A 18. század végére a leideni palack és a dörzselektromos gépek feltalálásával már látványos villamos kisütéseket és intenzív fényjelenségeket is elő lehetett idézni. Azonban csak nagyon kevés töltést tudtak létrehozni, csupán néhány mikroamper áramot tudtak előállítani. Hiányzott az olyan nagyobb áramerősségű áramforrás, amely folyamatosan és hosszú ideig képes áramot szolgáltatni, s amellyel az áram jellegzetes tulajdonságait is ki lehetett mutatni.
Ez az új áramforrás – a mai zseblámpaelemeink őse – a galvánelem volt. Ma már tudjuk, hogy ez egy olyan energiaforrás, amely kémiai energiát alakít át villamos energiává. Akkor keletkezik, amikor két különböző elektródot (ez lehet fém-, vagy szénrúd) merítenek olyan elektrolit oldatba, amely legalább az egyik elektródot vegyileg megtámadja.
Az olasz Luigi Galvani 1786-ban egy véletlennek köszönhetően fedezte fel, hogy kémiai reakciók során is termelődik áram. Anatómiai kísérletei közben észlelte, hogy ha egy rézhorogra akasztott békacomb vasrúddal érintkezik, akkor az összerándul. Ez volt a híres békacomb-kísérlet. Galvani azonban helytelen következtetésre jutott, mivel a jelenséget állati elektromosságnak tulajdonította.
A szintén olasz, fizikaprofesszor Alessandro Volta megismételte Galvani kísérleteit és rájött, hogy az elektromosság a két különböző fémtől származik és valójában a béka testnedve, azaz a sejtekben lévő sóoldat vezeti az áramot. 1800-ban megalkotta az első elektromos elemet a Volta-oszlopot, amelynél egymás fölé két különböző fémből készült réz-, illetve cinklemezeket helyezett, ezek közé vízzel átitatott papírkorongokat rakott.
Volta találmányának jelentősége abban állt, hogy oszlopa folyamatosan és hosszú ideig tudott áramot szolgáltatni, ellentétben a leideni palackkal, valamint a dörzsöléssel gerjesztett sűrítő berendezésekkel.
A galvánelem áramával megkezdődött a villamosság gyakorlati felhasználása és az áram hatásainak vizsgálata. Sikerült villanyárammal felbontani a vizet, az angol Humphrey Davy e módszerrel állított elő addig ismeretlen alkálifémeket. Az ipari alkalmazás első területe a galvanizálás volt.
A legegyszerűbb galvánelemnél a galván-polarizáció miatt az áram erőssége gyorsan csökkent és rövid időn belül csakhamar megszűnt. Ennek a jelenségnek a megszüntetésére különböző típusú, egy és kétfolyadékos elemeket fejlesztettek ki, melyeknél vagy a pozitív elektródot oxigéndús anyaggal (pl. barna kőporral) vették körül, ami a kiváló hidrogént lekötötte és így nem jöhetett létre polarizált galvánelem, vagy pedig az elektródot saját sójába merítették, s ilyenkor nem gázok váltak ki az elektrolitból, hanem ugyanaz a fém, mint amiből az elektrolit készült. Egyfolyadékos változat volt a Smec-, a Leclanché- (továbbfejlesztett változata a szárazelem), valamint a Grenet-féle galvánelem. A Daniell-, Grove-, Bunsen-, Meideinger- elemeket kétfolyadékkal készítették. Számos további elemet is kifejlesztettek, mint pl. a Weston-féle normálelemet.
A hazai technikatörténet szempontjából Jedlik Ányos galvánelemekkel folytatott kísérletei jelentősek. A Bunsen-elem módosításával készített telepeket az 1855. évi párizsi kiállításon mutatták be. Az elemek gyártására Jedlik többedmagával vállalatot alapított. A telepeket számos távíró állomáson, fizikai laboratóriumban használták. Jedlik elemekről írt tanulmányának vázlatában egy szénlemez, egy papírfalú cella és egy szigetelt keret látható.
Később ólomakkumulátorokkal is kísérletezett, de ipari hasznosításukra nem került sor.
Napjainkra kisméretű és egyre nagyobb teljesítményű elemeket fejlesztettek ki. Ilyen gombelemekkel működnek a karórák, a számológépek. Azonban a környezettudatos szemléletforma kialakulásával az egyszer használható elemeket már nem tartjuk korszerűnek, mivel a bennük található oldatok és nehézfémek miatt veszélyes hulladéknak minősülnek. Előtérbe kerülnek a többször használatos, feltölthető akkumulátorok, melyekben az elektrokémia két ellentétes irányú folyamata játszódik le: árammal való feltöltésükkor elektrolizáló cellaként, működés közben pedig galvánelemként működnek.
Tudósok, feltalálók, mérnökök
Alessandro Giuseppe Antonio Volta
(1745-1827) olasz fizikus
Az elektromos áram elméletének kidolgozója, a víz elektrolízisének felfedezője és a kénsavoldatba merülő cink- és rézelektródákból álló Volta-elem (galvánelem) feltalálója.
