Wynalazki i wynalazcy - co wynaleźli Edison i Tesla?

Dowiedziałem się, że żarówkę wynalazł Edison i Łodygin, radio Marconi i Popow, telefon Bell itd. W tamtych czasach na skutek ideologii narzuconej przez ZSRR większość wynalazków przypisywano Rosjanom. Twierdzono nawet, że Nobel swój wynalazek (dynamit) oparł na pracach rosyjskiego chemika N.N. Zinina.

O ile o wspomnianych wynalazkach pisano dość często, to o Nikoli Tesli wiadomo było tylko, że był serbskim inżynierem elektrykiem, który wynalazł transformator rezonansowy wysokiego napięcia, zwany potocznie transformatorem Tesli. Niektóre pisma podawały, że Tesla był Chorwatem, a inne kojarzyły go z Czechami.

Historyczne zmiany zaczęły powoli weryfikować wiele spraw, także sprawę wynalazczości. Zaczęły się pojawiać uaktualnione biografie i artykuły demaskujące zafałszowaną historię. Ostatecznym bodźcem do napisania tego artykułu było częste nazywanie Edisona „największym wynalazcą na świecie”. Ponieważ zdobyłem kilka solidnych opracowań na temat wynalazków, m.in. biografię Tesli oraz dość dokładny opis poczynań Edisona i innych wynalazców, postanowiłem przekazać Czytelnikom zdobyte wiadomości.

Co wynalazł Thomas Alva Edison (1847–1931)?

Według danych z wielu źródeł był autorem ponad 1000 patentów, wynalazcą żarówki, fonografu, kinetoskopu i akumulatora żelazowo-niklowego. Odkrył emisję termoelektronową (przypadkowo), nie widząc dla niej zastosowania, opracował ekran fluorescencyjny do wyświetlania obrazu rentgenowskiego. W latach 1881–82 zbudował w Nowym Jorku pierwszą na świecie elektrownię do użytku publicznego.

Miał być genialnym samoukiem i już jako 16-latek uznanym specjalistą od telegrafów, w których dokonał wiele ulepszeń, za które otrzymał 40 000 dolarów. Tymczasem Edison był przede wszystkim biznesmenem i jego nadrzędnym celem było uzyskiwanie jak największych zysków. Dużo zarabiał na ulepszaniu innych wynalazków, np. za ulepszenie telefonu Bella jego firma otrzymała 100 000 dolarów. Jego największym osiągnięciem (oprócz zbudowania elektrowni) była tzw. fabryka wynalazków.

Edison założył laboratorium, w którym zatrudniał dużą grupę inżynierów z różnych dziedzin i zlecał im dokładne opracowanie swoich pomysłów. Gdy pomysł został opracowany i wypróbowany praktycznie, zgłaszał go do Urzędu Patentowego jako swój wynalazek. Samodzielne wynalazki zostały wymienione wcześniej, z wyjątkiem żarówki.

Edison nie wynalazł żarówki!

Nad żarówką pracowali wcześniej A. Sawyer i Man oraz J. Swan. Prawdziwym wynalazcą żarówki był angielski fizyk i chemik Swan, który ją opatentował w 1860 r. jako „żarowe źródło światła”. Żarówka była jednak prądożerna i miała krótką żywotność. Przez kilka lat Swan ją ulepszał i opatentował w 1878 r., również jako żarowe źródło światła.

Edison skopiował żarówkę Swana, troszkę ją ulepszył i w roku 1879 zgłosił w Urzędzie Patentowym jako „elektryczną lampę żarową”. Aby uniknąć wojny procesowej o patenty, obaj wynalazcy zawarli porozumienie. Kilka lat później stworzyli nawet wspólną firmę „Edison & Swan United Elektric Light Company”, którą powszechnie nazywano „Ediswan”.

W roku 1890 rosyjski elektrotechnik A.N. Łodygin zbudował żarówkę z żarnikiem wykonanym z cienkiego wolframowego drutu. Żarówki Swana i Edisona miały żarniki ze zwęglonego włókna bawełny lub bambusa.

