Galvani Bị Phá Hủy Năm 1838: Câu Chuyện Bi Thương Của Phương Tiện Điện Đầu Tiên
Chia sẻ trang này
Chiếc đầu máy điện đầu tiên trên thế giới ra đời từ tay một nhà hóa học người Scotland: Robert Davidson đã biến động cơ điện từ bắt đầu hoạt động vào năm 1837 thành một cỗ máy đầy đủ kích thước trong vài năm, và vào tháng 9/1842 đã vận hành chiếc đầu máy mang tên Galvani trên tuyến đường sắt Edinburgh-Glasgow. Một đầu máy không than, không khói, không lửa - nhưng lịch sử của nó còn có một khía cạnh bi thảm: Galvani đã bị những người sợ hãi chính cỗ máy này hoặc xem nó như mối đe dọa đến công việc của họ phá hủy, và không một mảnh nào của bản gốc còn tồn tại đến ngày nay.
Những điểm nổi bật
- Robert Davidson sinh ngày 18/4/1804 tại Aberdeen; Đã thử nghiệm Galvani vào tháng 9/1842
- Chiếc đầu máy dài khoảng 16 feet (4,9 m) và theo các tài liệu thì nặng từ 5-7 tấn
- Tốc độ thử nghiệm khoảng 4 dặm/giờ (6,4 km/h); Quãng đường di chuyển khoảng 1,5 dặm (2,4 km)
- Chiếc đầu máy bị phá hủy trước khi Davidson kịp thu hồi; Những người ủng hộ đầu máy hơi nước bị nghi ngờ là thủ phạm
- Không một di tích vật lý nào của bản gốc Galvani còn tồn tại đến ngày nay; một bản sao có động cơ hoạt động đang được trưng bày tại một bảo tàng ở Alford
Robert Davidson là ai? Sở thích Điện từ của Một Nhà Hóa học Người Aberdeen
Davidson không phải là một kỹ sư đường sắt. Ông sinh ra tại Aberdeen và gần như dành trọn cuộc đời tại chính thành phố này, là một nhà hóa học và chuyên gia nhuộm. Ông tham gia các khóa học tại Marischal College - ngày nay là một phần của Đại học Aberdeen - từ năm 1819 đến 1821; tự trang trải chi phí học tập này bằng công việc trợ lý phòng thí nghiệm. Vào những năm 1820, ông lập nghiệp riêng gần Kênh Aberdeen-Inverurie: trước là cung cấp men, sau là sản xuất hóa chất. Như một công việc phụ, ông còn mài dao và pha chế nước hoa. Đây là một chi tiết đáng chú ý: Thứ tài trợ cho sở thích điện từ của ông chính là khoản lợi nhuận từ sản xuất men tổng hợp.
Ông cũng tự thiết kế các ắc quy hóa học của mình. Đối với một người kết hợp giữa cung cấp hóa chất và kỹ năng xưởng, đây không phải là việc khó trong giới hạn khả năng của thời đó. Nói cách khác, chiếc đầu máy điện đầu tiên không được sản xuất bởi một xưởng đầu máy của thời đại hơi nước, mà bởi xưởng của một người sản xuất men - và đây là một trong những chi tiết đầy mỉa mai nhất của lịch sử kỹ thuật.
Đầu máy Galvani Hoạt Động Như Thế Nào?
Quá trình phát triển của Davidson diễn ra từng bước. Năm 1837, ông chế tạo động cơ điện từ đầu tiên hoạt động được và một mô hình đầu máy điện. Năm 1839, ông chế tạo một phương tiện điện bốn bánh, một máy tiện điện và một máy in điện - và chiếc xe bốn bánh đó được xem là phương tiện điện bốn bánh đầu tiên được biết đến. Năm 1840, ông mở một Triển lãm Điện từ công khai tại Aberdeen: một đầu máy mô hình chở được hai người, máy tiện điện, máy in và một nam châm điện nâng được 2 tấn. Hàng nghìn người đã trả một shilling mỗi người để xem những thứ này; nghĩa là các máy móc của Davidson đang vận hành trước mắt công chúng chứ không còn nằm trên giấy trong giai đoạn phát minh nữa.
