Umeme

Radi angani inafuatana na mwanga wa umeme unaoonekana kwa macho.

Usambazaji wa umeme kwa njia ya nguzo

Umeme au stima hutokea wakati chaji ya umeme inatiririka. Ni chanzo cha nishati tunayotumia kwa kuendesha mashine na vifaa vingi.

Kiasili neno la Kiswahili "umeme" lilimaanisha mwangaza wa ghafla unaofuatana na radi angani, lakini katika Kiswahili cha kisasa hutumiwa zaidi kwa habari ya kisayansi na ya kitekinolojia inayoelezwa hapa.

Kwa maana ya kisayansi umeme ni neno pana sana linalojumlisha mambo mbalimbali ambayo yote yanahusiana na kuwepo kwa chaji ya umeme.

Nyuso mbalimbali za umeme

Kati ya mambo yanayohusiana na umeme ni haya yafuatayo:

• umeme wa radi unaotokea wakati wa mvua kama mwanga mkali na hufuatiwa na ngurumo
• usumaku (ing. magnetism) unaoonekana kati ya vyuma mbalimbali hata bila mitambo yoyote
• chaji ya umeme (ing. electric charge) ambayo ni tabia ya sehemu ndani ya atomi kama vile elektroni (hasi) na protoni (chanya). Kimsingi chajiumeme sawa (++ au --) zinapingana, na chajiumeme tofauti (+-) zinavutana. Kipimo chake ni coloumb
• mkondo wa umeme (ing. electric current) ni mwendo wa chembe zenye chajiumeme na mwendo huu unasababisha kutokea kwa uga sumakuumeme (ing. electromagnetic field); kipimo chake ni ampea
• Mkondo wa umeme hupatikana ama kama mkondo geu (ing.: alternating current AC) au mkondo mnyofu (pia: mkondo mfulizo; ing. direct current DC).
• uga wa umeme (ing. electric field) unaotoa kani kwa chaji karibu naye
• volteji ambayo ni tofauti ya uwezo wa kani kati ya sehemu mbili na kupimiwa kwa volti.

Historia

Maumbo ya umeme yalijulikana tangu kale, hasa radi. Wamisri wa Kale walijua mshtuko wa umeme kutoka aina za samaki.

Thales wa Mileto, mmoja wa watafiti wa kwanza wa umeme wanaofahamika.

Wagiriki wa kale walitambua ya kwamba kaharabu baada ya kusuguliwa inaweza kuvuta vipande vidogo vya kitambaa. Inaingia katika hali tunayoita leo hii umeme tuli. Wagiriki wakaita kaharabu kwa jina "elektron" na neno hili limekuwa jina la "electr -icity" (umeme) katika lugha za Ulaya.

Katika mazingira ya mji wa Baghdad ya baadaye kuna vyombo vilivyogunduliwa na wanaakiolojia kufaa kama aina ya beteri. Vilitengenezwa kwa udongo wa mfinyanzi mnamo karne ya 1 KK katika milki ya Parthia na ndani yake mlikuwa na nondo ya chuma katika silinda ya shaba. Majaribio katika makumbusho yalionyesha ya kuwa inawezekana kupata volteji ya 0.5 volti katika vyombo hivi kwa kuvijaza na maji ya zabibu. Lakini haijulikani kwa uhakika vyombo hivyo vilikuwa na kazi gani hali halisi.

Utafiti wa kisayansi wa umeme unajulikana kuanza katika karne ya 17 katika bara la Ulaya. Tangu mwaka 1601 Mwingereza William Gilbert alifanya majaribio mbalimbali ya umeme tuli akatambua tofauti kati ya umeme tuli na usumaku.

Mjerumani Otto von Guericke na baadaye Mwingereza Francis Hauksbee walijenga mashine za kwanza za kujenga chaji umeme kwa msuguano.

Mwaka 1745 Mholanzi Pieter van Musschenbroek mjini Leiden na mwaka uliofuata Mjerumani Ewald Jürgen Georg von Kleist walibuni chupa cha kuhifadhi volteji. Vyombo hivyo ambavyo vilikuwa kondesa za kwanza vilijulikana kwa majina "Chupa cha Leiden" na "Chupa cha Kleist".

Mwaka 1733 Mfaransa Charles du Fay alitambua kuna aina mbili za chaji umeme na utambuzi huo ulikuwa msingi wa kutofautisha chaji chanya na chaji hasi.

