ポール・ラ・クール

ポール・ラ・クール（1846年4月13日 - 1908年4月24日）は、デンマークの科学者、発明家、教育者でした。今日、ラ・クールは、空気力学の実験研究と風力発電所の実用化の両方において、風力に関する初期の研究で特に知られています。彼は、人生のほとんどをアスコフ・フォーク・ハイスクールで過ごし、そこで科学を教える歴史的な遺伝的手法を開発しました。若い頃は、多重電信に取り組む電信の発明家でした。

バイオグラフィー

ポール・ラ・クールは、1846年4月13日、デンマークのエーベルトフト近郊の農場で生まれました。父親は近代的な農家で、近隣の農家に先駆けて新しい技術を導入しました。しかし、ラ・クールの数学の才能は母親譲りでした。ランデルスのラテン語学校では語学の成績が振るわず、司祭になりたいという幼いころからの夢を諦めなければなりませんでした。コペンハーゲンでの研究の方向性を知っていた兄のヨルゲン・ラ・クール (1838-98) は、すぐに兄を気象学という新しい分野に導きました。

電信発明家

1869年にコペンハーゲンで物理学と気象学の研究を終えたポール・ラ・クールは、実用的な気象学を学ぶためにヨーロッパを旅しました。彼は、オランダの気象学者デ・ブイス・バロットから最も重要なインスピレーションを受け、彼と1か月を過ごし、デ・ブイス・バロットの原則に従って、デンマークが計画的な気象研究所を設立すべきだと確信しました。その後の5年間、彼の人生は、1872年に副所長として設立されたデンマーク気象研究所の初期の歴史と密接に絡み合っていました。

電信は、現代の気象学にとって最も重要な技術的前提条件であり、すぐに彼の主な関心事となった。エジソンが四重信信を発明した年である1874年6月、ラ・クールは音叉をベースにした電信装置を発明した。そのアイデアは、多数の電信技師がそれぞれ独自の周波数を使用して、1本の電線でメッセージを送信できるようにするというものであった。音叉の共鳴現象を利用することで、電線の受信側でメッセージを分割することが可能になった。彼は1874年9月2日にロンドンでこの発明の特許を取得したが、米国ではアレクサンダー・グラハム・ベル、エリシャ・グレイなどが同様の方向に取り組んでいたため、彼の米国での特許出願に対して抗議が起こった。弁護士に支払うお金が少なすぎたため、彼は米国での権利主張を断念し、この発明はエリシャ・グレイの功績とされた。しかしラ・クールは、グレイは電話の発明に取り組んでおり、ラ・クールの米国での出願が公開された瞬間に発明を変更しただけだと主張した。ラ・クールは後に自伝的な記事の中で、グラハム・ベルがグレイよりほんの数時間早く申請して電話の特許を獲得したとき、悪意のある喜びを感じたと書いている。

1876年、ラ・クールは彼のシステムで12重電信を実証することができ、グレート・ノルディック・テレグラフ社はしばらくの間それに興味を持っていました。しかし、デンマークで彼の発明を使用したのはデンマーク鉄道会社だけのようです。アメリカ市場での失望の後、彼は新しい発明、フォニックホイールを生み出しました。これは音叉で駆動する同期モーターで、電磁石を使用してモーターの歯車を1振動ごとに歯1つ分回転させます。離れた場所にある2つの同期フォニックホイールがあれば、さまざまな電信装置が可能になりました。今回は特許に問題はありませんでした。この発明は1875年8月に生み出され、1877年に特許を取得し、詳細は1878年にデンマーク語版とフランス語版で「The Phonic Wheel」という本に掲載されました。当時、この発明はアメリカの会社であるデラニー同期多重電信社に採用され、新たな優先権争いが起こりました。 1886年、フランクリン協会はラ・クールにフォニックホイールの功績でジョン・スコット・レガシー・メダルを授与し、同時にデラニーに同期化の功績でエリオット・クレソン・メダルを授与したが、ラ・クールはこの決定に抗議した。

フォニックホイールは、米国東海岸のいくつかの電信線とロンドン郵便局で（デラニーの多重電信の形で）使用されました。これはクロノメーターとして使用されており、短時間の測定では 0.00004 秒の精度でした。最も現代的な応用は、ポール・ゴットリーブ・ニプコウ（1884 年）の機械式「テレビ」でした。

