تشارلز بروتيوس شتاينميتز: صاحب رؤية للسيارات الكهربائية

كان تشارلز بروتيوس شتاينميتز شخصية بارزة في العقود الأولى من الهندسة الكهربائية، وكان مساويًا فكريًا بسهولة لتوماس إديسون ونيكولا تيسلا، وهما رجلان اعتبرهما أصدقاء له. كان أحد أهم إنجازات ستاينميتز هو قياس وتوصيف ظاهرة التباطؤ المغناطيسي – سلوك المغناطيسية في المواد – ومن ثم وضع قانون بسيط يسمح بتصميم محولات ومحرك يمكن التنبؤ به. كما أنشأ إطارًا ثوريًا لتحليل دوائر التيار المتردد، والذي لا يزال يدرس حتى اليوم في هندسة الطاقة. ومنذ عام 1893، شغل منصب كبير المهندسين الاستشاريين في شركة جنرال إلكتريك في لحظة محورية للشركة الناشئة وللجهود الأمريكية لتوسيع شبكة الكهرباء الخاصة بها. لهذه الإنجازات وغيرها، كان معروفًا في عصره، حتى لو لم يكن اسمًا مألوفًا اليوم.

كان شتاينميتز أيضًا مبشرًا للسيارات الكهربائية. في مارس 1920، كتب أفكاره على الآلة الكاتبة، وقارن إيجابيات وسلبيات السيارات الكهربائية بالبديل الذي يعمل بالبنزين. ومن بين المزايا: انخفاض تكلفة الصيانة والموثوقية وبساطة التشغيل وانخفاض تكلفة التشغيل. العيوب: الاعتماد على محطات الشحن، النطاق المحدود لشحنة واحدة، والسرعات المنخفضة. وبعد مرور أكثر من قرن من الزمان، تظل قائمته وثيقة الصلة بالموضوع بشكل ملحوظ.

غالبًا ما يمكن رؤية شتاينميتز مرتديًا بدلة وقبعة عالية، وهو يدخن سيجار BlackStone panatela الذي يحمل علامته التجارية أثناء ركوبه حول شينيكتادي، نيويورك، في سيارته سيدان ديترويت إلكتريك عام 1914. وفقًا لجون سبينيلي، الأستاذ الفخري للهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في كلية يونيون، في شينيكتادي، أحيانًا يكون كل من شتاينميتز و جلس سائقه في المقعد الخلفي – حيث يمكنك التحكم في السيارة من الأمام والخلف – بحيث تبدو وكأنها سيارة بدون سائق. وبسرعة قصوى تبلغ 40 كيلومترًا في الساعة (25 ميلًا في الساعة)، تعمل السيارة بـ 14 بطارية بقوة 6 فولت ويمكن أن تقطع مسافة 48 كيلومترًا بين الشحنات.

سيارة ديترويت الكهربائية التي ابتكرها ستاينميتز عام 1914 موجودة الآن في Union College في شينيكتادي، نيويورك، حيث أسس ستاينميتز قسم الهندسة الكهربائية وترأسه وقام بالتدريس فيه.بول بوكوفسكي / كلية الاتحاد

في عام 1971، تم شراء السيارة من قبل Union College، حيث أسس ستاينميتز قسم الهندسة الكهربائية وترأسه وقام بالتدريس فيه. تم اكتشاف السيارة متعفنة في أحد الحقول، لذا كانت بحاجة إلى بعض الأعمال. وعلى مدى العقد التالي، أعادها طلاب هيئة التدريس والهندسة إلى مجدها السابق. لا يزال في حالة تشغيل، وهو الآن معروض بشكل دائم في الكلية.

مساهمات Steinmetz في الهندسة الكهربائية

ولد كارل أوغست رودولف شتاينميتز عام 1865 في بريسلاو، بروسيا (المعروفة الآن باسم فروتسواف، بولندا). درس الرياضيات والفيزياء ومجال الكهرباء المزدهر في جامعة بريسلاو. كما انضم إلى النادي الاشتراكي الطلابي وقام بتحرير صحيفة الحزب. صوت الشعب. أكمل دراسة الدكتوراه، ولكن قبل حصوله على شهادته، فر شتاينمتز إلى سويسرا عام 1888، بعد أن خضعت كتاباته الاشتراكية لتدقيق حكومة بسمارك.