Mwamerika Benjamin Franklin alitambua mwaka 1752 uhusiano kati ya umeme kutokana na msuguano na umeme wa radi. Akabuni ufito wa kuzuia radi akiueleza kama kipitishi kati ya upande hasi na upande chanya.

Benjamin Franklin alifanya utafiti mkubwa kuhusu umeme katika karne ya 18, ilivyoshuhudiwa na kitabu History and Present Status of Electricity cha Joseph Priestley (1767), aliyeandikiana sana na Franklin.

Mnamo 1770 tabibu Mwitalia Luigi Galvani alifanya majaribio ya kusababisha mitukutiko ya miguu ya chura aliyechinjwa kwa msaada wa mashine ya umeme. Hivyo ilitambuliwa ya kwamba umeme una kazi hata katika mwendo wa mwili na musuli.

Mwaka 1780 Mwitalia Alessandro Volta alibuni kifaa cha kwanza cha kutengeneza umeme kwa njia ya kimemia, bila msuguano. Katika "nguzo ya Volta" aliunganisha metali za shaba na zinki na maji ya chumvi kama elektroliti. Kwa miaka mingi iliyofuata nguzo ya Volta ilikuwa msingi wa uzalishaji umeme hadi kupatikana kwa jenereta.

Mwanzoni mwa karne ya 19 wanafizikia mbalimbali waligundua mfumo wa kani baina ya chaji mbili. Unajulikana kama sheria ya Coulomb.

Mjerumani Georg Simon Ohm alieleza uhusiano kati ya mkondo wa umeme na volteji kwenye resista kimstari. Uhusiano huo uliitwa baadaye sheria ya Ohm.

Mnamo 1820 Mdenmark Hans Christian Ørsted alitazama jinsi gani sindano ya sumaku iliathiriwa na mkondo wa umeme. Kutokana na kazi ya Ørstedt, Mfaransa Andre-Marie Ampere alitengeneza "ampeamita" ambayo ni chombo cha kupimia kani ya umeme yaani kiwango cha chaji ya umeme kinachopita kwenye kipitishi chenye unene fulani katika muda fulani. Alitambua usumaku na umeme kuwa nyuso mbili za jambo lilelile. Kwa kazi yake Ampere alijenga msingi wa nadharia ya sumakuumeme.

Michael Faraday wa Uingereza alitamka sheria ya mdukizo umeme akaendelea kuelewa sheria za elektrolisisi. Kwa njia hiyo aliweka misingi kwa mitambo ya telegrafi.

Michael Faraday, mvumbuzi wa teknolojia ya mota zinazotumia umeme

Mwaka 1864 James Clerk Maxwell wa Uskoti alieleza misingi ya nadharia ya uga wa sumakuumeme katika hesabu inayoitwa milinganyo ya Maxwell. Alifaulu kuunganisha maelezo kwa ajili ya umeme, usumaku na elimumaonzi kuwa pande mbalimbali za kitu kilekile, yaani uga wa sumakuumeme. Alitabiri kuwepo kwa mawimbi ya sumakuumeme na nuru kuwa umbo mojawapo la mawimbi haya.

Baada ya kazi hizo za msingi matumizi ya elimu ya umeme yaliendelea haraka sana katika nusu ya pili ya karne ya 19 jinsi ilivyoonekana katika upanuzi wa uhandisi wa umeme.

Mifano yake ni:

• Mwaka 1844 Samuel Morse alitengeneza simu ya telegrafi huko Marekani baina ya miji ya Washington DC na Baltimore iliyopeleka habari kwa umbali wa kilomita 60
• Mwaka 1844 Louis Joseph Deleuil aliangaza uwanja wa Place de la Concorde mjini Paris kwa taa za umeme
• Mwaka 1866 Werner von Siemens alitengeneza injini ya umeme
• Mwaka 1882 nishati ya umeme ilisafirishwa mara ya kwanza kwa umbali wa kilomita 57 kati ya miji ya Munich na Miesbach (Ujerumani).

Makala hii kuhusu mambo ya sayansi bado ni mbegu. Je, unajua kitu kuhusu Umeme kama historia yake au mahusiano yake na mada nyingine? Labda unaona habari katika Wikipedia ya Kiingereza au lugha nyingine zinazofaa kutafsiriwa? Basi unaweza kuisaidia Wikipedia kwa kuihariri na kuongeza habari.