Knetteren van energie: electriciteit genereren
Ruhmkorffs vonk-inductor
Harro van Lente
Ruhmkorffs vonk-inductor
De vonken vliegen ervan af als er een elektrische stroom door dit apparaat gaat. Binnenin zijn twee cilindrische spoelen om elkaar heen gewikkeld. Als de stroom door de binnenste spoel wordt onderbroken door het hamertje aan de zijkant, wordt in de tweede spoel een stroom met hoge spanning opgewekt. De spanning kan dan zo hoog worden dat er een vonk ontstaat tussen de twee aansluitklemmen. Hoe vaker de stroom onderbroken wordt, hoe hoger de spanning zal oplopen en hoe groter de vonk zal zijn.
Van ü naar u
Heinrich Rühmkorff werd geboren in 1803 in Hannover, in Duitsland. Hij was geïnteresseerd in technische apparaten en reisde, net als veel jonge mannen in die tijd, door Europa om meer te leren. Uiteindelijk ging hij in Parijs wonen en veranderde hij zijn naam in Ruhmkorff omdat die “ü“ zo lastig is voor Fransen en ze het zonder die umlaut toch al goed uitspreken. Hij werd bekend als bouwer van elektrische apparaten. Voor zijn vonkinductor kreeg hij in 1858 een prijs van 50 000 frank, uitgereikt door Napoleon III, de keizer van Frankrijk. Ruhmkorff overleed in Parijs in 1877.
De vonk van het leren
De Ruhmkorff vonkinductor is veel gebruikt in het middelbaar onderwijs. Waarschijnlijk is ook het exemplaar in deze tentoonstelling benut voor demonstraties. Bij het vak natuurkunde hebben generaties leerlingen proeven met apparaten gedaan om de leerstof te begrijpen. Vaak betreft dit prachtige exemplaren, met mahoniehout, bakeliet en messing. Het ontwerp is dan afgestemd op de leerdoelen; het laat zien welke aansluitingen er gemaakt kunnen worden, wat er afgelezen moet worden en wat het bedoelde effect is.
De vonk van fantasie
Elektriciteit en vonken prikkelden de fantasie, vooral in de 19e eeuw. In het avonturenboek Naar het middelpunt der aarde uit 1864 beschrijft Jules Verne een lichtbron die op Ruhmkorff’s vonkinductor is gebaseerd. Aan elektriciteit en vonken werden ook een geneeskrachtige werking toegeschreven. Een elektrische stroom prikkelt immers de spieren en de zenuwen. Toen rond 1900 in de psychiatrie werd gezocht naar behandelingen voor ‘zenuwziekten’ is ook Ruhmkorff’s vonkinductor toegepast. Het idee was dat wanneer de stroom snel van spanning verandert dit genezend voor de zenuwen kan zijn. Dat het vooral ook pijnlijk is, werd op de koop toegenomen.
Het nut van vonken
Dat een vonkinductor vonken kan maken is benut voor het opwekken van Röntgenstraling en voor het maken van radiogolven bij radiozenders. In auto’s worden vonken gemaakt om de benzine te verbranden in de motor. Maar een vonkinductor maakt niet alleen vonken, het zet ook een lage spanning om in een hogere. En hoogspanning is nodig om elektriciteit over grote afstanden te transporteren, zoals de hoogspanningsmasten dat zichtbaar maken in het landschap. In de eeuw van
Ruhmkorff veranderde elektriciteit van een raadselachtige kracht naar een alledaags onderdeel van de moderne samenleving.
Dynamo
Kenneth Bertrams (vertaling Geert Somsen)
Ingezonden stuk
Op 17 juli 1871 - precies 150 jaar geleden - las de Franse natuurkundige Jules Jamin een ingezonden artikel voor aan de Franse Academie van Wetenschappen. De titel luidde “Over een magneto-elektrische machine ter opwekking van gelijkstroom”. De auteur van de inzending was een zekere Zénobe Gramme, een onbekende Belgische timmerman uit Parijs. Er gingen nog verscheidene jaren en vele Academie-inzendingen overheen voor zijn machine daadwerkelijk in wetenschap en industrie zou worden gebruikt.
