Filozoflar yüzyıllarca şimşeğin korkunç gücüne ve kehribar gibi katıların ipek kumaşa sürtülünce çıkan kıvılcımlara hayret etmişti. Kehribarın Yunanca karşılığı “elektron”du ve kıvılcımlanma olgusunun, statik elektrik olduğu anlaşıldı.
1754’te bir deneyde Benjamin Franklin bir gök gürültüsünün içine bir uçurtma uçurdu ve bu iki olgunun yakından ilişkili olduğunu gösterdi. Uçurtmanın ipine bağlı pirinç bir anahtardan kıvılcımlar çıktığını görünce, bulutların elektriklendiğini ve şimşeğin de bir elektrik biçimi olduğunu kanıtladı.
Franklin’in çalışması, Joseph Priestley’in 1767’de The History and Present State of Electricity (Elektriğin Tarihi ve Bugünkü Durumu)‘i yayımlamasına esin kaynağı oldu. Ama 1780’de bir kurbağanın bacağının seğirmesini fark edince elektriği anlamaya doğru ilk önemli adımları atan kişi, Bologna Üniversitesinde anatomi hocası olan Luigi Galvani’ydi.
Galvani, hayvanların “hayvansal elektrik”le hareket ettiklerini söyleyen bir teoriyi araştırıyordu ve her neyse onun kanıtını bulmak için kurbağaları parçalayıp inceliyordu. Yakında statik elektrik üreten bir makine olduğunda, masada yatan kurbağa bacağının, kurbağa öleli çok olmasına rağmen, aniden seğirdiğini fark etti. Bir kurbağa bacağı, demir bir çite değen pirinç bir çengele asılınca da aynı şey oldu. Galvani; bu kanıtın, elektriğin bizzat kurbağadan geldiğine ilişkin inancını desteklediğine inandı.
Luigi Galvani, burada ünlü kurbağa bacağı deneyini gerçekleştirirken gösteriliyor. Hayvanların, “hayvansal elektrik” dediği elektriksel bir kuvvet tarafından hareket ettirildiklerine inanıyordu.
Volta’nın Atılımı
Galvani’nin genç meslektaşı, doğa felsefesi profesörü Alessandro Volta, Galvani’nin gözlemlerine merak saldı ve başlangıçta onun teorisine inandı. Volta’nın elektrik deneyleri konusunda dikkate değer bir geçmişi vardı. 1775’te, bir deney anında elektrik kaynağı sunan bir aygıt, “elektrofor”u (modern eşdeğeri kondansatördür) icat etmişti. Aygıt, statik elektrik yükü kazandırmak için kedi kürküne sürtülen bir reçine diskten oluşuyordu. Her seferinde reçinenin üzerine metal bir disk yerleştirilir, böylece elektrik yükü aktarılıp metal disk elektriklenirdi.
Volta, Galvani’nin hayvansal elektriğinin “kanıtlanmış hakikatler arasında” olduğunu ifade etti. Ama çok geçmeden kuşkulanmaya başladı. Kancada kurbağa bacağının seğirmesine neden olan elektriğin iki farklı metalin (pirinç ile demir) birbirine değmesinden kaynaklandığı sonucuna vardı. Düşüncelerini 1792’de ve 1793’te yayımladı ve olguyu araştırmaya koyuldu.
Volta, tek bağlantılı iki farklı metalin, dilinde tuhaf bir duyum hissetmesine yetecek kadar olmasına rağmen, fazla elektrik üretmediğini gördü. Sonra tuzlu suyla birbirine bağlanan bir dizi oluşturarak etkiyi arttırma düşüncesi aklına geldi. Küçük bir bakır disk aldı, onun üzerine çinko bir disk yerleştirdi, onun üzerine tuzlu suya batırılmış bir parça karton koydu, sonra tekrar bakır disk, çinko disk, tuzlu sulu karton koydu ve sonunda bir sütun ya da baca oluşana kadar böyle devam etti. Başka bir deyişle bir pil ya da “batarya” yarattı. Tuzlu sulu kartonun amacı, metallerin birbirine değmesine izin vermeden elektrik taşımaktı.