Tên đầy đủ Galvani lấy từ nhà khoa học người Ý Luigi Galvani, người đầu tiên chỉ ra mối liên hệ giữa điện và chuyển động. Chuỗi hoạt động của cỗ máy này về logic cơ bản giống hệt các xe điện ngày nay:
- Pin galvani: Các tế bào sơ cấp dùng tấm kẽm trong chất điện phân axit, tạo ra dòng điện một chiều. Điểm quan trọng là: các tế bào này không thể sạc lại được; tạo ra dòng điện đồng nghĩa với tiêu hao kẽm.
- Động cơ điện từ: Hai động cơ, mỗi trục một chiếc. Các electromagnet hút những thanh sắt được gắn cố định quanh một xi-lanh gỗ quay; một bộ phận đảo dòng cắt dòng điện đúng thời điểm, khiến chu kỳ hút diễn ra liên tục.
- Truyền động: Qua bánh răng dẫn trực tiếp tới các bánh xe sắt. Không lửa, không than, không hơi nước, không khói.
Nhìn bằng con mắt của một kỹ sư hiện đại, cần ghi nhận một điều thú vị: Động cơ của Davidson là một dạng sơ khai của thứ mà ngày nay chúng ta gọi là động cơ điện từ trở kháng chuyển mạch (switched reluctance motor). Một nguyên lý sau 180 năm lại tìm được giá trị trong công nghiệp, cho thấy Davidson đã đứng trên một nền tảng vững chắc đến mức nào.
| Đặc điểm | Giá trị |
|---|---|
| Thời kỳ xây dựng | 1837–1841 |
| Chiều dài | Khoảng 16 feet (4,9 m) |
| Trọng lượng | Từ 5–7 tấn (tùy theo cách ghi nhận) |
| Nguồn điện | Các tế bào galvani (kẽm-axit) không thể sạc lại |
| Động cơ | Hai động cơ điện từ, mỗi trục một chiếc |
| Tốc độ thử nghiệm | Khoảng 4 mph (6,4 km/h) |
| Địa điểm thử nghiệm | Đường sắt Edinburgh và Glasgow |
Sự dao động 5–7 tấn về trọng lượng là do các ghi chép khác nhau đo cỗ máy theo những định nghĩa khác nhau; chắc chắn chỉ là Galvani là một cỗ máy nặng vài tấn, di chuyển với tốc độ đi bộ.
Tháng 9 năm 1842: Chuyến đi điện đầu tiên trên tuyến Edinburgh–Glasgow
Cuộc thử nghiệm được thực hiện trên Đường sắt Edinburgh và Glasgow. Tuyến này mới chỉ được mở cho lưu lượng hành khách với tư cách là tuyến liên thành phố đầu tiên của Scotland vào ngày 21 tháng 2 năm 1842 - nghĩa là cuộc thử nghiệm của Davidson diễn ra bảy tháng sau khi tuyến khai trương, trên một trong những đường sắt hiện đại nhất thế giới. Vào tháng 9 năm 1842, Galvani di chuyển với tốc độ khoảng 4 mph trên quãng đường khoảng 1,5 dặm. Tuyến đường ngắn, tốc độ thấp; nhưng khái niệm đã được chứng minh: bánh xe quay mà không cần đến sức mạnh của hơi nước.
Một nguồn cho rằng đầu máy đã kéo tải trọng 6 tấn trên quãng đường này, trong khi các ghi chép chính thức về công trình của Davidson cho biết cỗ máy chỉ di chuyển với trọng lượng tự thân. Dù các số liệu được diễn giải theo cách nào, bức tranh cũng không thay đổi: đây không phải là một món trưng bày, mà là một đầu máy thực sự chạy trên đường ray. Việc các tổ chức kỹ thuật Anh đến ngày nay vẫn xác định nó là đầu máy điện đầu tiên của thế giới không phải là vô cớ.
Chi tiết gây chú ý nhất lại là thái độ của ban quản lý đường sắt: Các giám đốc không bị thuyết phục đủ để tiếp tục phát triển khái niệm này. Công nghệ đắt đỏ và không liên quan gì đến các công ty đường sắt. Như chúng ta sẽ thấy ở phần tiếp theo, đánh giá này là kết quả của phân tích hóa học và chi phí - chứ không phải định kiến.
Sự phá hủy Galvani: Ai, Tại Sao, Ở Đâu?
