Vývoj názorů na podstatu elektřiny (33)

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (33)

Ing. Josef Heřman, CSc.

„Elektrický konflikt„, jak nazval Oersted svůj objev, se nenacházel pouze uvnitř vodiče, ale vytvářel „magnetický vír kolem drátu„.

V tomto pojetí byl vyjádřen i počátek koncepce působení nablízko, což lze jinými slovy vyjádřit tak, že hmota nepůsobí tam, kde není. A to je koncepce elektromagnetického pole, která se stala výchozím bodem elektromagnetismu.

Oersted se ale dopustil omylu, když napsal, že „... směr magnetky v blízkosti drátu závisí též na velikosti elektrického konfliktu, tedy nejen na jeho směru„. Tuto tezi práce jeho následovníků vyvrátily.

Oersted dále zjistil, že volně zavěšený kruhový závit s „elektrickým konfliktem„ (tedy protékaný elektrickým proudem) se chová stejně jako magnetka. Pokusem rovněž objevil vzájemné působení „elektrického konfliktu„ a magnetu. Upevnil magnet a uvolnil vodič s „elektrickým konfliktem„, a prokázal, že magnet vodič odklání.

Oerstedův objev zásadním způsobem ovlivnil další teoretický i experimentální výzkum elektřiny a magnetismu. Jednou provždy spojil vědy o elektřině a magnetismu, což lze pokládat i za rozhodující stimulaci pro revoluční obrat v nazírání na podstatu elektřiny, ke kterému v průběhu několika následujících desetiletí došlo. Oerstedův objev otevřel cestu k poznávání zákonů elektrodynamiky.

6.5 Zrod elektrotechniky

Kromě zásadního přínosu pro vědu o elektřině a magnetismu však byl Oerstedův objev i popudem ke zrodu nového odvětví techniky – elektrotechniky. Stručně se zmíníme jen o některých prvních krocích, které s určitou dávkou shovívavosti můžeme označit za pokusy o návrh a realizaci elektrotechnického zařízení.

Měřicí přístroje
V prvé řadě umožnil Oerstedův objev badatelům na základě elektromagnetického účinku proudu na magnetickou střelku kvantifikované měření elektrických veličin, zejména právě elektrického proudu. Záhy po jeho objevu zkostruovali již zmiňovaný Johann Salomo Christoph Schweigger a Johann Christian Poggendorf (obr. 1) v Německu a James Cumming (1777 – 1861) v Anglii první elektromagnetické měřicí přístroje – galvanometry, tzv. tangentové busoly. Aby zvýšil účinek proudu smyčky na magnetku, ovinul Schweiger mnohokrát drát kolem magnetky a toto měřicí zařízení nazval multiplikátor (obr. 2). K tomuto poznatku však dospěl již dříve i Oersted.

Významného zvýšení přesnosti měření slabých proudů dosáhl se zlepšenou tangentovou busolou vlastní konstrukce v dalším desetiletí francouzský fyzik a technik Claude Servais Mathias Pouillet (1790 – 1868).

Přeměna elektrické „síly„ v mechanický pohyb
O Oerstedově objevu elektromagnetismu se dozvěděl i Michael Faraday (1791 – 1867) a to od svého nadřízeného v Royal Institution, sira Humphry Davyho (1778 – 1829). Bylo to z již citovaného Oerstedova spisu, jenž Davy od Oersteda obdržel. Společně s Davym pak zopakoval Faraday i Oerstedovy pokusy.

Davyho přítel, lékař a fyzik William Hyde Wollaston (1766 – 1828), údajně přišel s myšlenkou, že přiblíží-li se magnet k drátu vedoucímu elektrický proud, tak ten by se měl otáčet kolem své podélné osy. Davy i Faraday se to pokusili v dubnu 1821 experimentálně ověřit, avšak bez úspěchu.

Faraday se k pokusu opět vrátil v létě. V září 1821 se experimentálně zabýval výzkumem zvláštní podstaty magnetické síly, vyvolané průtokem elektrického „proudu„. Připomeňme, že když Oersted hovořil o „elektrickém konfliktu„ poznamenal, že „...tento konflikt vytváří kruhy„ kolem vodiče. Faraday to precisním experimentem dokázal. Použil malou magnetickou střelku, s jejíž pomocí zmapoval model magnetické síly kolem vodiče v podobě soustředného kruhu. Zde je již možno vystopovat první mlhavé Faradayovy představy o působení magnetických sil, působících odlišně od v té době všeobecně přijímaného modelu sil centrálních. Trvalo však dalších deset let usilovné vědecké práce, než mohl Faraday tuto svou prvotní myšlenku precisovat ve zcela nový model působení elektrických a magnetických sil.

Aby své závěry z výzkumu magnetických sil zřetelně prokázal, postupoval takto: do vosku zalil tyčový permanentní magnet a upevnil jej v misce se rtutí tak, že jeho jeden konec vyčníval ze rtuti (viz pravá část obr. 3). Dále otočně upevnil jedním koncem měděný drát nad misku tak, aby druhým koncem byl ponořen do rtuti s pevným magnetem. Když drát v místě jeho závěsu připojil k jednomu pólu galvanického článku a ke kovové misce druhý pól článku, začal procházet elektrický proud a vodič se otáčel kolem osy pevného magnetu. Jak ukazuje levá část obrázku je možno roli drátu a magnetu prohodit. Šlo tedy o objev inverzního jevu k jevu, který objevil Oersted. To je stručný popis jeho slavného pokusu o vánocích roku 1821. V nadšení nad svým objevem zavolal svou ženu Sáru, která připravovala vánočního krocana, aby se přišla „...na ten tanec„ podívat. První společné vánoce u Faradayů se tak musely obejít bez tradičního jídla – krocan byl spálený na uhel.

Popsaný Faradayův pokus byl z dnešního pohledu první experimentálně realizovanou elektromechanickou přeměnou energie (v tehdejší době ale ještě pojem energie nebyl znám). Byl vlastně vynálezem prvního jednoduchého, v praxi však nevyužitelného, elektrického motoru. Faraday, věren své zásadě, získané výsledky ihned publikoval. To ale vzbudilo nelibost Wollastona, který se domníval, že podnět k objevu dal on. A v Londýně se začala šířit pověst, že pouhý asistent z Royal Institution ukradl významnému vědci jeho myšlenku. Faradaye vzniklý spor velmi mrzel. Celou věc se snažil Wollastonovi vysvětlit – a ten nakonec jeho vysvětlení a omluvu přijal.

Dnešní představě elektrického motoru však spíše odpovídá řešení, které navrhl roku 1823 anglický fyzik Peter Barlow (1776 – 1862) a jež po svém původci dostalo i jméno „Barlowovo kolečko„. Pro pozdější didaktické potřeby bylo různě upravováno, ale původní Barlowovo řešení sestávalo z otočné plechové hvězdice, jejíž ramena procházela mezi póly permanentního magnetu a svými hroty se brodila rtutí v kovové misce. Jeden pól galvanického článku byl připojen k hřídelce na níž se hvězdice otáčela, druhý pól k misce se rtutí. Rameno hvězdice při kontaktu se rtutí tak vytvářelo proudovodič, jenž byl z prostoru mezi póly vytlačován magnetickým polem. Za přispění setrvačnosti se děj neustále opakoval a kolečko se otáčelo. Šlo o řešení, které osvětlovalo princip působení, avšak význam pro praxi nebyl žádný.

(pokračování)