· Tietopankki · 5 min lukuaika
Kuka keksi sähkön? Totuus historian suurimmasta väärinkäsityksestä
Sähköä ei koskaan keksitty, vaan se löydettiin. Sukella sähkön monipolviseen historiaan antiikin Kreikasta aina Finlaysonin tehtaan ensimmäiseen hehkulamppuun.
Kun mietimme sähkön keksimisajankohtaa, koko kysymyksenasettelu johtaa harhaan. Sähkö on luonnonvoima, aivan kuten painovoima tai tuuli. Sitä ei koskaan keksitty. Jos haluamme ymmärtää, mistä sähkö tulee arkipäivän laitteisiimme, seuraamme historiallista ketjua. Tässä ketjussa ihmiskunta opetteli vuosituhansia ymmärtämään, valjastamaan ja kaupallistamaan tämän näkymättömän voiman.
Tiedemiehet rakensivat hitaasti toistensa havaintojen päälle. Yhtä yksittäistä heureka-hetkeä ei koskaan ollut. Sähkön historia on kiehtova palapeli. Se koostuu sadoista oivalluksista, joista jokainen vei ihmiskuntaa askeleen lähemmäs nykyaikaista, sähköverkkojen varaan rakennettua yhteiskuntaa.
Antiikin Kreikka ja meripihkan arvoitus
Kreikkalainen filosofi Thales Miletoslainen teki ensimmäiset kirjalliset havainnot staattisesta sähköstä noin vuonna 600 eaa. Hän huomasi meripihkan vetävän puoleensa höyheniä ja kevyttä heinää, kun hän hankasi sitä eläimen turkkiin. Thales ei ollut fyysikko nykymielessä, vaan hän havainnoi luontoa kokonaisuutena.
Thales Miletoslainen oli antiikin kreikkalainen esisokraattinen filosofi, matemaatikko ja tähtitieteilijä. Häntä pidetään usein ensimmäisenä tieteilijänä tai luonnonfilosofina, sillä hän on ensimmäinen, jonka tiedetään tarkkailleen luontoa itse tiedon vuoksi ja joka pyrki irti uskonnoista ja mytologioista. Häntä pidetään joonialaisen luonnonfilosofian perustajana ja hänet luetaan Kreikan seitsemän viisaan joukkoon.
Lue lisää Wikipediasta →Kreikan kielen sana meripihkalle on elektron. Tämä muinainen havainto nimesi koko modernin ilmiön. Antiikin ihmiset eivät ymmärtäneet fysiikkaa ilmiön taustalla. He uskoivat meripihkan sisällä asuvan sielun tai elämänvoiman, joka heräsi kitkan vaikutuksesta.
Samaan aikaan he tutkivat myös magneettista malmia, magnetiittia, mutta pitivät magnetismia ja staattista sähköä täysin erillisinä ilmiöinä.
Joskus historiassa viitataan myös niin sanottuun Bagdadin paristoon. Arkeologit löysivät Irakista saviruukkuja, joissa oli kuparisylintereitä ja rautatankoja (ajoitettu n. 250 eaa.). Vaikka joidenkin teorioiden mukaan niitä olisi voitu käyttää sähköiseen kultaukseen, valtaosa historioitsijoista pitää niitä pelkkinä papyruskääröjen säilytysastioina. Thaleen havainto meripihkasta on siis edelleen ensimmäinen vahvistettu merkintä sähköstä.
Sähkön tieteellinen vallankumous
Tieteellistä läpimurtoa saatiin odottaa vuoteen 1600 asti. Englantilainen lääkäri William Gilbert julkaisi tuolloin teoksensa De Magnete. Hän tutki magneetteja järjestelmällisesti. Hän teki ensimmäisenä maailmassa selkeän eron magnetismin ja staattisen sähkön välille. Gilbert käytti myös ensimmäisenä uutta latinankielistä termiä electricus. Hän hälvensi mystiikan ilmiön ympäriltä ja siirsi sähkön uskomusten maailmasta kovan tieteen piiriin.
Myöhemmin 1600-luvulla saksalainen Otto von Guericke rakensi maailman ensimmäisen sähköstaattisen generaattorin. Rikkipalloon perustuva laite todisti sähkövarauksen pystyvän myös hylkimään esineitä. Sähköä saattoi siirtää kosketuksen avulla.
Moni pitää yhdysvaltalaista Benjamin Franklinia sähkön keksijänä kuuluisan leijakokeen (1752) vuoksi. Historiallinen todellisuus on toinen. Franklin ei keksinyt sähköä. Hänen elämäntyönsä ratkaisi kuitenkin useita keskeisiä ongelmia:
- Ukkosen luonne: Hän todisti kokeellaan salamoiden olevan massiivisia staattisen sähkön purkauksia.
