Vývoj názorů na podstatu elektřiny (48)

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (48)

Ing. Josef Heřman, CSc.

Faradayovy pokusy

Je velmi zajímavé, jak si Faraday razil cestu neprobádanou houštinou k stanovenému cíli, jímž si byl jist. Svědčí o tom i krátká ukázka z jeho Diary (Deníku):

„28. listopadu 1825: Pokusy o indukci spojovacím drátem voltovské baterie. Baterie sestávala ze čtyř nádob, v každé bylo deset dvojic desek vedle sebe.

Pokus I. Póly spojeny drátem dlouhým asi 4 stopy, s nímž rovnoběžně šel jiný podobný drát, vzdálený od něho jen na dvě tloušťky papíru. Konce druhého drátu byly připojeny ke galvanometru – nic se neukázalo.

Pokus II. Póly baterie byly spojeny drátěnou šroubovicí ovinutou hedvábím, tou procházel rovný drát a jeho konce byly spojeny s galvanometrem – žádný účinek.

Pokus III. Póly baterie byly spojeny rovným drátem, nad nímž byla šroubovice, a její konce byly spojeny s galvanometrem – žádný účinek.

Žádným způsobem nebylo možno dosáhnout zřejmé indukce ze spojovacího drátu.„

Jde tedy o záznam experimentu, který se nezdařil. Faraday při něm vycházel z představy, že vytvoří-li elektrický proud magnet tam, kde předtím žádný nebyl, měl by naopak magnet vzbudit elektrický proud. Magnet např. indukuje magnetismus v kusu železa položeném poblíž; poněvadž se elektrické proudy chovají jako magnety, měl by i drát, jímž prochází elektrický proud, indukovat v sousedním drátu rovněž elektrický proud. Právě blízkost, jak se domníval Faraday, stačí k tomu, aby nastala indukce. Očekával tudíž, že v jednom drátu vznikne elektrický proud vyvolaný pouhou blízkostí drátu, kde elektrický proud prochází. Nezdar experimentu ho překvapil, neboť se domníval, že pouze opakoval obdobné pokusy s magnetismem a statickou elektřinou.

Jeden z dalších pokusů uskutečnil Faraday 28. dubna 1828. Vycházel při něm z Newtonova zákona akce a reakce. Když se Oerstedovi podařilo vyvolat průtokem elektrického proudu drátem pohyb magnetky umístěné v jeho blízkosti, měl by recipročně pohyb magnetu vyvolat průtok elektrického proudu. Pokus spočíval v prostrčení tyčového magnetu kroužkem torzní váhy. Ani tento pokus nedovedl Faradaye k objevu.

Úspěch Faradaye

Úspěch se konečně dostavil 29. srpna 1831. Ve svém Diary popisuje proslulý pokus takto (o sobě píše ve třetí osobě): „Dal udělat železný kruh sedm osmin palce tlustý o vnějším průměru šest palců. Navinul měděný drát A mnohokrát kolem jedné poloviny kruhu; na druhou stranu navinul asi 60 stop druhého drátu B. Spojil konce drátu B měděným drátem, který vedl nad magnetkou. Oba konce drátu A spojil s baterií: objevil se zřetelný účinek na magnetku – oscilovala a vrátila se do původní polohy. Po přerušení spojení s baterií se opět objevil účinek na magnetku.„ (obr. 1). Faraday očekával, že se objeví účinek v době, „kdy proud prochází“; toho se však nedočkal. Jiný badatel by pravděpodobně ihned učinil záporný závěr. Faraday však měl vyvinutý smysl pro pozorování i nejslabších účinků a jeho bystrý zrak zachytil i velmi lehký „záchvěv„ magnetky. Následující den udělal druhý pokus, který popsal takto:

Obr. 1. Železný prstenec s dvěma cívkami, s jehož pomocí Faraday objevil elektromagnetickou indukci (exponát Royal Institution)

„Kontakt na straně A s baterií se udržoval, ale na straně B se střídavě přerušoval a zapínal kontakt s cívkou. Žádný účinek na jehlu – záleží na změně na straně baterie. Z toho plyne, že není žádný trvalý nebo zvláštní stav drátu v B, ale efekt je způsobován vlnou elektřiny, jež vzniká v okamžicích přerušení a zapnutí kontaktu na straně A. Snažil se zjistit jiskru pomocí dřevěného uhlí u připojení cívky na straně B, ale nemohl zjistit žádnou. Vlna je zřejmě krátká a náhlá.„

Výsledek pokusů vedl Faradaye k závěru, že proud z baterie, který prochází jedním drátem, vzbuzuje proud i v druhém drátu, ovšem pouze na okamžik. V prvním svazku Experimental Research... v § 12 k jevu poznamenává „... že má v sobě víc rázu elektrické vlny z obyčejné leydenské láhve než proudu z voltovské baterie.„ Přechodné proudy takto vzbuzené nazval proudy indukované, proud z baterie, který je vyvolal, nazval proud indukující. Hned i prokázal, že indukovaný proud, vzbuzený při zapojení proudového okruhu, působil vždy směrem proti svému indukujícímu původci, kdežto proud, který vznikl při přerušení okruhu, se směrem shodoval se svým indukujícím původcem. Indukci proudu vyvolanou časovou změnou proudu Faraday nazval volt-elektrická indukce.

Dosažení cíle

Konečně 17. října 1831 učinil Faraday pokus, jímž splnil svůj cíl „přeměnit magnetismus v elektřinu„ (obr. 2). Když zasouval tyčový magnet do cívky z měděného drátu, měřicí přístroj připojený k cívce ukázal výchylku. Faraday tento jev nazval magneto-elektrická indukce. Později ale prokázal, že jak volt-elektrická indukce, tak magneto-elektrická indukce jsou stejné podstaty. Nový – pro rozvoj vědy a následně i techniky – fundamentální zákon vešel do fyziky jako Faradayův indukční zákon.

Obr. 2. Cívka s tyčovým magnetem použitá Faradayem při experimentu 17. října 1831 (exponát Royal Institution)

Další experimentální výzkumy jej přivedly k vynálezu prvního dynama. Šlo o první reálný stejnosměrný stroj, dnes označovaný jako homopolární (unipolární) dynamo. Mechanická „síla„ byla jednoduchým strojem přeměněna v elektrickou „sílu„. Měděný disk, otáčející se mezi póly magnetu, generoval stálý elektrický proud odváděný z jeho obvodu do centra kotouče. Z hlediska směru přeměny „síly„ tak dosáhl opačného jevu, než byl jeho objev elektromagnetické rotace v roce 1821 (viz ELEKTRO 7/2003).

O svých objevech Faraday přednášel dne 24. listopadu 1831 v Royal Society. V následujícím roce o nich publikoval stať v Philosophical Transactions; šlo o první řadu jeho Experimental Research in Electricity.

Objev elektromagnetické indukce potvrdil Faradayovu fyzikální představu. Řekl k tomu: „Dávno jsem se přidržoval názoru, který se stal téměř mým přesvědčením, že různé formy, ve kterých se projevují síly hmoty, mají obecný původ, nebo jinými slovy, jsou tak bezprostředně svázány a vzájemně závislé, že se mohou přeměňovat navzájem a jsou ve svých působeních ekvivalentní.„

(pokračování)