt hệ thống chiếu sáng điện thương mại đầu tiên, thắp sáng thành công cho con tàu hơi nước Columbia.
1880	Nhà vật lí Đức Emil Warburg phát hiện thấy các chất sắt từ biểu hiện một hiệu ứng trễ, một sự trễ trong sự cảm ứng từ của chất theo sau một sự thay đổi ở trường từ hóa.
1880	Ở nước Pháp, các nhà vật lí và là anh em Pierre và Paul-Jacques Curie chứng minh bằng thực nghiệm sự phát ra điện trong các tinh thể nhất định chịu sức căng cơ học, một hiện tượng nhanh chóng trở nên nổi tiếng là hiện tượng áp điện.
1881	Nikola Tesla hình thành trong đầu ý tưởng khai thác các dòng điện biến thiên để tạo ra từ trường quay.
1881	Nhà vật lí Đức Hermann von Helmholtz có một bài giảng ở London, trong đó ông tranh luận rằng dòng điện chia thành các hạt sơ cấp giống như các nguyên tử.
1881	Đường xe điện công cộng đầu tiên, do Siemens Halske xây dựng ở gần Berlin, khánh thành. Bảy năm sau, xe điện đầu tiên có mặt trình diễn ở Virginia. Năm 1890, đường xe điện ngầm đầu tiên bắt đầu phục vụ ở London.
1881	Đại hội Ngành điện quốc tế họp lần đầu tiên ở Paris công bố các định nghĩa và hệ cgs do Hội Liên hiệp Anh đề xuất và còn giới thiệu hai đơn vị mới gọi là coulomb và farad.
1882	Nhà máy thủy điện đầu tiên được thành lập ở Appleton, Wisconsin.
1883	Kĩ sư Pháp Léon Charles Thévenin công bố một bài báo trong đó nêu lí thuyết mạch điện mang tên ông, mặc dù thật ra nó đã được phát triển nhiều năm trước đó bởi Hermann von Helmholtz. Theo định lí Thévenin, bất kì tổ hợp nào của các nguồn điện áp và điện trở có hai cực đều có thể thay thế với một nguồn điện áp và một điện trở mắc nối tiếp.
1883	Hai nhà toán học người Anh, Oliver Heaviside và Horace Lamb, phát hiện thấy khi tần số điện từ dọc một vật dẫn rắn tăng lên, thì dòng điện có xu hướng chạy gần bề mặt của vật dẫn, hiện tượng thường được gọi là hiệu ứng bề mặt.
1883	Trong khi làm thí nghiệm với một trong những bóng đèn nóng sáng của ông, Thomas Edison tìm thấy dòng điện có thể phát hiện chay qua chân không từ dây tóc nóng sáng sang đĩa kim loại đặt bên trong bóng đèn. Mặc dù được gọi là hiệu ứng Edison, nhưng Edison không nghiên cứu thêm về hiện tượng, sau này nó trở thành cơ sở của các ống chân không được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp radio và truyền hình trong nhiều năm.
1884	Nhà vật lí Anh John Poynting đưa ra định lí của ông về sự bảo toàn năng lượng trong một trường điện từ.
1885	Johann Balmer, nhà toán học Thụy Sĩ, đưa ra một công thức theo lối kinh nghiệm mang lại bước sóng của các vạch phổ hydrogen, gọi là Dải Balmer. Vài thập kỉ sau, Niels Bohr sẽ giải thích thành công tại sao công thức Balmer đúng với mô hình nguyên tử hydrogen của ông.
1886	Thợ điện người Mĩ William Stanley phát triển hệ thống điện xoay chiều (AC) đầu tiên và giới thiệu máy biến áp.
1887	Nhà vật lí Đức Heinrich Hertz chế tạo ra một thiết bị phát và dò tìm sóng điện từ tiên đoán bởi công trình của James Clerk Maxwell, trở thành người đầu tiên truyền và thu cái sau này gọi là sóng vô tuyến. Trong các thí nghiệm của ông với sóng điện từ, Hertz phát hiện ra hiệu ứng quang điện.
1887	Svante Arrhenius, nhà hóa học Thụy Điển, công bố một bài báo đề cập tới một dạng tao nhã của lí thuyết của ông rằng các chất điện phân phân li thành các hạt tích điện (ion) cả trong sự vắng mặt của dòng điện, lí thuyết ban đầu ông phát triển vào năm 1883 như một phần của luận án tiến sĩ của ông.
1888	Nikola Tesla chứng minh được một động cơ điện xoay chiều (AC) thực tiễn ở Mĩ, sau này nó trở thành sản phẩm thương mại qua sự hợp tác của ông với Công ti điện Westinghouse.
1888	Nhà máy thủy điện AC đầu tiên được xây dựng ở thành phố Oregon, bang Oregon.