هاجر شتاينميتز إلى نيويورك في العام التالي، وقام بتعديل اسمه الأول إلى اللغة الإنجليزية، وأسقط اسمه الأوسط، وأضاف بروتيوس، وهو لقب حصل عليه في الجامعة (على اسم إله البحر المتغير الشكل في الأساطير اليونانية). وفي النهاية أصبح مواطنًا أمريكيًا.

قام تشارلز بروتيوس شتاينميتز بحل عدد من المشاكل المهمة التي ساعدت على توسيع شبكة الكهرباء.بيتمان / جيتي إيماجيس

في يناير 1892، ظهر ستاينميتز على الساحة الهندسية عندما قرأ ورقته البحثية “حول قانون التباطؤ” أمام المعهد الأمريكي للمهندسين الكهربائيين، وهو المعهد السابق لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) الحالي. لا أستطيع أن أتخيل تمامًا وأنا جالس أثناء تسليم صفحاته البالغ عددها 62 صفحة، لكن المجتمعين أدركوا طبيعته الرائدة. سمحت الأفكار التي أوضحها شتاينميتز للمهندسين بحساب فقدان الطاقة في المكونات المغناطيسية للآلات الكهربائية أثناء مرحلة التصميم. قبل ذلك، كانت عملية تصميم المحولات والمحركات الكهربائية تعتمد إلى حد كبير على التجربة والخطأ، ولم يكن من الممكن قياس فقدان الطاقة إلا بعد بناء الآلة، مما زاد التكلفة بشكل كبير.

ومع ذلك، لم يكن شتاينميتز مجرد رجل معادلات ونظريات. كان يحب العمل في المختبر وبناء الأشياء. في عام 1893، استحوذت شركة جنرال إلكتريك على شركة التصنيع الصغيرة Eickemeyer & Osterheld، في يونكرز، نيويورك، حيث عمل شتاينميتز بعد وقت قصير من وصوله إلى الولايات المتحدة. لذلك بدأ شتاينميتز حياته الجديدة كمهندس شركة، وهو تحول مثير للاهتمام بالنسبة للاشتراكي. خلال سنواته القليلة الأولى مع شركة جنرال إلكتريك، قام في الغالب بتصميم المولدات والمحولات. ولكنه أنشأ أيضًا منصبًا غير رسمي لنفسه كمستشار، حيث قدم آراء الخبراء حول المشكلات المختلفة عبر الأقسام. وفي نهاية المطاف، قام بإضفاء الطابع الرسمي على هذا الدور، وأصبح كبير المهندسين الاستشاريين في شركة جنرال إلكتريك، وحافظ على علاقة مع الشركة لبقية حياته، حتى بعد انضمامه إلى هيئة التدريس في Union College في عام 1902.

بحلول الوقت الذي توفي فيه ستاينميتز في عام 1923 عن عمر يناهز 58 عامًا، كان قد حصل على أكثر من 200 براءة اختراع وقدم مساهمات كبيرة في مجالات فرعية مختلفة في الهندسة الكهربائية، بما في ذلك المراحل والأعداد المركبة (لتحليل التيار المتردد في الحالة المستقرة)؛ العابرين الكهربائية، وتبديل العواصف، والحماية من زيادة التيار (استنادًا إلى بحثه عن البرق)؛ البحوث الصناعية (بما في ذلك كيفية إدارة مختبر الشركات)؛ والأساليب الهندسية (من خلال كتابة الكتب المدرسية التي توحيد الممارسة).

لماذا آمن شتاينميتز بالسيارات الكهربائية؟

بحلول عام 1914، كان شتاينميتز مقتنعًا بأن مستقبل وسائل النقل سيكون كهربائيًا. وفي يونيو/حزيران، ألقى خطابًا أمام مؤتمر الرابطة الوطنية للإضاءة الكهربائية في فيلادلفيا بتنبؤ جريء: “ليس لدي أدنى شك في أنه خلال 10 سنوات، أكثر أو أقل – بل أقل من أكثر – سوف نرى مجال المتعة ومركبات الأعمال تغطيه مثل هذه السيارة الكهربائية بأعداد كبيرة. وأعتقد أنني أقلل من تقديري عندما أقول أنه سيتم استخدام مليون أو أكثر.

وكما نعلم الآن، كان شتاينميتز متفائلاً أكثر من اللازم. وفي ذلك الوقت، كان هناك حوالي 1.2 مليون سيارة تعمل بالبنزين مستخدمة في الولايات المتحدة، وحوالي 35000 سيارة كهربائية فقط. سيستغرق الأمر حتى عام 2018 حتى يتجاوز عدد المركبات الكهربائية (بما في ذلك السيارات الهجينة) على الطرق الأمريكية المليون. في جميع أنحاء العالم، هناك الآن حوالي 60 مليون سيارة كهربائية قيد الاستخدام.

