Tímarit Verkfræðingafélags Íslands - 01.12.1963, Page 25

TlMARIT VPl 1963
119
Vinnsla, flutningur og dreifing raforku
Útvarpserindi flutt 18. nóvemtaer 1962 í erindaflokknum „Tækni og verkmenning".
Eftir Aðalstein Guðjohnsen.
1. Inngangur.
Hvað er þetta dularfulla fyrirbæri, rafmagn, sem eng-
inn getur án verið nú á dögum? Hvernig er það búið
til, hvernig er það flutt, hvernig er því dreift manna á
meðal? 1 erindi þessu mun ég reyna að svara þessum
spurningum.
Að vísu er hvorki vinnsla raforkunnar, flutningur
hennar né dreifing, takmark í sjálfu sér. Lokatakmarkið
er að sjálfsögðu notkun hennar. En þótt ekki sé ætlunin
að ræða notkunin hér sérstaklega, er hollt að minnast
þess fyrst, hve snar þáttur raforkunotkun er orðin í
daglegu lífi okkar.
Hugsum okkur, að við værum skyndilega svipt öllu
rafmagni um tíma. Ekki þarf að fjölyrða um áhrif sliks
ástands á verksmiðjur og allan iðnað. Þar yrði um algera
lömun að ræða. En lítum bara á venjulegt heimili: Ljós-
leysi, nema skíma frá kertum, engin hitun, nema hita-
veita sé og dælur óþarfar, ísskápur óvirkur, ekkert útvarp,
cldavél og bökunarofn óvirk, sömuleiðis brauðrist og
hrœrivél. Úti eru götur myrkvaðar, lyftur stöðvaðar í
stórhýsum, rafmagnsklukkur óvirkar. öll vinna á heim-
ilum er i molum: Saumavél, strauvél, straujám, ryksuga,
þvottavél og suðupottur — ekkert af þessu starfar. —
Svo gersamlega höfum við gefið okkur rafmagninu á
vald.
Jafnan er vinnslan sá þáttur raforkunnar, sem athygl-
in beinist mest að. Mannvirki til orkuvinnslu eru lika
öll með nokkuð stóru sniði, auk þess sem þau eru fjár-
frek í stofnkostnaði. Flutningur raforkunnar frá vinnslu-
stað til notkunarsvæðis er oftast miklu kostnaðarminni,
stundum hverfandi lítill, ef vinnslan fer fram á sjálfu
notkunarsvæðinu. Dreifing orkunnar um notkunarsvæðið
er oft mjög kostnaðarsöm, en sá kostnaður dreifist oft
milli margra aðila og yfir lengri tíma, þannig að almenn-
ingur veitir honum minni athygli.
2. tJr sögu rafmagnsins.
Svo mjög sem við erum orðin háð rafmagni í öllu dag-
legu lífi, og rafmagnið því í rauninni orðið hversdags-
legt og sjálfsagt, þá er þó eins og þetta fyrirbæri — raf-
magnið — sé alltaf hulið einhvers konar dularhjúp. Menn
bera mikla virðingu fyrir því, dást að töfrum þess en
óttast afl þess.
Sagt er, að fyrir u.þ.b. 2500 árum hafi grískur heims-
spekingur, Þáles frá Milcs, eitt sinn verið að handfjatla
steina nokkra, gulbrúna, er hann hafði fundið á strönd-
inni. Hafði hann af tilviljun nuddað slíkan stein og þá
fundið, að steinninn virtist búa yfir sérstakri náttúru.
Þales veitti því athygli, að steinninn dró að sér létta
hluti, ef hann var borinn nálægt þeim. Steinefni þetta,
sem á grísku nefnist elektron, ber á íslenzku heitið
rafur eða raf.
1 Kína er og getið um mjög gamlar sagnir um steina,
sem drógu að sér járn. Þar hefur verið um segulsteina
að ræða, en segulmagn og rafmagn eru mjög skyld fyrir-
bæri.
Þá er þess getið, að læknir Elísabetar Englandsdrottn-
ingar, Gilbert að nafni, endurtók tilraun hins gríska
heimspekings. Gilbert þessi tók upp notkun á orðinu
,,elektron“ og er sá orðstofn nú notaður í flestum málum
um fyrirbærið rafmagn. 1 íslenzku er það þó nefnt eftir
íslenzka heitinu á steinefninu, þ.e. rafurmagn, síðar raf-
magn.
Tilraunum á sviði vísinda og tækni fór fjölgandi um
þessar mundir. Galileo sýndi fram á snúning jarðar,
Newton setti fram kenningu sína um þyngdarlögmálið.
1 Bandaríkjunum notaði Benjamin Franklin flugdreka
til að sýna fram á, að í eldingunni væri fólgið rafmagn.
Italskur prófessor, Gálvani að nafni, komst að þvi, að
tveir ólíkir málmar, sem snertu froskfætur, ollu titringi
í fótunum. Landi hans Alessandro Volta notfærði sér'
þessa niðurstöðu til að gera fyrstu rafhlöðuna. Hún var
þannig gerð, að milli platna úr kopar og zinki, var settur
pappír, gegndreyptur í sýru. Hér var fundin ný aðferð
til að fá fram rafmagn.
Daninn Örsted notaði rafhlöðu Volta, lét rafstraum
streyma eftir vir milli skauta hennar og komst að því,
að segulnál, sem sett var nálægt vírnum, snerist á
ákveðinn hátt. Var nú augljóst, að rafstraumur myndaði
um sig segulsvið.
En nú opnaðist enn ný leið til að vinna raforku, og
varð sú aðferð lang þýðingarmest. Tveir menn, Faraday
i Englandi og Henry í Bandaríkjunum, framkvæmdu
samtímis og án vitundar hvor um annan tilraunir, sem
sýndu, að ef vír var hreyfður í segulsviði, þá myndaðist
í honum rafstraumur. Þetta var raunar það öfuga við
tilraun örsteds og sýndi gagnkvæma tilvist rafmagns
og segulmagns.
Þótt Morse fyndi upp ritsímann og Bell talsímann,
var ekki um neina verulega notkun á rafmagni að ræða,
fyrr en Edison hafði smíðað glóþráðarlampann, en það
gerði hann árið 1879. Eftir það urðu framfarirnar stór-
felldar.
Ýmsar kenningar höfðu komið fram um það, hvað raf-
magn væri. Fyrst var talið, að um einhvers konar
streymandi efni væri að ræða, jafnvel tvö efni, annað
jákvætt (pósitíft), hitt neikvætt (negatíft). Englend-
ingurinn Tliompson sýndi fram á tilveru smáagna, sem
elektrónur eru nefndar. Síðan var sýnt fram á, að allt
efni væri gert úr atómum, en þau væru þannig gerð, að
í kjarnanum væru tvenns konar agnir, prótónur og
neutrónur, en i kringum kjarnann sveifluðust elektrónur.
Er kjarninn sagður hlaðinn jákvæðu rafmagni, elektrón-
urnar neikvæðu.
1 sumum efnum, t.d. málmum, eru yztu elektrónurnar
laust bundnar og má þvi tæla þær til hreyfings. Raf-
straumur í slíku efni er þá straumur eða hreyfing slikra
elektróna. Efni af þessu tagi eru nefndir góðir leiðarar