لقد كان اختراع المحرك الكهربائي إنجازًا تاريخيًا، وتقدمًا مهمًا في السعي لتحويل الطاقة الكهربائية والميكانيكية. وقد مر اختراع المحرك الكهربائي بمراحل عديدة، وقدم العديد من العلماء إسهامات مهمة، مما جعل المحرك الكهربائي في النهاية أحد الأجهزة التي لا غنى عنها في الحياة الحديثة.

A. خلفية اختراع المحرك الكهربائي

في بداية القرن التاسع عشر، بدأ الإنسان في استكشاف متعمق للعلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. في عام 1820، اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز أوستر ظاهرة أن التيار الكهربائي يمكن أن ينتج مجالًا مغناطيسيًا، وهو أساس مهم للكهرومغناطيسية الكهربائية. وفي العام نفسه أثبت الفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير العلاقة بين التيار الكهربائي والمجال المغناطيسي. وضعت هذه الاكتشافات الأساس النظري لاختراع المحرك الكهربائي.

B. تجارب مايكل فاراداي على الحث الكهرومغناطيسي

في عام 1821، قام العالم البريطاني مايكل فاراداي لأول مرة باستخدام التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية للحركة الدورانية، وهو ما يعتبر النموذج الأولي للمحرك الكهربائي. وعلى الرغم من أن هذا الجهاز كان بدائيًا نسبيًا، إلا أنه وضع الأساس لاختراع المحرك الكهربائي. اكتشف فاراداي قانون الحث الكهرومغناطيسي في عام 1831، والذي ينص على أنه عندما يتحرك موصل في مجال مغناطيسي، يتولد فرق جهد كهربائي عند طرفي الموصل. (وفي العام نفسه اخترع فاراداي أيضاً الدينامو القرصي، وهو مولد تيار مستمر أحادي القطب مصمم للاعتماد على مغناطيس دائم على شكل حدوة حصان. وقد وفر ذلك مصدر طاقة ثابت للتيار المستمر للمحركات الكهربائية). وقد استخدم جيمس كليرك ماكسويل هذا الاكتشاف فيما بعد من قبل جيمس كليرك ماكسويل لوضع المعادلات التي تقوم عليها النظرية الكهرومغناطيسية الحالية، والمعروفة باسم نظام معادلات ماكسويل.

C. محرك توماس دافنبورت للتيار المستمر

في عام 1832، صنع المخترع الأمريكي توماس دافنبورت أول محرك كهربائي يعمل بمصدر تيار مستمر. على الرغم من أن هذا المحرك لم يكن فعالاً للغاية، إلا أنه أثبت إمكانية تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية وكان بحق أول محرك كهربائي. قام دافنبورت بتحسين هيكل المحرك في عام 1834 واستخدمه لدفع مطبعة لطباعة الصحف، وكان رائدًا في استخدام المحركات الكهربائية.

 D. زينوب غرام والتطبيق العملي لمحرك التيار المستمر

عرض زينوب غرام، وهو مهندس بلجيكي، مولد تيار مستمر في عام 1873 وأطلق عليه اسم ”آلة غرام“. لم يكن هذا المولد ينتج تيارًا كهربائيًا فحسب، بل كان قادرًا أيضًا على الدفع العكسي، مما يجعله أول محرك تيار مستمر عملي للاستخدام في المحركات الكهربائية. وكان ظهور آلة جرام إيذانًا بدخول المحرك الكهربائي إلى المرحلة العملية.

E. نيكولا تيسلا واختراق محرك التيار المتردد

في أواخر القرن التاسع عشر، قدم المخترع الأمريكي نيكولا تسلا مساهمة رئيسية في تطوير المحرك الكهربائي. اقترح تسلا وصمم النظام الكهربائي للتيار المتردد (AC) واخترع محرك التيار المتردد متعدد الأطوار، وهو أكثر كفاءة وأبسط في هيكله من محرك التيار المستمر. وقد عمل محرك تسلا الحثي للتيار المتردد من خلال مبدأ المجال المغناطيسي الدوار، والذي تغلب على مشكلة الاحتكاك في مبدل محرك التيار المستمر ووضع الأساس للاستخدام الواسع النطاق للأنظمة الكهربائية الحديثة للتيار المتردد.

F. مساهمات علماء آخرين

في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، بدأ محرك التيار المستمر في التبلور، ففي عام 1830، اخترع المخترع الألماني جاكوب هنريكوس ماغنوس والفيزيائي الهولندي إرنست فيرنر فون سيمنز مولد التيار المستمر بشكل مستقل.

وفي عام 1837، نشرت براءة الاختراع الأمريكية أول براءة اختراع لمحرك في تاريخ البشرية، أي براءة الاختراع الأمريكية رقم 132. وفي عام 1838، قام العالم الألماني موريتز هيرمان فون جاكوبي بتصميم المحرك اليعقوبي، بأقطاب مغناطيسية دائمة مرتبة على عجلتين على شكل نجمتين، وعجلة قابلة للدوران مرتبة بين العجلتين، وهي مزودة بقضبان مغناطيسية كهربائية (حديد التسليح)، ومزودة بقضيب مغناطيسي كهربائي (حديد التسليح)، يمكن تنشيطه ليدور باستمرار بفعل المغناطيس.

ز. تأثير اختراع المحرك الكهربائي

أدى اختراع المحرك الكهربائي إلى تغيير الصناعة وحياة الناس اليومية. فقد عزز تطوير الأتمتة الصناعية وجعل الإنتاج الضخم ممكنًا. في الحياة اليومية، تستخدم المحركات أيضًا في الأجهزة المنزلية ووسائل النقل وغيرها من الجوانب الأخرى. كما شجع تطوير المحرك الكهربائي أيضًا على تحسين نظام الطاقة الكهربائية وتعميم الكهرباء وتطبيقها.

خاتمة

يعد اختراع المحرك الكهربائي عملية طويلة تضمنت مساهمات العديد من العلماء. فمن اكتشاف فاراداي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، إلى محرك التيار المستمر لدافنبورت، إلى محرك غرام عالي الطاقة ومحرك تسلا الذي يعمل بالتيار المتردد، وضعت كل خطوة من هذه الخطوات الأساس لتحديث المحركات الكهربائية وتطبيقها. وقد جعلت جهود هؤلاء الرواد من المحرك الكهربائي جزءًا لا يتجزأ من التكنولوجيا الحديثة، مما أدى إلى تغيير عميق في طريقة حياة البشر وإنتاجهم.