Jeśli chodzi o telefon Bella, udoskonalony później przez Edisona, to rzeczywistość wyglądała inaczej. Graham Bell nie wynalazł telefonu. Pierwszy telefon z elektromagnetyczną membraną w mikrofonie (tak było to określane) miał mikrofon zbudowany podobnie jak późniejsza słuchawka. Wynalazł go niemiecki uczony Philip Reis, który zbudował 50 aparatów, zademonstrował ich działanie w 1861 r. i nazwał je telefonami. Aparaty te rozesłał do ośrodków naukowych w Anglii i USA, lecz nie zdążył ich opatentować, gdyż w 1874 roku zmarł.

Niektóre elementy z aparatu Reisa wykorzystał w swoim telefonie Bell. Jeszcze wcześniej, bo już w latach 1850– 52, nad telefonem pracował Włoch A. Meucci i samodzielnie wykonał ok. 30 modeli. Z przyczyn zdrowotnych i finansowych wszystkie aparaty sprzedał, ale przed śmiercią zdążył jeszcze opatentować wynalazek, już w roku 1871. W roku 2002 Kongres Stanów Zjednoczonych uznał pierwszeństwo A. Meucciego w wynalezieniu telefonu.

Elektrownia wykorzystująca prąd stały, zbudowana przez Edisona

Dynama wytwarzające prąd stały miały dość prostą konstrukcję, nie miały automatycznej regulacji napięcia ani zabezpieczenia przed przeciążeniem. Linie energetyczne były montowane na drewnianych słupach i tworzyły plątaninę grubych przewodów. Wszystko to powodowało częste awarie, co wymagało posiadania przez firmę Edisona sprawnej ekipy remontowej. Prąd stały nie podlega prostej transformacji, więc aby uniknąć stosowania bardzo grubych przewodów przesyłowych, każda dzielnica, a nawet każdy zakład musiał mieć własną elektrownię, napędzaną silnikiem parowym.

Edison był tak przekonany o wyższości prądu stałego nad zmiennym, że wszelkimi, często nieuczciwymi, metodami zwalczał każdego, kto próbował prąd zmienny stosować. Przekonanie to jedno, a drugie to fakt, że on posiadał patenty dotyczące tylko prądu stałego, a patenty na systemy i urządzenia prądu zmiennego mieli inni, w tym Westinghouse.

Oto dwa z wielu nieuczciwych posunięć przedsiębiorcy Edisona:

• Młody Nikola Tesla po przyjeździe do Nowego Jorku w 1884 r. został zatrudniony w firmie Edisona przy naprawie często psujących się prądnic. Tesla, znając wady konstrukcyjne dynam, zasugerował Edisonowi, że można je udoskonalić, co zwiększy ich sprawność i niezawodność. Edison zaproponował mu 50 000 dolarów za dokonanie tego. Tesla przez blisko rok przerabiał 24 dynama, w których zastosował m.in. regulatory napięcia wg swego opatentowanego pomysłu. Gdy zgłosił się po umówioną zapłatę, Edison wyśmiał go, mówiąc, że to był żart i że może dać mu 10 dolarów podwyżki. Tesla natychmiast rozstał się z Edisonem i zaczął samodzielnie realizować ideę stosowania prądu zmiennego.
• Edison w zwalczaniu konkurencji posługiwał się często bardzo podłymi, wręcz bandyckimi, metodami. Przykład to finansowe wspieranie niejakiego Harolda Browna, który w bestialski sposób uśmiercał prądem zmiennym psy, koty, konie a nawet słonia. Z tych egzekucji robił „spektakle”, aby udowodnić, jak wielkie niebezpieczeństwo stwarza taki prąd. Edison także gorliwie, choć nieoficjalnie, wspierał zastosowanie prądu zmiennego przy egzekucjach skazańców. Egzekucja wykonana w 1890 r. na W. Kemmlerze okazała się wielką porażką tego pomysłu. Trwała długi czas, spowodowała niewyobrażalne męczarnie skazańca i skończyła się jego „usmażeniem”. Były to elementy tzw. wojny prądów (current war), co miało nie dopuścić do upowszechnienia dużo lepszych sieci prądu zmiennego i utraty zysków przez Edisona.

