Dünyanın en uzun süre çalışan pili: 10 milyardan fazla kez çalan Oxford Elektrikli Zili nasıl çalışıyor?

1800'lü yılların ortalarında, Oxford Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Robert Walker'ın eline ilginç bir cihaz geçti. Bu cihaz, iki küçük zil arasında sallanan küçük bir metal topu hızla ileri geri hareket ettirmek için tasarlanmış bir bataryaydı. Üretiminden 186 yıl sonra bugün bile Oxford Electric Bell (Oxford Elektrik Zili) olarak anılan bu cihaz hâlâ çalmaya devam etmektedir, hatta 10 milyardan fazla kez çaldığı söylenmektedir. 1840'TAN BERİ SUSMUYOR: OXFORD ELEKTRİK ZİLİ Smithsonian Magazine'in makalesine göre Londra merkezli bir enstitü ve alet üreticisi firma olan Watkins and Hill tarafından inşa edilen ve üzerinde Walker'ın kendi el yazısıyla atılmış 'Set up in 1840' (1840 yılında kuruldu) notu yer alan bu batarya, zaman içinde Oxford Üniversitesi'nin Clarendon Laboratuvarı'nda sergilenmeye başlandı. Dışarıdan bakıldığında sıradan, hatta mütevazı bir mekanizma gibi görünse de, arkasındaki teknoloji ve dayandığı süre itibarıyla bilim dünyasını hâlâ hayrete düşürüyor. Günümüzde teknolojinin hızla değiştiği, pillerin ve bataryaların birkaç yıl içinde ömrünü tamamladığı bir çağda, 175 yıldan uzun süredir çalışmasını sürdüren bu cihaz, modern elektroniğin ve pil teknolojisinin sınırlarını sorgulatmayı sürdürüyor. CİHAZ NASIL TASARLANDI? Bu olağanüstü cihaz, Londra merkezli enstitü ve alet üreticisi firma olan Watkins and Hill tarafından inşa edildi. Robert Walker'ın eline geçen bu düzenek, aslında o dönemde elektrik yüklerinin ve elektrostatik kuvvetlerin doğasını anlamak amacıyla yapılan bir araştırmanın parçası olarak kuruldu. Tasarımın arkasındaki ana fikir, kimyasal pillerin sağladığı sürekli fakat çok düşük akımlı elektriksel potansiyelin, mekanik bir hareketi ne kadar süre boyunca besleyebileceğini gözlemlemektir. Cihazın üzerine yerleştirildiği ahşap ve cam koruyucu kutu, aradan geçen asırlar boyunca mekanizmanın dış etkenlerden ve fiziksel müdahalelerden korunmasını sağlamış, böylece günümüze kadar orijinal yapısını koruyarak ulaşabilmiştir. MEKANİK DÜZENİN İŞLEYİŞ PRENSİBİ VE SALINIM DİNAMİKLERİ Atlas Obscura'nın makalesine göre, basit bir elektrikli saat veya zil çeşidi prensibiyle çalışan bu sistem, iki küçük pirinç zilin altında yer alan iki adet kuru yığın meydana gelir. Bu yığınlar, elektrik yalıtımını sağlamak amacıyla kükürt katmanıyla tamamen kaplanmış ve seri bir şekilde birbirine bağlanmıştır. İki zil arasında ise çapı yaklaşık 4 mm olan küçücük metal bir tokmak sarkıtılmıştır. Elektrostatik kuvvetlerin etkisiyle çalışan bu sistemde, metal tokmak zillerden birine çarptığı anda o yığından elektrik yükü alır, hemen ardından itme kuvvetiyle diğer zile doğru salınır. Diğer zile ulaştığında ise zıt yükü alarak tekrar geri itilir ve bu sarkaç hareketi saniyede yaklaşık iki kez tekrarlanır. Kurulduğu günden bu yana aralıksız çalışan tokmak, 1840 yılından bu yana 10 milyardan fazla kez zillere çarpmış ve bu başarısıyla Guinness Rekorlar Kitabı'na girmeyi hak etmiştir. NEDEN BİR DEVRİDAİM MAKİNESİ DEĞİLDİR? Spark Museum'un makalesine göre, halk arasında veya popüler bilim mecralarında sıkça bir 'devridaim makinesi' olarak anılsa da, fizik kuralları çerçevesinde bu tanım kesinlikle yanlıştır. Termodinamiğin temel yasalarına meydan okumayan bu cihaz, aslında enerjisini içindeki kuru yığın pillerinin kimyasal potansiyelinden almaktadır. Gerçekleştirilen her bir vuruş, sistemden çok mikro düzeyde de olsa enerji kaybettirmektedir ancak pillerin içindeki akım o kadar düşüktür ki, tüketim hızı neredeyse sıfıra yakındır. Kuru yığınların içindeki enerji tamamen eşitlendiğinde ya da tokmak zamanla aşınıp işlevini yitirdiğinde bu eşsiz deney nihayet son bulacaktır. Dolayısıyla cihaz sonsuza kadar çalışmayacak, yalnızca kullanılan malzemenin potansiyeli tükenene kadar çalışmaya devam edecektir. HAVA KOŞULLARININ ETKİSİ VE GEÇİCİ DURAKLAMALAR Her ne kadar kesintisiz olarak anılsa da, Oxford Elektrik Zili zaman zaman çok kısa süreli duraklamalar yaşamıştır. Bu durumun arkasındaki en büyük etken ise Oxford'un meşhur nemli iklimidir. Yüksek nemli ve yağışlı havalarda, havadaki su buharı iletkenliği etkileyebilmekte ve pillerin ürettiği elektrostatik dengede geçici oynamalara neden olarak zilin çalışmasını durdurabilmektedir. Ancak işin en ilginç kısımlarından biri, havalar yeniden kuruduğunda veya laboratuvar içindeki nem oranı dengelendiğinde cihazın hiçbir dış müdahaleye gerek duymadan, tamamen kendiliğinden yeniden çalışmaya başlamasıdır. Bu durum, sistemin ne kadar dirençli ve kendi kendini toparlayabilen bir yapıya sahip olduğunun en net kanıtıdır. PİLİN İÇERİĞİNDEKİ ÇÖZÜLEMEYEN SIRLAR Tarihin en dayanıklı pili unvanını elinde bulunduran bu sistemin içerisinde tam olarak hangi kimyasalların ve malzemelerin kullanıldığı bugün bile tam anlamıyla bilinmemektedir. Bilim insanları ve araştırmacılar pilin iç yapısını mercek altına almak, hangi bileşenlerin bu kadar uzun süreli enerji sağladığını çözmek istemektedir ancak bunu yapabilmenin tek yolu pili açmaktır ve bu da deneyin kesin olarak son bulması anlamına gelecektir. Mevcut bilgilere ve dönemin üretim tekniklerine dayanarak, pillerin içinde elektrolitin çalışması için gereken minimum miktarda su içeren kimyasal bir macun bulunduğu ve sızıntıyı önlemek amacıyla kalın bir katı sülfür kaplamayla korunduğu tahmin edilmektedir. Hangi elementlerin bu devasa süreyi mümkün kıldığı sorusu, pillerin tamamen bitip zilin susacağı güne kadar gizemini korumaya devam edecektir. (Fotoğraflar Takvim Foto Arşivi'ne aittir.)