Batterijen vervangen
De dynamo, een afkorting van “dynamo-elektrische machine”, is een gelijkstroomapparaat dat werkt als een elektrische generator. Het zet mechanische energie om in elektrische energie door elektromagnetische inductie. Een “magneto-elektrische machine” (magneto) doet dat ook, maar wekt hierbij wisselstroom op. Het idee achter de dynamo was om de steeds groter wordende accu’s en batterijen te vervangen die langs chemische weg stroom leverden aan booglampen en vlamboogovens in de staalindustrie. Na verloop van tijd werden veel dynamo’s echter weer vervangen door wisselstroomapparaten, zoals de kleine magneto’s die tot voor kort op fietsen te zien waren (en die onterecht dynamo’s genoemd worden). In auto’s namen elektronische diodes de ontsteking van de verbrandingsmotor over.
Gelijkstroom uit tollende magneten
Het tentoongestelde apparaat is een vroeg, handmatig aangedreven exemplaar. In het verticale, stilstaande raamwerk zorgen twee permanente magneten voor een constant magnetisch veld dat een wisselstroom opwekt die zich van het midden naar de bovenkant van de schacht verplaatst. Daar gaat de wisselstroom door de roterende “communicator” die de verbinding van de spoeldraden naar buiten steeds omdraait als de spanning wisselt. Deze omzetting produceert een zwakke gelijkstroom die net voldoende is om het lampje aan de zijkant te doen branden.
Uitvinding of fabricage?
De dynamo maakt deel uit van een lange geschiedenis van stapsgewijze verbeteringen door trial and error. Zénobe Gramme begon zelf ook niet bij nul.Hij had geen formele opleiding in de elektriciteitsleer genoten, maar was een fervent lezer van populaire tijdschriften die de laatste theoretische en praktische ontwikkelingen op dat gebied presenteerden. Hij deponeerde zijn eerste patent voor het afstellen van elektrisch licht in 1861. Hij negeerde daarbij (of pretendeerde niet te weten van) eerdere apparaten, zoals dat van Antonio Pacinotti, hoogleraar aan de Universiteit van Pisa, die in zijn laboratorium een prototype gebruikte voor onderwijs en experimenten, en daarop geen patent genomen had. Gramme daarentegen was de eerste om de uitvinding commercieel uit te buiten, via de naamloze vennootschap Gramme Magneto-Electric Machines die hij in 1869 oprichtte.
Gramme genationaliseerd
In weerwil van het collectieve karakter van de uitvinding van de dynamo en ondanks het teruglopende gebruik ervan in de loop van de 20e eeuw blijft Zénobe Gramme een gevierde beroemdheid. Vooral in Luik, niet ver van zijn geboorteplaats, wordt hij met verscheidene monumenten geëerd. Studieboeken in zijn geboorteland schilderen hem nog altijd af als een ware Belgische vernieuwer.
Stekkers
Sally Wyatt (vertaling Hans Radder)
Vanzelfsprekend
Je denkt er waarschijnlijk alleen aan als je op reis gaat naar een ander land en beseft dat je daar misschien een aangepaste stekker of een transformator nodig hebt. Gewoonlijk beschouwen we stekkers als geheel vanzelfsprekend, ook al gebruiken verschillende landen nog steeds verschillende stekkers, stopcontacten en elektriciteitsnetten. We kopen nieuwe elektrische spullen, zoals haardrogers, broodroosters, televisies en computers. Die hebben een stekker aan het eind van een snoer maar ze werken alleen wanneer die stekker in een stopcontact zit en zo verbonden is met het elektriciteitsnet.
Cultuur
De elektriciteit en stekkers van gewone apparaten worden nu gezien als doodgewoon. In het huidige Nederland zijn het standaardonderdelen van het dagelijks leven, ook al droomt men er nu van volledig draadloos te worden. Elektriciteit is ingevoegd in onze taal en bredere cultuur, bijvoorbeeld wanneer ‘het overspringen van een (elektrische) vonk’ gebruikt wordt ter aanduiding van romantische en seksuele aantrekkingskracht. AC/DC was de naam van een heavy metal band in de jaren ‘70. Die naam verwijst naar wissel- en gelijkstroom, en benadrukt hoe belangrijk elektriciteit is bij het maken van muziek.
De afgebeelde stekkers
De stekkers die je hier ziet stammen uit het begin van de 20e eeuw. Let op de verschillende gleuven in de pootjes. Dat zijn de voorlopers van de stekkers die nu overal op het vasteland van Europa gebruikt worden – twee pootjes, niet geaard, zonder polen, en geschikt voor gebruik in kleine huishoudelijke apparaten. De stekkers op uw wasmachine of oven moeten anders zijn, namelijk geaard om schade door kortsluiting in huis te voorkomen.
