Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (19)

číslo 3/2002

Archiv

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (19)

Ing. Josef Heřman, CSc.

Priestley

Mladý yorkshirský učitel Joseph Priestley se zabýval experimenty s třecí elektrikou. Avšak teprve pozdější londýnská setkání s významnými badateli v elektřině té doby – Watsonem, Cantonem a zejména Franklinem – byla rozhodujícím impulsem pro jeho zkoumání elektřiny. Na Franklinův popud a s podporou ostatních napsal za necelý rok své první vědecké dílo, rozsáhlou knihu o 736 stranách – The History and Present State of Electricity, with Original Experiments (Londýn, 1767). O věhlasu, který si kniha získala, svědčí její tři anglická vydání v průběhu necelých deseti let.

První ze dvou svazků této publikace, do kterých je toto úspěšné dílo rozvrženo, obsahuje přehledně uspořádané údaje o vývoji poznatků o elektřině až po Priestleyho současnost. Autor zde většinou vycházel z původních zdrojů, ke kterým získal přístup za pomoci svých vědeckých přátel. Ve druhém svazku vyložil Priestley některé své obecné návrhy, podle nichž by bylo možné systematizovat ohromné množství experimentálních poznatků, které v té době již byly k dispozici. Podal zde i cenný ilustrovaný přehled dobových třecích elektrik a dalších přístrojů. Zabýval se i hypotézami podstaty elektřiny vypracovanými do té doby, včetně kritického zhodnocení případných dalších směrů jejího zkoumání. Nakonec zde popsal i množství již dříve vykonaných vlastních experimentů s elektřinou, které mu roku 1766 dopomohly k získání členství v Royal Society. I když sám se přikláněl k Franklinově unitární teorii, obecně pokládal za funkci a cíl hypotézy ve vědě navrhovat směry zkoumání, které by vedly k získávání nových poznatků, čímž by hypotetické složky byly postupně eliminovány.

Priestley byl autorem mnoha pozoruhodných experimentů s elektřinou, o kterých psal v Philosophical Transactions i ve své, již citované knize The History.... Po Franklinově vzoru se zabýval tzv. elektrickým větrem, jevem spojeným s výbojem elektřiny z hrotu kladně či záporně nabitého tělesa. Pozoroval, že vzniklý vzdušný proud může zhasnout i plamen svíčky nebo otáčet lehkým lopatkovým kolem. Věnoval se i elektrické vodivosti různých látek. Prokázal, že uhlík je dobrým vodičem elektřiny a že do červena rozžhavené sklo musí být také zařazeno mezi vodiče. Dále experimentálně zjišťoval velikost náboje v leidenské láhvi tak, že tímto nábojem nechával roztavit drát připojený na vnější a vnitřní výstup láhve. Shledal, že velikost náboje lze určit pomocí proměnné délky vnějšího obvodu tvořeného drátem. Asi nejvýznamnější Priestleyho příspěvek vědě o elektřině byl jeho pokus experimentálně dokazující, že velikost přitažlivé či odpudivé síly mezi elektrickými náboji inverzně závisí na kvadrátu vzdálenosti. V prosinci roku 1766 zopakoval Franklinův pokus se spuštěním bezové kuličky do zelektrizované cínové nádoby, kterou postavil na dřevěnou pekařskou stoličku. Prokázal tím, že elektrický náboj se nachází na povrchu tělesa. Přestože na základě tohoto pokusu vyslovil určitou pochybnost, zda se elektrické přitahování řídí stejnými zákony jako gravitace, byla zde myšlenka podobnosti s Newtonovým gravitačním zákonem nadhozena. Je proto možné Priestleyho pokus najít zákon pro síly mezi elektrickými náboji považovat za podnět pro Cavendishovo zdokonalené zkoumání těchto závislostí.

Nicméně v oblasti vědy o elektřině sám sebe pokládal pouze za „pozoruhodného“. Nejvíce ho poutala chemie a jako chemik učinil objevy dalekosáhlého významu, zejména v souvislosti s plyny. Je proto často označován za „otce chemie plynů“. Jeho nejproslulejším objevem v chemii je objev kyslíku (o prioritu s ním soupeří Němec Wilhelm Scheele).

Cavendish

Obr. 1.