Sonuç heyecan vericiydi. Volta’nın kaba pili yalnızca birkaç volt (ismini ondan alan elektrik birimi) elektrik üretmiş olabilir; ama iki ucu bir parça telle birleştirilince küçük bir kıvılcım çıkarmaya ve ufak bir elektrik çarpması yaşatmaya yeterliydi.
Volta keşfini 1799’da yaptı ve haber hızla yayıldı. Sonucu 1801’de Napolyon Bonapart’a gösterdi; ama daha önemlisi, vardığı sonuçları, Britanya’da Kraliyet Derneğinin başkanı Sir Joseph Banks’a uzun bir mektupla bildirmişti. Mektup, “Farklı türden iletken maddelerin salt temasıyla tahrik edilen elektrik üzerine” başlıklıydı ve Volta kendi aygıtını tarif eder: “Sonra, metalik parçalardan birini, örneğin gümüş bir parçayı bir masanın ya da herhangi bir tezgahın üzerine yatay olarak yerleştiriyorum ve birincisinin üzerine çinko parçayı uyduruyorum; ikincisinin üzerine de ıslatılmış disklerden birini koyuyorum; sonra bir gümüş plaka ve hemen onun üzerine bir çinko daha… böyle devam edip… devrilmeyecek kadar yüksek bir sütun oluşturuyorum.”
Bir elektrik zili ya da voltajı saptayan bir yarı iletken olmadığı için, Volta dedektör olarak kendi vücudunu kullandı ve elektrik çarpmasına aldırmamış göründü: “Yirmi çift parçadan (daha fazla değil) oluşan bir sütundan bütün parmağı epeyce acıtan şoklar alıyorum.” Sonra bir çizgi ya da daire şeklinde dizilmiş, tuzlu su içeren bir dizi kupadan ya da kadehten oluşan daha ayrıntılı bir aygıtı tarif eder. Her bir çift, her kupadaki sıvıya daldırılan bir parça metalle birbirine bağlanır. Bu metalin bir ucu gümüş, diğer ucu çinkodur ve bu metaller. bir kupadaki sıvıya yalnızca gümüş ve bir sonrakine yalnızca çinko batırılmak koşuluyla, herhangi bir metalin teliyle birbirine bağlanabilir ya da lehimlenebilir. Bunun daha hantal olmasına rağmen, bazı bakımlardan katı pilden daha kullanışlı olduğunu açıklar.
Volta, zincirin bir ucundaki kaseye elini sokup, diğer uca bağlı bir teli alnına, göz kapağına ya da burnun ucuna değdirince hissedilen tatsız duyumları ayrıntısıyla tarif eder: “Birkaç saniye bir şey hissetmem; ama sonra, telin ucuna değen kısımda başka bir duyum başlar; bu, temas noktasıyla sınırlı, keskin bir acıdır (şoksuz), bir titremedir, yalnızca devam etmekle kalmaz, o derece artar ki, kısa sürede dayanılmaz hale gelir ve devre kesilinceye kadar durmaz.”
Mektubunun Banks’a ulaşmış olması, Napolyon Savaşları devam ettiği için çok şaşırtıcıdır; ama Banks haberi ilgili herkese hemen yaydı. Birkaç hafta geçmeden Britanya’nın her tarafında insanlar elektrik bataryaları yapıyor ve elektrik akımının özelliklerini araştırıyordu. 1800’den önce bilim insanları, zor ve memnuniyet verici olmayan statik elektrikle çalışmak zorunda kalmışlardı. Volta’nın buluşu, bir dizi maddenin – sıvılar, katılar, gazlar – yüklü bir elektrik akımına nasıl tepki vereceğini anlamalarına olanak verdi.
Volta’nın buluşuyla ilgi çalışanlar arasında, William Nicholson, Anthony Carlisle ve William Cruickshank vardı; bunlar Mayıs 1800’de “otuz altı yarım kron ve buna denk çinko ve kartondan” oluşan kendi pillerini yaptılar ve akımı platin tellerden suyla dolu bir tüpe geçirdiler. Ortaya çıkan gaz kabarcıkları, iki parça hidrojen ve bir parça oksijen olarak saptandı. Henry Cavendish suyun formülünün H2O olduğunu göstermişti; ama su ilk kez elementlerine ayrıldı.