Geschiedenis
De elektriciteitsvoorziening werd ontwikkeld vanaf het eind van de 19e eeuw, maar kennis van statische elektriciteit en elektrische stroom bestond al veel langer. In het oude Griekenland experimenteerde Thales van Milete al met barnstenen staven en kattenvacht. Thomas Franklin onderzocht elektriciteit met behulp van natte vliegers en ijzeren sleutels. Thomas Edison spande zich in om al deze elementen zo samen te voegen dat elektriciteit geproduceerd en opgeslagen kon worden en gedistribueerd naar fabrieken en huizen. Rond dezelfde tijd als Edison droeg Nikola Tesla bij aan de ontwikkeling van wisselstroom. Hij droomde vele dromen over toekomstige toepassingen en zijn naam is nu verbonden aan elektrische auto’s.
Standaarden
Aan het begin van de 20e eeuw waren alleen woningen verbonden met het elektriciteitsnet, aanvankelijk ter vervanging van kaarsen en gaslampen als lichtbronnen. Ieder stadssysteem had zijn eigen soort stekkers. In de loop van de 20e eeuw werden de elektriciteitsnetten gestandaardiseerd, met als gevolg dat kleine lokale bedrijven opgeslokt werden door grote nationale systemen. In de meeste delen van het Europese vasteland gebruikt men nu een moderne versie van de afgebeelde stekkers. Stekker en stopcontact moeten passen wat betreft de vorm en afmeting van de pootjes en de grootte van spanning en stroomsterkte. Zo niet, dan kan er kortsluiting ontstaan of werkt het systeem gewoon niet.
Energetic and Sparkling: Creating Electricity
Ruhmkorff Coil
Harro van Lente
The spark of an induction coil
An electric current moving through this induction coil may trigger sparks. Inside, two coils are wound around each other. When a current through the inner coil is interrupted by a vibrating arm on the side, a high voltage pulse is generated in the second coil. The voltage may reach such high level that it triggers a spark between the two output terminals. The more frequently the current is interrupted, the higher the voltage will rise and the greater the spark will be.
From ü to u
Heinrich Rühmkorff was born in Hanover, Germany, in 1803. He was interested in technical devices and, like many young men at that time, traveled across Europe for his education. Eventually he settled down in Paris and changed his name to Ruhmkorff, dropping the "ü", which proved too difficult for the French who pronounced his name more or less correctly without the umlaut anyway. He became famous as a constructor of electrical appliances. In 1858 he received a prize of 50,000 francs for his coil inductor, awarded by Napoleon III, the Emperor of France. Ruhmkorff died in Paris in 1877.
A spark of learning
The Ruhmkorff coil has been widely used in secondary education. The specimen in this exhibition was probably used for teaching as well. Generations of students in physics classes engaged in experiments to grasp the subject matter. Many devices were made of beautiful materials, such as mahogany, bakelite and brass. Their design tends to indicate the learning objectives implied, by showing which connections are to be made, what needs to be read and what the intended effect is.
A spark of fantasy
Electricity has always sparked people’s imagination, especially in the 19th century. Author Jules Verne, in his science fiction novel Journey to the Center of the Earth (1864), describes a light source based on a Ruhmkorff coil inductor. Electricity and sparks were also believed to have medical use. After all, an electric current stimulates muscles and nerves. When around 1900 the new field of psychiatry was searching for treatments for ‘nervous diseases,’ the Ruhmkorff coil inductor was also used. The hope was that an electric current with changing voltage would have a curative effect on the nerves. The fact that it was quite painful, too, was taken for granted.
The use of sparks
The circumstance that an inductor coil can produce sparks has been used for generating X-rays and for making radio waves in radio transmitters. Today, sparks are still needed in cars to incinerate gasoline. An inductor coil does not only create sparks, it also converts a low voltage into a higher one. And high voltage is needed for long distance transportation of electricity, as is testified by the numerous electricity pylons in the landscape. In the age of Ruhmkorff, electricity transformed from a mysterious force into an everyday reality of modern life.
Dynamo
Kenneth Bertrams
Reading a note
On July 17, 1871—exactly 150 years ago—the French physicist Jules Jamin read a note at the French Academy of Sciences entitled “On a magneto-electric machine producing direct currents.” The author of this note, a certain Zénobe Gramme, a Belgian carpenter based in Paris and specialized in the construction of wooden stair railings, was unknown to all. It took several years and other notes submitted to the Academy to ensure that his machine was actually used in science and industry.