W roku 1892 na skutek nieuczciwych posunięć, w tym również przekupstwa urzędników, Edison został usunięty z zarządu firmy Edison General Electric (EGE), którą sam stworzył. Przyczynił się do tego największy bankier, który miał 61% udziałów w EGE, John Pierpont Morgan. Na upadek Edisona wpłynął też inny potentat przemysłowy, George Westinghouse, z którym Edison toczył bezpardonową walkę. Po usunięciu nazwiska z logo firmy pozostało tylko „General Electric”. Jeszcze przez wiele lat Edison prowadził swoją działalność, ale jego pozycja wyraźnie słabła i nie mógł już szkodzić postępującej elektryfikacji prądem zmiennym.

Do upadku Edisona przyczynił się również brak wykształcenia oraz bezwzględny i samolubny charakter.

Co wynalazł Nikola Tesla (1856–1943)?

Serbski inżynier elektryk, z później przyznanym tytułem doktora, to nie tylko moim zdaniem największy, błyskotliwy wynalazca, jaki do tej pory pojawił się na świecie. Był autorem 112 patentów oraz twórcą wielu pomysłów i opracowań, które o ponad 100 lat wyprzedziły jego epokę.

Do jego najważniejszych wynalazków należą: prądnica prądu zmiennego, odkrycie w 1882 r. wirującego pola magnetycznego, metoda dystrybucji i zmieniania prądu zmiennego, silnik indukcyjny prądu zmiennego, bateria słoneczna, piromagnetyczny generator elektryczny, licznik elektryczny, miernik częstotliwości, prędkościomierz, aparatura do wytwarzania prądu o wielkich częstotliwościach, turbina, produkcja kondensatorów elektrycznych, cewek i podobnych urządzeń, metoda powietrznej transmisji.

Tesla jest twórcą urządzenia do wytwarzania wysokiego napięcia o bardzo wysokiej częstotliwości, wytwarzającego napięcie milionów woltów, zwanego cewką lub transformatorem Tesli. Wspólnie z Roentgenem pracował nad promieniami X i często prześwietlał własną głowę (prześwietlił nawet Marka Twaina). Opracował model żarówki znacznie lepszej od żarówki Edisona oraz turbinę bezłopatkową o dużej sprawności.

Pracował nad telefonem bezprzewodowym i opracował produkcję prądu jedno- oraz dwufazowego. Opracowaną w 1882 r. teorię wirującego pola magnetycznego usiłował podważyć włoski profesor Galileo Ferrari. Twierdził, że to on odkrył wirujące pole magnetyczne, lecz okazało się, że swoje badania prowadził w 1885 r., trzy lata po Tesli.

Prawdziwość i pierwszeństwo wynalazku Tesli potwierdzili dwaj wybitni naukowcy z dziedziny fizyki i elektryczności: Charles Steinnetz i Michael Pupin. Odkrycie wirującego pola magnetycznego pozwoliło na budowanie wielofazowych silników indukcyjnych, a wynalezienie prądu wielofazowego i opracowanie metody przesyłania go na duże odległości przyspieszyło rozwój energetyki o kilkadziesiąt lat.

Doświadczenia z rurą jarzeniową (lampą próżniową) zasilaną prądem o wysokim napięciu są uznane za wstęp do opracowania falowodu stosowanego w technice mikrofalowej. Tesla opracował i wykonał prototyp lamp jarzeniowych, lecz ich nie opatentował. Jego badania nad wpływem wysokiego napięcia o wysokiej częstotliwości na karborundowy element, znajdujący się w szklanej bańce z bardzo rozrzedzonym gazem, zainspirowały później do prac nad mikroskopem elektronowym.

Tesla budował cewki zasilane prądem w.cz., w których topił ołów i rozżarzał żelazne przedmioty. Badając promienie X, odkrył ich wielką szkodliwość dla ludzkiego organizmu i opracował metodę zabezpieczania przed nimi. Dzięki jego badaniom zaczęto używać ołowianych ekranów.

Badania Tesli nad stosowaniem zakodowanych sygnałów do sterowania urządzeniami, nad obwodami logicznymi i nad stosowaniem kombinacji sygnałów sterujących są uznane za wstęp do techniki komputerowej. Te prace zostały opisane w patentach pochodzących z roku 1903 r.