Volta’nın pili, işitme cihazlarından kamyonlara ve uçaklara kadar her şeyde kullanılan bütün modern pillerin atasıydı. Gündelik aygıtlarımızın birçoğu pil olmadan çalışmaz.
Metalleri Yeniden Sınıflandırmak
Volta’nın pili elektrik akımını incelemeyi başlatmanın ve böylece yalnızca fiziğin yeni bir dalını yaratmakla kalmayıp, modern teknolojinin gelişimini de hızla ilerletmenin yanı sıra, metallerin tamamen yeni bir kimyasal sınıflandırmasına da yol açtı; çünkü pilinde çeşitli metal çiftlerini kullanmış, bazılarının diğerlerinden daha iyi iş gördüğünü bulmuştu. Gümüş ile çinko ve bakır ile kalay kusursuz bir bileşim oluşturuyordu, ama gümüşle gümüşü ya da kalayla kalayı denediğinde, elektrik elde edemiyordu; metaller farklı olmalıydı. Metallerin, her biri bir alttakiyle temas edince pozitif olacak şekilde dizi halinde düzenlenebileceğini gösterdi. Bu elektrokimyasal dizi, o zamandan beri kimyacılar için paha biçilmez olmuştur.
Kim Haklıydı?
Volta’nın sırf Galvani’nin hipotezinden kuşku duyduğu için farklı metallerin dokunuşunu araştırmaya başlaması, bu öykünün ironik bir yanıdır. Ama Galvani tamamen haksız değildi sinirlerimiz vücuda elektriksel sinyaller gönderek çalışır; Volta’nın teorisi de tamamen doğru değildi. Elektriğin iki farklı metalin yalnızca birbirine değmesinden kaynaklandığına inandı; oysa daha sora Humphry Davy, hiçbir şeyin yoktan var olmadığını gösterdi. Elektrik üretilirken, başka bir şey tüketilmelidir. Davy bir kimyasal tepkime gerçekleştiğini öne sürdü ve bu, onun elektrikle ilgili başka önemli keşifler yapmasına yol açtı.
Alessandro Volta Kimdir?
Kuzey İtalya’da, Como’da 1745’te doğan Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, aristokrat ve dindar bir ailede büyüdü; rahip olması bekleniyordu. Ama o statik elektrikle ilgilendi ve 1775’te “elektrofor” dediği gelişmiş bir elektrik üretme aygıtı yaptı. 1776’da Maggiore Gölü’nde atmosferdeki metanı keşfetti ve kapalı cam bir kabın içinde bir elektrik kıvılcımıyla tutuşturma yöntemiyle metanın yanmasını araştırdı.
1779’da Volta, Pavia Üniversitesinde fizik profesörü olarak atandı ve bu görevini 40 yıl sürdürdü. Ömrünün sonuna doğru uzaktan kumandalı tabancaya öncülük etti; bununla bir elektrik akımı Como’dan Milano’ya 50 km yol alarak bir tabancayı ateşliyordu. Bu, iletişim için elektriği kullanan telgrafın habercisiydi. Elektrik gerilimi birimi volt, adını ondan alır.
Elektrik Hakkında Tarihsel Gelişmeler
1754 – Benjamin Franklin, ünlü uçurtma deneyiyle şimşeğin doğal bir elektrik olduğunu kanıtlar.
1767 – Joseph Priestley statik elektrikle ilgili kapsamlı bir anlatım yayımlar.
1780 – Luigi Galvani kurbağa bacaklarıyla “hayvansal elektrik” deneyleri yapar.
1800 – İngiliz kimyacılar William Nicholson ve Anthony Carlisle, bir volta pili kullanıp, suyu iki elementine, oksijen ve hidrojene ayırır.
1807 – Humphry Davy elektrik kullanarak potasyum ve sodyum elementlerini yalıtır.
1820 – Hans Christian Orsted, manyetizma ile elektrik arasındaki bağı ortaya çıkarır.