Replacing batteries
The dynamo, an abbreviation of “dynamoelectric machine,” refers to a direct current electric machine that operates as an electric generator. It converts mechanical energy into electrical energy using electromagnetic induction, similarly to a magneto (which produces alternating current). The general idea of the dynamo was to replace the chemical device of the increasingly bulky electric batteries, especially to power electric arc lights and arc furnaces for steelmaking. Over time, however, dynamos became increasingly eclipsed by alternators, like the low-power magnetos that used to be found on bicycles (and incorrectly called dynamos). They were also replaced in automobiles by electronic diodes to ignite the combustion engine.
Harnessing direct current from spinning magnets
In the early hand-driven model on display, the vertically shaped stationary system equipped with permanent magnets provides a constant magnetic field which induces an alternating electric current radially outward from the center toward the upper part of the shaft. There, the alternating current flows out through the rotary communicator switching the connection of the windings to the external circuit when the potential reverses. After this conversion, the machine generates a low voltage direct current which is barely sufficient to power the small lamp on the side.
Inventing versus manufacturing
The dynamo is part of a long history of incremental improvements through trial and error. Zénobe Gramme himself did not start from scratch. Although he had no formal technical training in electricity, he was a compulsive reader of the vulgarized journals summarizing the latest theoretical and applied findings in the field. His first patent for the regulation of electric light was filed in 1861. He ignored (or pretended to ignore) earlier devices, such as that of Antonio Pacinotti, professor at the University of Pisa, who had not filed patents for the prototype he was using in his laboratory for experimental and teaching purposes. Gramme, on the other hand, was the first to succeed in the commercial exploitation of his invention through the joint-stock Company of Gramme Magneto-electric Machines established in 1869.
Nationalizing Gramme
Notwithstanding the collective nature of the invention of the dynamo and despite the decline of its use for power generation throughout the 20th century, Zénobe Gramme remains a highly celebrated figure, particularly in Liege, not far from his hometown, where several monuments have been erected in his honor. In his native country, he is still depicted in textbooks as a genuine Belgian innovator.
Plugs
Sally Wyatt
Take for granted
You might only think about them when you travel to another continent as you realize you might need to pack an adapter plug or transformer. Otherwise, we tend to take plugs completely for granted even though different countries still have different plugs, sockets, and electricity supply systems. We buy new electrical items, such as hairdryers, toasters, televisions and computers. They come with a cord with a plug at the end but those items only work when that plug is put into a socket, connecting them to the electricity supply system.
Culture
Electricity and the plugs on everyday appliances are now seen as rather boring. In a country such as the Netherlands, they are firmly part of everyday life, even if the dream now is to become wireless. Electricity has entered our language and popular culture, especially as the vocabulary of electricity easily transfers to how people talk about romantic and sexual attraction. AC/DC was the name of a 1970s heavy metal band. The name refers to alternating current/direct current, highlighting how important electricity is to making music.
Plugs pictured here
The plugs you see here are from the early 20th century. Notice the different materials and the different grooves on the pins. These are forerunners of the plug now in wide use throughout Europe – two pins, ungrounded, and unpolarized, suitable for use with small domestic appliances. The plugs on your washing machine or oven are necessarily different as they need to be grounded to prevent short circuiting the electricity in your home.
History
Electricity supply systems began to be developed in the late 19th century but people have known about static electricity and electromagnetism for much longer. Thales of Miletus experimented with amber rods and cat fur in ancient Greece. Thomas Franklin flew wet kites with iron keys. Michael Faraday speculated about electric fields. Thomas Edison worked hard to bring all the elements together so that electricity could be generated, stored and distributed to factories and to homes. Nikola Tesla lived around the same time as Edison, and contributed to the design of alternating current. He had many dreams about future applications, and his name is now associated with electric cars.
Standards
At the turn of the 20th century, only homes in cities were connected to electricity supply, initially to replace candles and gas lamps as sources of light. Each urban system had its own plugs. Throughout the 20th century, electricity supply became standardized with the result that small, local companies were taken up into large, national systems. Most of Europe now uses a modern version of the plugs pictured here. The plug and the socket have to match: the size of the pins and the ampere or measure of electric current. If they do not match then the system might short circuit or simply not work.