Tesla opracował i opatentował sposób zmniejszania oporności przewodnika przez chłodzenie go skroplonym powietrzem, co doprowadziło do odkrycia zjawiska nadprzewodnictwa. Przewidywał produkcję samolotów bezzałogowych sterowanych zdalnie oraz automatycznych inteligentnych samochodów.

Przewidywał powstanie inteligentnych samosterujących pocisków wysyłanych na tysiące mil. Wynalazł i skonstruował aparat do elektroterapii. Był pomysłodawcą latającej maszyny pionowego startu i przewidział produkcję silników odrzutowych. W 1917 r. opracował podstawy działania radaru pulsacyjnego. Pracował nad sterowaniem pojazdami za pomocą fal radiowych, na co uzyskał patent w roku 1898. Na łączność radiową zgłosił patent w roku 1897, ale otrzymał go dopiero trzy lata później. Jednym z opatentowanych pojazdów zwanych teleautomatami był model łodzi podwodnej wykonanej z metalu i sterowanej pilotem.

Model wyposażony był w baterie zasilające i odbiornik sterujący poszczególnymi mechanizmami oraz oświetleniem. Łódź miała zabezpieczenia uniemożliwiające przejęcie nad nią kontroli przez osobę niepowołaną. Specjalny obwód pracujący na dwóch częstotliwościach rozpoznawał sygnał z transmitera, co uniemożliwiało uruchomienie łodzi przez intruza. Podobny system jest stosowany obecnie.

Jednym z najważniejszych wynalazków oprócz prądnicy prądu zmiennego dwufazowego oraz silników na prąd zmienny było radio. Nad radiem i falami radiowymi pracowali również Hertz, Popow, O. Lodge i Marconi.

Nikola Tesla opublikował urządzenie nadawczo-odbiorcze, które zademonstrował w 1895 r. w St. Louis. Urządzenie składało się z dwóch zestawów:

• nadajnika iskrowego o mocy 5kW, anteny, uziemienia i obwodów strojonych,
• odbiornika mającego również antenę i uziemienie, obwody strojone rezonansowe, a jako wskaźnik odbieranego sygnału służyła lampa jarzeniowa. Odległość między zestawami wynosiła 10m. Po włączeniu nadajnika do prądu i zestrojeniu obwodów rezonansowych lampa jarzeniowa w odbiorniku zaczynała jasno świecić.

Eksperymenty podobne do tych Tesli przeprowadzał Anglik O. Lodge, który w roku 1894 za pomocą nadajnika iskrowego i odbiornika z podłączonym telegrafem uzyskał łączność na odległość 140m.

Czy Tesla wynalazł łączność radiową?

W roku 1896 G. Marconi na sprzęcie skopiowanym ze sprzętu O. Lodge’a i N. Tesli przeprowadzał w Londynie pokazy łączności radiowej. Marconi w 1900 r. uzyskał patent na łączność radiową i przez wiele lat starał się udowodnić, że to on, a nie Tesla, wynalazł łączność radiową. Marconi na przełomie XIX i XX wieku miał znaczne wpływy w kręgach biznesowo-politycznych i dlatego w roku 1908 dostał Nagrodę Nobla za skonstruowanie radia.

Jednak choćby tylko takie fakty, jak opracowana w 1893 r. zasada elektrycznego strojenia i rezonansu czy też opatentowana w 1898 r. zasada sterowania radiem pojazdów, dobitnie pokazują, że to Tesla wynalazł radio 7 lat przed Marconim. Prawda w końcu została ujawniona w roku 1943. Sąd Najwyższy Stanów Zjednoczonych oficjalnie uznał, że to Tesla pierwszy wynalazł radio. Z dostępnych wiarygodnych źródeł jasno wynika, że Marconi był plagiatorem wynalazku Tesli – po prostu go ukradł.

Tesla często powtarzał, że jego jedyną wielką miłością jest prąd zmienny i zjawiska z nim związane. Warto więc przedstawić jego dokonania w tej dziedzinie.

Po rozstaniu z Edisonem w 1885 r. przy poparciu kilku inwestorów założył firmę pod swoim nazwiskiem. W tej firmie opracował i opatentował nowe, prostsze, tańsze i bardziej niezawodne typy lamp łukowych. Były one powszechnie stosowane do oświetlania ulic i fabryk, więc Tesla zarobił trochę pieniędzy. Niestety po roku został bez pracy.