Cuối đời của đầu máy không được ghi chép đầy đủ như câu chuyện của nó. Galvani có lẽ đã bị phá hủy khi đang được cất giữ trong một nhà ga đầu máy ở Perth - và bị tiêu hủy trước khi Davidson có thể thu hồi nó. Danh tính thủ phạm vẫn chưa rõ; nhưng những người bị nghi là ủng hộ máy hơi nước nằm trong số những nghi phạm nặng nhất.
Câu chuyện phổ biến cho rằng những người công nhân đường sắt vì sợ mất việc đã đập phá đầu máy. Cách giải thích này hợp lý: Một đầu máy không cần lửa đồng nghĩa với không cần người hỏa hoạn, người đốt lửa và chuỗi cung ứng than đá - tức là tương lai của hàng chục nghề nghiệp phụ thuộc vào hơi nước bị đặt lên bàn cân. Tuy vậy, cần phải rõ ràng: Trong khi nỗi lo mất việc của công nhân vẫn là lời giải thích truyền thống, việc ai, chính xác ở đâu và khi nào thực hiện cuộc phá hủy này thì chưa từng được ghi chép xác thực. Điều duy nhất chắc chắn là cỗ máy đã bị tiêu hủy. Là một kỹ sư máy, cần ghi nhận rằng trong lịch sử hiếm có trường hợp một phát minh bị xóa sổ về mặt vật chất trước khi bị đánh bại về mặt kinh tế; Galvani là một trong số đó.
Kinh tế học của thất bại thương mại: Hóa học thua, không phải kỹ thuật
Nguyên nhân dẫn đến số phận của Galvani không phải là kỹ thuật mà là kinh tế. Vấn đề không nằm ở kỹ thuật mà ở hóa học: Pin galvanic một lần tiêu thụ kẽm khi tạo ra dòng điện, kẽm đắt đỏ trong khi than đá rẻ. Mỗi mét đường di chuyển thực chất là đốt tiền. Phương trình này không thể khép lại với giá thị trường thời bấy giờ.
Nhiều người cho rằng chi phí trên mỗi dặm của Galvani cao hơn máy hơi nước khoảng 40 lần; nhưng con số này lưu hành dưới dạng một bản tóm tắt được đưa ra sau này chứ không phải từ một tài liệu nguyên bản năm 1842. Cùng thời kỳ đó, ở Nga, Moritz von Jacobi cũng đo mức tiêu thụ kẽm của chính các động cơ của ông và đi đến kết luận tương tự: Động cơ điện không có tính kinh tế do giá kẽm cao. Việc hai người làm việc độc lập đi đến cùng một kết luận kinh tế làm rõ rằng vấn đề không nằm ở kỹ thuật của Davidson mà ở hóa học của pin.
Mảnh ghép còn thiếu: Pin sạc được
Chỉ thiếu đúng một linh kiện để biến Galvani của Davidson thành thương mại: pin sạc được. Linh kiện này xuất hiện vào 1859, khi nhà vật lý người Pháp Gaston Planté phát minh ra pin chì-axit sạc được - tức là đúng bảy năm sau, khi những bộ phận của Galvani đã bị tháo dỡ từ lâu. Số phận của giao thông điện bị treo vào thời điểm của một phát minh hóa học duy nhất.
Tại Sao Davidson Bị Lãng Quên, Siemens Được Tưởng Niệm?
Ngày sinh chính thức của đường sắt điện được ghi trong hầu hết các lịch là 1879: Werner von Siemens trưng bày đầu máy của mình được cấp nguồn từ máy phát, nhận dòng điện từ ray thứ ba tại Triển lãm Công nghiệp Berlin; tàu kéo ba toa trên tuyến đường dài 300 mét và chở 90.000 hành khách trong bốn tháng của triển lãm. Đó là một màn trình diễn ấn tượng - nhưng vẫn tụt lại phía sau Davidson 37 năm. Khoảng cách ấy không phải ở kỹ thuật mà ở cơ sở hạ tầng và kinh tế: Siemens đã biến giao thông điện thành có lãi nhờ pin sạc được của Planté và công nghệ máy phát; Davidson thì đã chứng minh được ý tưởng nhưng chưa thể định giá thương mại. Còn việc viết sử thì thường chỉ ghi lại kẻ chiến thắng. Vì vậy, một số tư liệu bách khoa cho đến tận ngày nay vẫn chỉ ra ứng dụng traction điện thành công đầu tiên vào năm 1879 và không tính thử nghiệm năm 1842 của Davidson vào con số đó.