- Energian varastointi: Hän onnistui varastoimaan salaman sähkövarauksen Leidenin pulloon. Tämä löydös yhdisti taivaan ja maan ilmiöt.
- Turvallisuus: Hän kehitti ukkosenjohdattimen, joka pelasti lukemattomia rakennuksia tulipaloilta.
Benjamin Franklin oli yhdysvaltalainen toimittaja, kirjailija, filantrooppi, tiedemies, keksijä ja diplomaatti. Hän oli myös yksi Yhdysvaltain vallankumouksen johtajista ja tunnettu sitaateistaan sekä kokeiluistaan sähkön parissa.
Lue lisää Wikipediasta →1800-luvun nerot ja sähkön valjastaminen
Kun staattisen sähkön luonne ymmärrettiin, tutkijat alkoivat etsiä tapaa tuottaa jatkuvaa sähkövirtaa. Kaikki alkoi sattumasta. Italialainen anatomian professori Luigi Galvani huomasi sammakon jalkojen nykivän, kun niihin koskettiin kahdella eri metallilla. Galvani uskoi löytäneensä “eläinsähköä”.
Hänen kollegansa Alessandro Volta (1800) epäili ilmiön johtuvan metalleista, ei sammakosta. Volta rakensi maailman ensimmäisen sähköpariston, Voltan patsaan, jonka rakenne oli mullistava:
- Rakenne: Hän pinoisi vuorotellen kupari- ja sinkkilevyjä.
- Elektrolyytti: Kerrosten väliin hän asetti suolaveteen kastettua pahvia.
Tämä patsas tuotti vakaata sähkövirtaa ja mahdollisti sähkön siirtymisen viihdyttävistä laboratoriokokeista todellisiin sovelluksiin.
Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta oli italialainen fyysikko, joka kehitti teorian staattista sähköä varastoivasta laitteesta. Volta tutki sähköstatiikkaa, pneumatiikkaa ja meteorologiaa. Vuonna 1799 hän kehitti sinkki- ja kuparilevyistä muodostuvan ensimmäisen pariston, Voltan patsaan, jonka hän esitteli vuonna 1800. Volta löysi metaanin ja pystyi ensimmäisenä eristämään sitä. SI-järjestelmän jännitteen yksikkö voltti on nimetty Voltan muistoksi.
Lue lisää Wikipediasta →Seuraava suuri harppaus vaati täysin uudenlaista neroutta. Michael Faraday (1821 ja 1831) oli täysin itseoppinut kirjansitojan oppipoika, jolla ei ollut juuri lainkaan muodollista matemaattista koulutusta. Tästä huolimatta hän osoitti sähkön muuttuvan liikkeeksi rakentamalla maailman ensimmäisen sähkömoottorin alkeellisen version. Vuosikymmentä myöhemmin hän huomasi muuttuvan magneettikentän tuottavan sähkövirtaa. Tämä sähkömagneettinen induktio toimii edelleen kaikkien nykyaikaisten sähkögeneraattoreiden perustana.
Michael Faraday oli englantilainen fyysikko ja kemisti, joka vaikutti suuresti sähkömagnetismin ja sähkökemian kehitykseen. Hänen suurimpiin tieteellisiin saavutuksiinsa kuuluvat sähkömagneettisen induktion, diamagneettisuuden ja elektrolyysin keksiminen sekä sähkömoottoreiden kehittely. On pitkälti Faradayn ansiota, että sähkölaitteiden käyttö yleistyi teollisuudessa.
Lue lisää Wikipediasta →Skotlantilainen matemaatikko James Clerk Maxwell (1873) puki Faradayn näkemykset lopulta tiukkaan matemaattiseen muotoon. Maxwell julkaisi yhtälöt, jotka yhdistivät sähkön ja magnetismin yhdeksi sähkömagneettiseksi kentäksi. Tämä käsittämätön teoreettinen työ mahdollisti myöhemmin radion, television ja koko nykyisen langattoman tiedonsiirron.
James Clerk Maxwell oli skotlantilainen fyysikko. Hän kehitti Maxwellin yhtälöt, jotka kuvaavat sähköisten ja magneettisten kenttien käyttäytymistä ja vuorovaikutusta. Lisäksi hän johti kaasumolekyylien nopeuksien jakaumalain, joka on kineettisen kaasuteorian perusta. Maxwell oli Penicuikin nuoremman Clerk-suvun haaran viimeinen edustaja.
Lue lisää Wikipediasta →Virtasota: Edison vastaan Tesla
1800-luvun lopulla sähkö siirtyi laboratorioista kaduille. Alkoi ankara kaupallinen taistelu sähköverkkojen standardeista. Tätä ajanjaksoa kutsutaan virtasodaksi.