W 1887 r. nawiązał kontakt z dyrektorem Zachodnich Linii Telegraficznych A.K. Brownem, który był również orędownikiem stosowania prądu zmiennego. Przy jego wydatnej pomocy powstała firma Tesla Electric Company, w której zaczął realizować swoje pomysły dotyczące prądu zmiennego. Wkrótce zgłosił patenty na wielofazowy system prądu zmiennego oraz na różne rodzaje silników na prąd zmienny, w tym na silnik jednofazowy z fazą pomocniczą.

W roku 1888 Tesla zaczął współpracę z potentatem przemysłowym George’em Westinghouse’em. Był on właścicielem firmy produkującej urządzenia kolejowe oraz autorem ok. 400 wynalazków. Wynalazł stosowany do dziś hamulec pneumatyczny, zwrotnicę umożliwiającą pociągom zmianę torów podczas jazdy oraz wymyślił produkcję taśmową.

W 1886 r. Westinghouse uruchomił pierwszą elektrownię prądu zmiennego w Buffalo w stanie Nowy Jork i starał się rozwijać przemysł elektrotechniczny. Produkował generatory prądu zmiennego, transformatory oraz przyrządy elektrotechniczne o różnym przeznaczeniu. Jeśli chodzi o transformator, to został on wynaleziony w latach 1878–79 przez Francuza L. Gaularda i Anglika J. Dixona, a Westinghouse jedynie odkupił od nich patent.

Początkowo silniki skonstruowane przez Teslę nie chciały pracować. Okazało się, że Tesla zaprojektował silnik na prąd o częstotliwości 50–60Hz a Westinghouse produkował prąd o częstotliwości 133Hz. Gdy generatory zostały przestawione na 60Hz, silniki mogły spełniać swoje zadanie.

Silniki konstruowane przez Teslę miały wirniki z nabiegunnikami z magnesów trwałych lub z elektromagnesów zasilanych prądem stałym. Tesla we współpracy z Westinghouse’em opracował metodę przysyłania prądu na duże odległości przy użyciu transformatorów.

Jednym z młodzieńczych marzeń Tesli było zbudowanie hydroelektrowni m.in. na Niagarze, a podobne marzenie miał również Westinghouse. Gdy w 1886 roku powstał pomysł zbudowania elektrowni na Niagarze, rozpoczął się wyścig o zezwolenie. Ubiegał się o nie również Edison, lecz jego system prądu stałego nie miał szans. Pozwolenie na budowę otrzymali w 1893 r. Westinghouse i Tesla, gdyż zwyciężyła ich koncepcja stosowania prądu trójfazowego. Budowa elektrowni na Niagarze trwała od roku 1893 do 1896. Elektrownia ta dostarczała prąd o mocy ok. 40MW i częstotliwości 25Hz.

Do otrzymania zezwolenia pośrednio przyczynił się z pochodzenia Polak, Michał Doliwo-Dobrowolski, który w tym czasie był dyrektorem berlińskiej fabryki AEG i twórcą systemu trójfazowego. Oto parę związanych z nim informacji: W latach 1888–91 skonstruował pierwszą na świecie prądnicę prądu trójfazowego. Skonstruował i opatentował kilka odmian transformatorów trójfazowych oraz różne modele silników trójfazowych.

Pierwszy na świecie silnik trójfazowy wynalazł i opatentował w 1889 r. Najlepszym z wynalezionych silników okazał się silnik trójfazowy ze zwartym wirnikiem, tzw. silnik klatkowy, który oprócz prostej konstrukcji ma też duży moment obrotowy. Poza tym skonstruował i opatentował fazomierz i wprowadził pojęcie współczynnika mocy cosΦ. Jest uznany za twórcę nowoczesnej energetyki, za co otrzymał wiele prestiżowych odznaczeń oraz dyplom doktora honoris causa.

