Vývoj názorů na podstatu elektřiny (41)

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (41)

Ing. Josef Heřman, CSc.

Po objevu Voltova sloupu

Základní obrat nastal v roce 1800 po objevu zdroje trvalého proudu – tzv. Voltova sloupu (viz ELEKTRO 1/2003). Ačkoliv objev poskytl zdroj trvalého proudu, zanesl do problematiky i mnoho nejasností. Bylo to tím, že role galvanického článku v obvodu v té době nebyla zcela zřejmá. Již v roce 1802 poznamenal Vasilij Vladimirovič Petrov (1761–1834), na základě svých petrohradských pokusů, že činnost Voltova sloupu klesá při zvětšení délky uzavírajícího obvodu a roste při zvětšení příčného průřezu.

V roce 1805 došel Johann Ritter (1776–1810) k závěru, že činnost Voltova sloupu závisí při jeho nezměněném napětí na součtu vodivostí sloupu a uzavírajícího obvodu.

Významný je v tomto směru i přínos všestranného vědce Humphry Davyho (obr. 1). Jeho proslulá práce položila pro mnoho badatelů, zejména v Anglii, základ pro pochopení elektrické vodivosti. Davyho experiment z roku 1821, vyšetřující elektrickou vodivost různých materiálů, byl jednoduchý a důmyslný. Testovaný vzorek drátu byl paralelně zapojen s vodivou cestou vody, takže proud tekl současně oběma paralelními větvemi. Vodivost vodní větve zůstávala neměnná, vodivost druhé větve se měnila tak, jak byly měněny vzorky drátu. Délka drátu byla v průběhu pokusu zkracována až na délku, při které ustal rozklad vody. Disociace vody tedy Davymu sloužila k „měření“ velikosti procházejícího proudu. Tím prokázal, že rezistance drátu, byť je z jakéhokoliv kovu, je přímo úměrná jeho délce a nepřímo úměrná jeho průřezu, že nezávisí na tvaru, zvětšuje se s teplotou a je rozdílná pro různé kovy. Rovněž dokázal, že proud tekoucí obvodem je stejný ve všech jeho částech, i když jsou tyto části zhotoveny z rozdílných kovů. Rovněž vyvrátil tvrzení, že vodivost závisí na velikosti povrchu vodiče. Na základě těchto experimentů Humphry Davy sestavil kovy podle jejich vzrůstající vodivosti do řady: železo, platina, olovo, zinek, zlato, měď, stříbro.

Je třeba si uvědomit, že v této době vládl značný zmatek v pojmosloví. Pojmová nejasnost – z dřívějších dob statický výboj, elektrický šok, z nedávné doby elektrický konflikt, nově napětí a proud – velmi ztěžovala vědecký pokrok. Zmatky odstranil roku 1820 André-Marie Amp (viz ELEKTRO 1/2004), když předložil jasnou definici elektrického napětí a elektrického proudu – pojmy, které v obecném pojetí byly do jeho doby nesprávně definovány.

Prvotní popud Ampre nazval elektromotorické působení. Elektromotorické působení produkovalo elektromotorickou sílu. To byla síla, která způsobovala průtok proudu, jestliže byl uzavřen obvod, nebo vytvářela napětí mezi svorkami, byl-li obvod rozpojen. A to byl jeden ze základních předpokladů vedoucích k objevu Ohmova zákona.

Otázkou elektrické vodivosti se zabýval i Ohmův současník, italský fyzik Stephano Marianini (1790–1866). Při experimentech s Voltovým sloupem roku 1825 zjistil, že s rostoucím počtem článků ve sloupu se úměrně nezvětšuje elektromagnetické působení na magnetickou střelku. Došel k závěru, že průchod proudu je ovlivňován odporem článků. Marianini rovněž prokázal, že ve větvících se vodičích obvodu se elektrický proud šíří do všech větví nezávisle na tom, z jakého vodivého materiálu jsou. Vyvrátil tak Voltovu domněnku, že elektřina se lépe šíří vodiči kovovými než např. kapalnými. Jeho závěry Ohm pravděpodobně znal a použil je.

Ve stejném měsíci roku 1825, kdy Ohm uveřejnil výsledky první série svých experimentů – viz dále – se objevil v Bulletin des sciences mathématiques výtah z prací Antoine-Césara Becquerela (obr. 2) a Petera Barlowa (1776–1862) o elektrické vodivosti kovů. Becquerel, stejně jako již citovaný Humphry Davy před ním, se zabýval srovnáváním vodivé schopnosti různých drátů. Jejich nálezy byly podobné: Becquerel uvedl, že k dosažení téže vodivé schopnosti s dráty z téhož kovu by měly být jejich délky ve stejném poměru k jejich průřezům; Davy sdělil, že vodivá schopnost drátů ze stejného kovu se při jednotkové délce mění přímo úměrně s jejich hmotností a nepřímo úměrně s jejich délkou. Každý z nich také stanovil relativní vodivou schopnost různých kovů, i když se jejich výsledky znatelně lišily.

Peter Barlow během experimentů objevil souvislost mezi intenzitou proudu, měřenou odchylkou magnetické střelky a délkou a průměrem vodiče. Dospěl k závěru, že intenzita proudu se mění s druhou odmocninou délky drátu a že pro dráty stejné délky roste s jejich průměrem až do určité velikosti, po níž žádné zvětšování průměru již nemá na velikost intenzity proudu vliv. Tyto Barlowovy závěry jsou bezpochyby poplatné ještě ne zcela dokonalé měřicí technice té doby.

Další experimenty, Barlowa i Becquerela, potvrdily, že elektromagnetický účinek podél téhož vodiče se nemění. Z této skutečnosti bylo možné vyvodit, že i proud v nevětveném obvodu zůstává všude stejný. Tento dnes naprosto samozřejmý poznatek v té době ani zdaleka tak samozřejmý nebyl. Barlow totiž očekával, že naměří stále se zmenšující účinek buď směrem od pozitivního pólu k negativnímu, anebo od obou pólů směrem ke středu a tím rozhodne spor ve prospěch jednofluidní nebo dvoufluidní hypotézy elektřiny. Výsledek experimentu ho však uvedl do rozpaků. Ke stejnému poznatku vycházejícímu z experimentu došel i Becquerel. Výsledek zjišťování si ale vysvětloval poněkud jinak – a to protisměrným dvojitým tokem pozitivního a negativního elektrického fluida, čímž je výsledně zachována jeho stálá velikost.

Tyto experimenty a závěry z nich učiněné pravděpodobně nezůstaly bez vlivu na Ohmovu další práci.

(pokračování)