Thomas Edison puolusti tasavirtaa (DC). Hän kehitti hehkulampun toimivaksi tuotteeksi ja rakensi ensimmäiset kaupalliset voimalaitokset Manhattanille. Tasavirran suurin heikkous oli kuitenkin sen suuret siirtohäviöt. Voimalaitos piti rakentaa vain parin kilometrin päähän jokaisesta asiakkaasta, mikä tarkoitti kymmeniä hiilivoimaloita keskelle tiheitä kaupunkeja.
Thomas Alva Edison oli yhdysvaltalainen keksijä ja liikemies. Hän oli aikansa tuotteliaimpia keksijöitä ja hänen nimissään oli 1 093 patenttia. Hän on jättiläisyritys General Electricin perustaja.
Lue lisää Wikipediasta →Nikola Tesla ja hänen rahoittajansa George Westinghouse uskoivat vaihtovirtaan (AC). Vaihtovirran jännitettä pystyi nostamaan helposti muuntajilla satoihin tuhansiin voltteihin pitkiä siirtomatkoja varten. Asuinalueilla jännite laskettiin turvalliselle tasolle.
Nikola Tesla oli serbialais-yhdysvaltalainen fyysikko ja keksijä. Häntä pidetään yhtenä nykyhistorian merkittävimmistä keksijöistä. Hän osallistui muun muassa nykyaikaisen sähköenergian jakelulle ja käytölle keskeisten vaihtovirran, monivaihejärjestelmän ja oikosulkumoottorin kehittämiseen. Useiden Teslan patenttien hyödyntäminen onnistui vasta hänen kuolemansa jälkeen.
Lue lisää Wikipediasta →Edison pelkäsi valtavan liiketoimintansa puolesta. Hän käynnisti rajun lokakampanjan vaihtovirran vaarallisuudesta. Edisonin tiimi maksoi jopa eläinten julkisista sähköiskutuksista osoittaakseen vaihtovirran tappavuuden, ja hän tuki ensimmäisen sähkötuolin kehitystä kilpailijan teknologialla.
Propagandasta huolimatta Teslan järjestelmä voitti lopulta pelin. Ratkaiseva niitti oli vuoden 1893 Chicagon maailmannäyttelyn valaiseminen ja sitä seurannut Niagaran putousten vesivoimalaprojekti. Nämä jättihankkeet todistivat vaihtovirran ylivoiman teollisen mittakaavan sähkönsiirrossa.
Koko nykymaailman sähköverkko perustuu Teslan vaihtovirtaan. Toisaalta moderni viihde-elektroniikka – älypuhelimista sähköautoihin – toimii jälleen Edisonin suosimalla tasavirralla.
Sähkön saapuminen Suomeen
Pohjoismaiden ensimmäinen sähkövalo syttyi Tampereella. Finlaysonin tehtaan Plevna-kutomosalissa napsautettiin 15. maaliskuuta 1882 päälle 150 hehkulamppua. Ne saivat virtansa tehtaan omista vesivoimadynamoista. Tapahtuma oli historiallinen koko Pohjois-Euroopan mittakaavassa.
Teknologian Suomeen toi Carl von Nottbeck, joka työskenteli aiemmin Thomas Edisonin alaisuudessa Yhdysvalloissa. Alku ei ollut täysin mutkaton:
- Epäluulo: Osa työntekijöistä pelkäsi uutta sähkövaloa, piti sitä epäluonnollisena ja uskoi sen vaurioittavan silmiä.
- Edut: Kokeilu osoittautui kuitenkin valtavaksi menestykseksi, sillä tehdassalien ilmanlaatu parani huomattavasti happea kuluttavien kaasuvalojen poistuttua.
Tampere valaistiin sähköllä vuonna 1888, jolloin kaupunkiin perustettiin Suomen ensimmäinen kunnallinen sähkölaitos. Sähkön käyttö laajeni nopeasti teollisuudesta kotitalouksiin. Vuonna 1929 valmistunut Imatrankosken vesivoimalaitos yhdisti lopulta suuret teollisuuskeskittymät valtakunnalliseen kantaverkkoon, mikä sinetöi Suomen tien moderniksi sähkö-yhteiskunnaksi.
Nykyinen pörssisähkön hinta ja sähkön säästäminen hallitsevat arkisia kahvipöytäkeskusteluja. Olemme riippuvaisia ydinvoimasta, tuulivoimasta ja monimutkaisista siirtoverkoista. Kaikki tämä uskomaton teknologia rakentuu kuitenkin yhdelle meripihkan palaselle yli 2500 vuotta sitten.