アスコフの実験工場 1891

1880 年代には、フォークハイスクールにおけるグルントヴィの歴史学的なアプローチに対して批判がいくつかありました。特に、北欧神話とリアリズムの使用は、アシュコフホイスコーレでより強い地位を獲得しました。ラクールの歴史学的なアプローチは、あまり批判されませんでしたが、彼はグルントヴィを再読し、「私が (今) 生命を創造することは、実は歴史の力の表れである」と主張しました。1890 年代には、ラクールとアシュコフフォークハイスクールは、教育と実践の両方において、物質的な現実にもっと関心を持つようになりました。ラクールは再び発明家および実験物理学者となり、学生のほとんどが通う農村地域の利益のために働きました。デンマークは風に恵まれており、デンマークで電気が導入されようとしていた当時、ラクールは風が国の電化に貢献するはずだと考えていました。オランダでは、風車による電化のアイデアが研究され、効率の低さとエネルギー貯蔵の問題から否定的な結論が出ていました。しかし、これらの問題は、発明家で物理学者のラ・クールにとっては魅力的でした。1891年、彼は、電気を水に通し、電気分解 ( Power - to-X ) を使用することで、風を水素 (および酸素) エネルギーとして貯蔵するというアイデアを思いつきました。彼はデンマーク政府から資金援助を受け、1891年の夏にアスコフに最初の実験的な風車が建設されました。しかし、ラ・クールの最初の仕事は、風力を「制御」して、風車が一定の電力を生成して発電機を駆動できるようにすることでした。これは、いわゆるクラトステート、つまり差動レギュレータによって解決されました。これは後に簡素化され (「vippeforlaget」)、北欧諸国とドイツの発電用風車で広く使用されました。

電気化学実験

イタリアのポンペオ・ガルティ教授の援助を得て、彼は数年で水素貯蔵システムを開発することができた。この技術に対する彼の個人的な貢献により、彼はデンマークでガルティの特許を使用する独占権を与えられた。1895年から1902年まで、アスコフ民族高等学校は水素と酸素の混合物で照らされ、エネルギーは風から発生したものであったが、12立方メートルの水素タンクのおかげで、光のなかった日はなかったようだ。ラ・クールが1902年にこのシステムを放棄した理由は、何年も実験を費やしたにもかかわらず、水素を燃料とするガスエンジンを開発できなかったためである。そのようなモーターがあれば電気を再現することができ、ラ・クールはすぐに電気が将来のエネルギー媒体であることを認識した。その後、彼は電気化学的エネルギー貯蔵の他の形態を試みた。そのアイデアは、小規模な家内工業の原型を開発することだった。石灰岩と石炭からトーマス・L・ウィルソンの製法に従って炭化カルシウムを生産し、塩からソーダ灰、水酸化ナトリウムを生産した。これは家内工業にはならなかったが、デンマークの小さな会社「Dansk Acetylen gasværk」と「Dansk elektrolytisk Alkalindustri」が生まれた。彼の最後の電気化学的なアイデアは、ノルウェーのクリスティアン・ビルケランドとサム・アイデがちょうど発明した製法を使用して人工肥料を小規模に生産することだった。

空気力学の実験 1896-1900

古典的な風車は微風でも回転できるはずですが、伝統的な製粉業者は嵐の中で大量のエネルギーを利用することができませんでした。ラ・クールにとって、風車は最大限のエネルギーを生み出す発電所でした。そのため、伝統的な風車を変更する必要があり、それが 1896 年に始まった空気力学の実験の背景となりました。

伝統的知恵では、翼に対する風の作用は粒子の衝撃と考えられており、これによりニュートンの計算が可能になった。ダニエル・ベルヌーイとレオンハルト・オイラーは、100年前に現代の流体力学の基礎を築いていたが、これは、翼に対する風の作用のような複雑な実際的な問題には何の影響も及ぼさなかった。また、計算が可能な場合でも、理論は経験と一致しなかった（ダランベールのパラドックス）。理論と実験の融合は、主に入念な風洞実験によってもたらされた。この分野におけるデンマークの伝統は、1890年代初頭にHCフォークトとヨハン・イルミンガーによって始められた。ラ・クールは1896年に、風洞で小型の風車モデルをテストし始めたときにそれを引き継いだ。これは、おそらく風車に焦点を当てた世界初の実験であった。