Tanulmányainak elvégzése után, 1774-ben Comoban a gimnázium fizika tanárává nevezték ki. 1779-ben a paviai egyetemre, szintén mint a fizika tanárát hívták meg. Napóleon meghívására 1801-ben Párizsban az Institu-nak bemutatta a galvánláncra vonatkozó kísérleteit. Később Napóleon a vaskorona-rendet adományozta neki és Itália grófjává és szenátorává nevezte ki. 1804-ben lemondott tanári állásáról. Ezt követően egészen 1819-ig a padovai egyetem filozófiai fakultásának igazgatójaként működött tovább. Hátralévő éveit családja körében töltötte el. Munkássága elismeréseként a Societa Italiana, a párizsi Institut és a Royal Society tagjává tette.
Sir Humphry Davy
(1778-1829) angol kémikus
Az elektrokémia megalapítójának tekintik. A gázok tulajdonságait tanulmányozta Bristolban a Pneumatic Institute-ban, ahol felfedezte a dinitrogén-oxid érzéstelenítő hatását. 1801-ben Londonban, a Royal Institute-ban előadótanárként folytatta a munkáját. 1802-ben a kémia professzorává nevezték ki. Érdeklődése a fény és a galvánelektromosság felé fordult. Hírnevét főleg azzal a felfedezésével szerezte, hogy a kémiai vegyületek elektrolízissel lebonthatók elemeikre. Így izolálta a káliumot és a nátriumot, s állította elő a báriumot, bórt, kalciumot és stronciumot is. Bebizonyította, hogy a klór és a jód elemek. Megfigyelte, hogy az árammal szemben a vezetődrót ellenállást tanúsít, mely a vezető hosszával fordítottan arányos. 1816-ban kifejlesztette a biztonsági bányalámpát, a róla elnevezett Davy-lámpát. Labormunkáihoz Michael Faraday-t, az akkor még könyvkötőinast alkalmazta.
1812-ben lovaggá ütötték, természettudományi eredményeiért nemesi címet kapott. 1820-ban a Királyi Társaság elnöke lett.
Luigi Galvani
(1737-1798) olasz orvos, fiziológus
Orvosi tanulmányait 1759-ben végezte el a Bolognai Egyetemen, s munkáit is itt folytatta tovább. A doktori fokozat elnyerése után az anatómia előadójává nevezték ki. A Művészeti és Tudományos Intézetben a szülészet professzora lett. 1772-től a Bolognai Tudományos Akadémia elnökévé választották. Előadásait kiemelten a béka anatómiájáról és az elektrofiziológiáról tartotta. 1786-ban anatómiai kísérletei közben észlelete, hogy ha egy rézhorogra akasztott békacomb vasrúddal érintkezik, akkor az összerándul. Ez volt a híres békacomb-kísérlet. A jelenséget állati elektromosságnak tulajdonította. Kísérlete nagymértékben hozzájárult ahhoz, hogy Volta felfedezhesse az állandó elektromos áramot szolgáltató áramforrást.
1795-ben elbocsátották az egyetemről, mert nem esküdött fel a napóleoni új Köztársaságra. Bár később visszahívták, nem volt hajlandó elfogadni a katedrát.
Nevéből számos elektromos jelenség elnevezése származik: a galvanizálás, a galvanoplasztika, a galvánelem, a galvanométer, a galvanoterápia. Galvani neve összenőtt az elektromossággal, munkássága nyitotta meg az utat az izom- és idegfiziológiai kutatások, s az elektrofiziológia tudománya felé.
Műtárgyak
Jedlik-féle papírcellás elemek alkatrészei, 1850-es évek eleje
A negyvenes évektől kezdve – az ívlámpás világítás nagy áramigénye miatt – kezdett Jedlik a galvánelemek tökéletesítésével foglalkozni. Kiemelkedő eredményeket ért el a kétfolyadékos Bunsen-elemek fejlesztése terén.
Az elem két folyadékot elválasztó kerámiafalát impregnált papírból készült cellával váltotta fel. Ezzel csökkentette a savakat szétválasztó cella ellenállását. A salétromsavból keletkezett ártalmas nitrózus gőzök kijutását sikerült megakadályoznia. Újrahasznosításukat is megoldotta: visszavezette azokat az elem folyadékába, ahol vízzel reagálva ismét salétromsav képződött belőlük. Kidolgozta az addig drágán és nehezen beszerezhető szénlemezek egyszerű gyártását: Kőszénliszthez megfelelő kötőanyag (pl. szirup, keményítő, kátrány) hozzáadásával szénlemezeket állított elő. A szénlemezre szerelt fémes kivezetést a salétromsav gőzei ellen szappanosított stearinnel védte.
Az elemek gyártására Jedlik Csapó Gusztávval és Hamar Leóval elemgyártó műhelyt alapított 1853-ban. Akadémiai székfoglalójául is e témát választotta: előadását 1859. november 14-én „Villanytelepek egész működésének meghatározása” címmel tartotta meg.
(lelt.szám: 65.23.5.1, Műszaki Tanulmánytár gyűjteménye, kiállítva az Elektrotechnikai Múzeumban)
(lelt.szám: 65.23.8.1, Műszaki Tanulmánytár gyűjteménye, kiállítva az Elektrotechnikai Múzeumban)
Volta oszlop
Az első elektromos elem, melynél egymás fölött két különböző fémből készült réz-, illetve cinklemezek találhatóak. Közéjük vízzel átitatott papírkorongokat helyeztek.
(lelt.szám: 76.7.1, Műszaki Tanulmánytár gyűjteménye, kiállítva az Elektrotechnikai Múzeum „Töltődj fel! utazó kiállításában)
Részlet a kiállításból