لكن شتاينميتز كان لديه أسبابه. كان يعتقد اعتقادا راسخا أن السيارات الكهربائية سوف تزدهر في المناطق الحضرية، حيث تتطلب معظم الرحلات مسافات قصيرة وبسرعة منخفضة. كما اعتقد أن السيارات الكهربائية ستكون بمثابة نعمة لشركات الطاقة، التي كانت حريصة على حشد المزيد من الأعمال، خاصة في الليل. مع شحن مليون سيارة كهربائية بحوالي 5 كيلووات/ساعة في معظم الليالي، وبمعدل 5 سنتات لكل كيلووات/ساعة، توقع شتاينميتز 75 مليون دولار أمريكي (حوالي 2.5 مليار دولار اليوم) من الأعمال الجديدة لمحطات الطاقة المركزية كل عام.

في عام 1971، اشترت Union College سيارة ستاينميتز، التي عُثر عليها متعفنة في أحد الحقول، وقام أعضاء هيئة التدريس والطلاب بإعادتها إلى حالة صالحة للعمل.المجموعات الخاصة والمحفوظات/مكتبة شافير/كلية الاتحاد

ذهب Steinmetz للعمل على تحسين السيارة الكهربائية. قام بتطوير محرك مزدوج الدوار تم دمجه في المحور الخلفي، مما أدى إلى التخلص من الحاجة إلى ترس تفاضلي ميكانيكي أو عمود قيادة وخفض الوزن الإجمالي بشكل كبير، مما أدى إلى تحسين المسافة المقطوعة. قامت شركة Dey Electric Corp. بدمج تصميم Steinmetz في سيارتها الكهربائية وسعرها أقل من 1000 دولار. لسوء الحظ، تكلف محرك الاحتراق الداخلي Ford Model T حوالي النصف، وفشلت سيارة Dey Roadster، مما أدى إلى إنهاء الإنتاج في غضون عام.

لم يتورع شتاينميتز عن تأسيس شركة Steinmetz Electric Motor Car Corp. في عام 1920 بهدف أولي يتمثل في طرح شاحنة كهربائية للتوصيل والاستخدام الصناعي الخفيف في السوق. ظهرت الشاحنة الأولى لأول مرة في يوم بارد من شهر فبراير عام 1922 مع حملة دعائية لتسلق تلة ميلر أفينيو شديدة الانحدار في بروكلين، نيويورك، وفقًا لتقرير نشر في نيويورك تايمز، صعدت السيارة بنسبة 14.5 بالمائة بين شارع جامايكا وهايلاند بوليفارد في 51 ثانية. أثناء التسلق الثاني، توقف عدة مرات لإظهار مدى سهولة إعادة تشغيله. وكان مدى الشاحنة 84 كيلومترا (52 ميلا).

خططت الشركة لتصنيع 1000 شاحنة سنويًا و300 سيارة توصيل خفيفة الوزن، بالإضافة إلى سيارة كوبيه تتسع لخمسة ركاب، لكنها صنعت ما مجموعه 48 مركبة فقط. بعد وفاة شتاينميتز في عام 1923، توقفت الشركة عن العمل قريبًا.

لم يكن شتاينميتز متفائلاً بشأن السيارة الكهربائية فحسب، بل فيما يتعلق بالكهرباء بشكل عام. أ نيويورك تايمز سجل المقال اعتقاده أنه بحلول عام 2023، لن نعمل أكثر من 4 ساعات في اليوم، 200 يوم في السنة لأن الكهرباء ستقضي على الكدح وعدم الراحة في العمل. وتوقع أيضًا أن تضع الكهرباء حدًا للتلوث الحضري: “كل مدينة ستكون مدينة نظيفة”. ومع التوسع في وقت الفراغ، سيصبح الناس أكثر صحة، وينخرطون في أعمال البستنة (خاصة زراعة طعامهم) ويتابعون الاهتمامات التعليمية ليصبحوا “مخلوقات أكثر ذكاءً وتعبيرًا عن الذات”.[s]”.