わずか数週間の実験の後、ラ・クールは、現在でも受け入れられている一般的な結論に達した。与えられた翼面積で最大のエネルギーを生み出すには、翼の数は少なく、翼の斜面は小さく、回転速度は速くなければならない。数年後、彼はエンジニアの聴衆にその結果を発表した。標準サイズの翼で作業したところ、最適な条件下では、8枚の翼が掃引面積を通過する総エネルギーの28%を吸収し、16枚の翼ではそれよりわずかに良い(29%)、4枚の翼でもかなり良い(21%)ことを発見した。風の粒子概念に基づく計算では、4枚の翼で、それらに当たったエネルギーの144%を吸収できることがわかったが、もちろんこれは不可能である。彼は、一般に、翼に関する以前の理論と公式はすべて間違っているようであり、それらが正しかったとしても、製粉業者にとって実用上重要な情報は何も提供しないと結論付けた。

ラ・クールの風洞の品質を詳しく調査すると、風速は中心線から端まで 2 倍ずつ変化し、その結果に多少の不正確さがあることが分かります。彼はおそらくこの欠陥に気付いていたのでしょう。1899 年を通して、実験のセットアップに非常に注意を払っていたからです。彼は今度は、風洞の中央で小さな翼部分、平らな板、曲がった板を操作し、結果として生じる力の大きさと方向の両方を測定し、曲がった形状の利点を発見しました。彼の曲がった翼は、空気抵抗があまり大きくなければ、平らな翼よりも 3 倍優れた力を生み出すことができました。

これらの実験に基づいて、彼は、彼が測定した既存の 5 つの風車の平均の 4 倍の効果 (翼面積あたり) を持つ理想的な風車を提案しました。実際に 1899 年にアスコーブに新しい風車を建設したとき、抵抗面積が 7% だったため、効果は 2 倍にとどまりました。1929 年、ラクールの死後わずか 20 年で、ラクールの「理想」に従って新しいアスコーブ風車が建設され、このときは係数 4 が得られました。比較すると、今日の風車は 1929 年の風車の約 3 倍の効果があります。言うまでもなく、これらの比較にはいくつかの仮定と問題がありますが、ラクールによって重要な前進が遂げられたことは確かです。

一般的な技術啓蒙

ラ・クールの理想の風車は伝統的なオランダの風車に非常によく似ていたため、彼の研究は批判され、1902年に政府の支援は削減されました。しかし、その時点では実験作業の大半は完了して公開されており、彼はこれらの実験をデンマークの農村地域の発展という目標の手段としか考えませんでした。こうして、1902年にアスコーフの風車は、エネルギー貯蔵用のバッテリーと予備電力用のガソリンエンジンを備え、1958年までアスコーフ村に電力を供給するプロトタイプの発電所となりました。

同時に、ラ・クールは風力発電の考えを広め始めました。都市や村の人々が発電所を計画している場合、ラ・クールはしばしばこの新しいエネルギー源の利点を説明するために招かれました。彼は子供向けにエネルギーに関する童話「トロルデン」（トロル）も書きました。この童話の主人公が電気であることは疑いようがありませんでした。

風力発電を普及させる最も重要な手段は、1903 年にラ・クールが設立したデンマーク風力発電協会 (DVES) でした。その後 5 年間で、DVES のコンサルタントエンジニアは 100 基の小規模発電所を計画し、そのうち 3 分の 1 は風力発電をベースとしていました。

地方の電気工事にとって、地方の電気技師の養成も同様に重要でした。DVES は、アスコーフで年間約 20 人の電気技師を指導しました。彼らは 3 か月間理論を学び、同時に実務経験としてアスコーフ風力発電所の保守と開発を行いました。彼らはデンマークのどこかに小さな発電所を建設するプロジェクトで終了しました。これは都市の電気技師の 4 年間に比べると短い養成期間でしたが、その後の彼らのキャリアを調査すると、彼らのほとんどは地方の電気技師として、その多くが小さな発電所の管理者として仕事に就いたことがわかります。

^{最終的に、DVESは風力発電に関する隔月刊誌を出版し、その}^記事の大半はラ・クールが執筆しました。この活動全体を、今世紀初頭にデンマークで建設された小規模な地方発電所の実際の数と比較すると、^DVESはデンマークのユニークな分散型電化における最も重要な要因の 1 つであったと結論付けざるを得ません。