Sự ưu tiên của Davidson chỉ được thừa nhận rộng rãi vào năm 1890, khi London City & South London Railway - tuyến đường sắt ngầm điện sâu đầu tiên trên thế giới - khai trương. Báo chí năm đó đã "tái khám phá" Davidson 86 tuổi như là nhà điện học còn sống cao tuổi nhất; trên một ấn phẩm kỹ thuật điện, ông được nhắc đến với tuyên bố rằng ông là người đầu tiên chứng minh một cách thực tế khả năng của traction điện. Davidson cũng không hề mất đi sự tự tin: Ông cho in trên danh thiếp của mình dòng chữ "Cha đẻ của đầu máy điện".
Thực ra ông là một phần của thế hệ tiên phong chưa từng có tiền lệ: Người đóng móng ngựa Thomas Davenport từ Vermont, Hoa Kỳ, nhận bằng sáng chế động cơ điện đầu tiên của Hoa Kỳ vào tháng 2 năm 1837 và cho chạy một chiếc xe mô hình trên một đường ngắn; Moritz von Jacobi vào tháng 9 năm 1838 vận hành một chiếc thuyền điện chạy trên sông Neva tại St Petersburg, chở hành khách. Người Scotland Robert Anderson được cho là đã chế tạo một phương tiện giao thông thô sơ chạy điện trong giai đoạn 1832-1839; tuy nhiên, không tìm thấy bằng sáng chế nào của Anderson, tư liệu đáng tin cậy đương thời nào hay bằng chứng vật chất nào về phương tiện, và ông thường bị nhầm lẫn với Davidson - cả hai đều là người Scotland hoạt động trong cùng một thập kỷ với các nguồn pin galvanic. Sự ưu tiên của Anderson về mặt lý thuyết là có thể xảy ra, nhưng mức độ tư liệu của ông tụt lại rất xa so với Davidson.
Còn Lại Gì Sau Galvani?
Không có gì. Không một mảnh nào của đầu máy gốc, của động cơ hay pin của nó còn tồn tại đến ngày nay. đó là một cái kết không xứng đáng với một cỗ máy đã bị tiêu diệt. Ông qua đời ở tuổi 90 vào ngày 16 tháng 11 năm 1894; trên bia mộ của ông tại Nghĩa trang St Peter's ở Aberdeen chỉ có dòng chữ chemist - nghĩa là dược sĩ - mà thôi. Trên tấm bia không hề mang tên một phát minh nào; đây là một sự khép lại xa rời việc trao cho cỗ máy đã đổ nát những gì nó xứng đáng.
Tuy nhiên, ký ức không hoàn toàn bị xóa nhòa. Bảo tàng Giao thông Grampian ở thị trấn Alford thuộc Aberdeenshire trưng bày một bản sao kích thước nguyên bản của động cơ Galvani còn chạy được, một bản sao của pin galvanic và một mô hình của đầu máy. Một cuốn sách kể về câu chuyện của Davidson cũng đã được xuất bản, và tên ông bắt đầu được nhắc lại trong số những phát minh của người Scotland. Nhìn dưới góc độ kỹ thuật, điều còn lại không phải là một vật thể hữu hình, mà là một kết quả có thể đo lường được: Một cỗ máy chạy trên đường ray, vận hành bằng pin của chính nó, tiến về phía trước bằng chính các động cơ của nó, và xác nhận ý tưởng một cách công khai. Đó là sự thật vào năm 1842 và cho đến hôm nay vẫn là sự thật.
Câu chuyện của Galvani giống như một bản tóm tắt của thế kỷ đầu tiên của giao thông điện: kỹ thuật đúng đắn, hóa học sai lầm và một cuốn lịch bị đẩy vào quên lãng. Động cơ của Davidson đã được ghi nhận, tranh luận và trưng bày trong bối cảnh khoa học và công nghiệp thời đó - sau đó bị phá hủy về vật chất và bị đẩy vào lưu trữ vì tính khả thi kinh tế của nó. Việc nó được tái khám phá thì hơi mang tính châm biếm: Trong khi hàng nghìn chiếc xe điện chạy bằng pin đang lăn bánh trên đường ngày nay, để tưởng nhớ chiếc đầu máy điện đầu tiên trên thế giới, chúng ta cần nhìn vào một bản sao chép, một mô hình và cả bia mộ của một nhà hóa học.