عائلة شتاينميتز المختارة

قررت أن أكتب عن ستاينميتز العام الماضي IEEE نطاق نشرت مقالاً كتبته عن سبب احتياج الهندسة إلى العلوم الإنسانية. تحتوي المقالة على هذا السطر: “في عام 1909، لم يكن أحد غير تشارلز بروتيوس شتاينميتز يدعو إلى إدراج الكلاسيكيات في التعليم الهندسي”. لقد تأثرت عندما علمت باعتراف شتاينميتز بقيمة تعليم الفنون الليبرالية. لكن محرر النسخ الخاص بي لم يكن يعرف من هو شتاينميتز أو لماذا يستحق المؤهل “لا شيء آخر”. قررت أن المزيد من الناس يجب أن يعرفوا عن هذا الرجل الرائع. ولذلك ذهبت للبحث عن قطعة متحفية مرتبطة به، حتى أتمكن من إدراجه في عمود “الماضي إلى الأمام”.

شتاينميتز [left] كان بسهولة المعادل الفكري لتوماس إديسون [right]الذي اعتبره صديقا.صور كوربيس / جيتي

السيارة الكهربائية ليست سوى وسيلة واحدة في حياة ستاينميتز. كان بإمكاني بدلًا من ذلك أن أبحث في مواد ستاينميتز الصلبة (الأشكال الهندسية التي تتشكل عندما تتقاطع أسطوانتين أو ثلاث أسطوانات متطابقة بزوايا قائمة)، أو منحنيات ستاينميتز (حواف مادة ستاينميتز الصلبة)، أو دائرة ستاينميتز المكافئة (نموذج رياضي يصف محولًا يستخدم المقاومات والمحاثات). ولكن لا يمكن التقاط أي من هذه المفاهيم بسهولة في كائن يستحق الصورة. من ناحية أخرى، كان حبه لسيارته الكهربائية بمثابة نقطة دخول ممتعة ومناسبة لهذا المهندس الأكثر غرابة.

لقد رأيت أيضًا فرصة لتسليط الضوء على كيف أصبح شتاينميتز رجل عائلة. كان شتاينميتز يعاني من التقزم – حيث كان طوله 122 سنتيمترًا فقط – بالإضافة إلى الحداب، وهو انحناء شديد في العمود الفقري، كما هو الحال مع والده وجده. لم يكن يرغب في نقل هذه السمات، ولذلك لم يتزوج قط ولم يكن لديه أطفال. لكن هذا لا يعني أنه لا يريد عائلة.

في عام 1903، أخبر مساعد المختبر المفضل لستاينميتز، جوزيف ليروي هايدن، رئيسه أنه سيتزوج. دعا شتاينميتز الزوجين لتناول العشاء، ثم دعاهما للعيش في منزله الكبير. وافقوا على هذا الترتيب المعيشي غير العادي، حيث قامت كورين روست هايدن بإدارة المنزل والطهي لزوجها وستاينميتز. وأجبرت الرجال على ترك عملهم جانبًا لتناول الوجبات العائلية المنتظمة.

في النهاية، توسعت عائلة هايدن، ورحبت بجو وميدج وبيلي. تبنى ستاينميتز بشكل قانوني هايدن الأكبر، وبالتالي حصل على ثلاثة أحفاد أيضًا. شتاينميتز، الذي ال نيويورك تايمز أطلق عليه اسم “جوف الحديث” الذي “يطلق الصواعق حسب الرغبة” (من مولد البرق عالي الجهد)، وكان مسرورًا بتسلية الأحفاد بحيل رائعة من الكهرباء والكيمياء.

أثناء كتابتي عن تاريخ الهندسة الكهربائية، أقع أحيانًا في فخ التركيز أكثر من اللازم على التكنولوجيا. ولكن من المهم بنفس القدر التعرف على الأشخاص الذين يقفون وراء هذه التكنولوجيا – شخصياتهم، ونقاط ضعفهم، ومشاعرهم، وتحدياتهم. واجه شتاينميتز الشدائد بسبب معتقداته السياسية، ولأنه مهاجر، وبسبب مكانته الجسدية، إلا أن أيًا من ذلك لم يمنعه أبدًا. لقد أظهر بالقول والعمل أنه يتمتع بقلب كريم قوي مثل عقله.

جزء من سلسلة مستمرة تبحث في القطع الأثرية التاريخية التي تحتضن الإمكانات اللامحدودة للتكنولوجيا.

تظهر نسخة مختصرة من هذه المقالة في العدد المطبوع لشهر مارس 2026 تحت عنوان “أحب تشارلز بروتيوس شتاينميتز سيارته الكهربائية”.