Mogą pojawić się wątpliwości, dotyczące wynalezienia prądu trójfazowego i transformatorów trójfazowych. Jedne źródła podają, że wynalazł je dr Doliwo-Dobrowolski, a inne, że Tesla. Jednak większość opisów na temat Tesli mówi, że zajmował się prądem jedno- i dwufazowym. Udokumentowane patentami wynalazki dr. Michała Doliwo- Dobrowolskiego potwierdzają, że to on wynalazł system prądu trójfazowego.

Czym była wieża Tesli i jak działała?

Natomiast mówiąc o największych dokonaniach Tesli, nie wolno pominąć doświadczeń przeprowadzonych w Colorado Springs oraz zbudowanej na Long Island wieży zwanej Wardenclyffe (a także wieżą Tesli). Z wieży zbudowanej w 1899 r. w Colorado Springs, wyposażonej m.in. w olbrzymi generator wysokiego napięcia i częstotliwości (olbrzymia cewka Tesli), uzyskiwał napięcia rzędu 12 milionów woltów. Tam wytwarzał sztuczne pioruny o długości 40m i pioruny kuliste o wielkości nawet dużego jabłka lub grejpfruta, które przeskakiwały na duże odległości.

Nikomu do tej pory nie udało się stworzyć pioruna kulistego, a największa sztucznie wytworzona i udokumentowana kulka plazmy miała średnicę kilku milimetrów. Podczas jednej z przeprowadzonych prób generator zasilający wieżę stopił się w bryłę metalu. Wieża służyła do badań nad bezprzewodowym przesyłaniem energii elektrycznej oraz sygnałów elektromagnetycznych o mocy do 300kW. Podczas tych badań odkrył falę stojącą oraz próbował obliczyć częstotliwość rezonansu Ziemi.

W 1900 roku Tesla zaczął czynić przygotowania do budowy drugiej wieży ulokowanej na Long Island i nazwanej Wardenclyffe. Miała ona służyć do bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej o olbrzymiej mocy. Sama kopuła o średnicy ok. 18m miała być pokryta miedzianą blachą i ważyła ok. 55 ton.

Gdy już miało dojść do uruchomienia, główny sponsor J. Pierpont Morgan nagle wstrzymał fundusze. Choć Tesla zdążył wyposażyć wieżę w niezbędne urządzenia, dalsze prowadzenie doświadczeń wymagało jeszcze dofinansowania. Prace stanęły. Po 1910 roku wieża zaczęła być rozkradana, a w 1912 wysadzono ją dynamitem.

Istnieje niepotwierdzona hipoteza, że Tesla raz uruchomił wieżę pełną mocą w 1908 r. W liście do redakcji „Timesa”, w dniu 21.06.1908 r. napisał, że „w przyszłości działania wojenne powinny być prowadzone z użyciem fal elektromagnetycznych i to może być skuteczne narzędzie destrukcji”. Dziewięć dni później na Syberii w pobliży rzeki Podkamienna Tunguska nastąpiła niewyobrażalnie wielka eksplozja nazwana katastrofą tunguską. Do tej pory nie wyjaśniono do końca przyczyn tej katastrofy. Mówi się o meteorycie, ale niektórzy są zwolennikami hipotezy, że to Tesla przetestował swój wynalazek.

W roku 1931, z okazji 75. rocznicy urodzin Tesli, wielu naukowców, w tym laureatów Nagrody Nobla, przyznało oficjalnie, że prace Tesli i jego wynalazki mocno wpłynęły na ich pracę naukową.

Wielkie słowa uznania dla Tesli wyraził m.in. Lee De Forest (wynalazca lampy elektronowej – triody), a Einstein pogratulował wkładu w dziedzinie prądów w.cz. Wielu uczonych oficjalnie uznało Teslę za największego wynalazcę na świecie i w całej historii. Dodatkowym uhonorowaniem Tesli było odsłonięcie w pobliżu wodospadu Niagara jego pomnika (1906 r.).

Po przedstawieniu nawet bardzo skrótowo sylwetki Tesli i jego dokonań wyraźnie widać, że przy nim Edison i Marconi to tylko „karzełki”. Jeśli ktoś chciałby dokładniej poznać życiorys Tesli i historię wojny prądów, to polecam książki: „Nikola Tesla. Władca piorunów” oraz „Ostatnie dni mroku”.