Pionýrskou práci mimořádného významu pro vědu o elektřině vykonal v sedmdesátých letech osmnáctého století geniální experimentátor Henry Cavendish. Své experimenty s elektřinou uskutečňoval v otcově domě v Londýně. Žil samotářským, podivínským životem. Zabýval se pouze experimenty, které uspokojovaly jeho zvědavost. Velmi důležité výsledky svých experimentů téměř nepublikoval, ač pro to měl velmi dobrou příležitost. Proto, když za sto let uveřejnil James Clerk Maxwell (1831 – 1879) výsledky Cavendishova zkoumání elektřiny, nalezené v jeho pozůstalosti, vědecký svět si uvědomil, že největší část jeho prací musela být vlastně znovu a nezávisle objevena dalšími vědci.

Sám Cavendish publikoval o svém zkoumání elektřiny pouze dva články v Philosophical Transactions. V prvním a mnohem důležitějším, publikovaném roku 1771 pod názvem An Attempt to Explain some of the Principal Phenomena of Electricity, by means of an Elastic Fluid, se pokusil položit základy matematické teorie elektřiny (ze současného pohledu tedy elektrostatiky). Stejně jako Franklin a Aepinus pokládal elektřinu za fluidum, jehož částice se navzájem odpuzují a přitahují částice běžné, neutrální hmoty. Předpokládal, že tyto síly se mění inverzně s mocninou vzdálenosti menší než třetí. Svůj druhý článek publikoval v roce 1776 a věnoval jej jím zhotovenému modelu funkce elektrického rejnoka nabíjeného z leidenské láhve.

Aby porovnal vodivé schopnosti rozličných solných roztoků známé koncentrace, naplnil jimi skleněné trubice o délce přibližně yard (91,439 cm), které byly na každém konci zazátkovány korkem. Zátkami byly vedeny vodiče, jejichž zasouváním či povytahováním byla měněna délka kapalného sloupce. Přes solné roztoky v trubicích vybíjel baterii leidenských lahví a intenzitu šoku posuzoval podle fyziologických účinků na vlastní tělo. Tak mohl porovnávat odpor kladený roztokem průchodu náboje. Obdobně zkoumal změny vodivosti roztoků s teplotou.

Obr. 2.

Pro stanovení závislosti síly mezi náboji byl velmi důležitý Cavendishův experiment, jímž stejně jako Priestley dokázal, že elektrický náboj vodiče sídlí pouze na jeho povrchu. Zde je třeba připomenout, že s domněnkou umístění náboje na povrchu vodiče přišel již v první polovině osmnáctého století S. Gray (viz ELEKTRO č. 9/2000). Pro experiment použil Cavendish již svou známou 12,1palcovou kouli, pokrytou cínovou fólií. Upevnil ji na izolující podstavec a uzavřel ji mezi dvě, na jakési veřeje upevněné, lepenkové polokoule, které se jí v žádném bodě nedotýkaly (obr. 2). Potom elektrizoval obě polokoule a přechodně je spojil drátkem s vnitřní koulí. Když potom polokoule oddělil, shledal pomocí kuličkového elektroskopu, že vnitřní koule je bez náboje. Z kvantitativního měření na tomto uspořádání došel k závěru, že elektrická síla se musí měnit inverzně se vzdáleností, jejíž exponent leží mezi hodnotou 2 + 1/50 a hodnotou 2 – 1/50.

Cavendishem experimentálně potvrzený poznatek, že elektrický náboj sídlí pouze na povrchu vodiče (později to rovněž dokázali Coulomb i Faraday), má zásadní teoretický význam pro inverzní závislost síly mezi elektrickými náboji na kvadrátu jejich vzdálenosti. Naproti tomu pouze a jedině v případě kvadrátu vzdálenosti platí, že náboj je rozmístěn na povrchu. Podle jakékoliv jiné závislosti vzdálenosti, by totiž uvnitř vodiče zůstaly síly, které by uváděly náboje v pohyb a měnily by tak jejich rozdělení. Jde tedy o analogii k Newtonovu zákonu o gravitaci.

Cavendishův přínos vědě je obrovský. Ve svých chemických pokusech se zabýval plyny, složením vody a jiných sloučenin. Objevil „hořlavý vzduch“ (vodík) a prokázal, že voda není prvek, ale sloučenina. Kromě již zmiňovaných přínosů vědě o elektřině proslul Cavendish ve fyzice svým geniálním experimentem, kterým stanovil na základě Newtonova zákona hmotnost Země.

V Newtonově gravitačním zákonu je obsažen proporcionální činitel nazvaný gravitační konstanta, která udává sílu, jakou se přitahují dvě tělesa o hmotnosti 1 kg ve vzdálenosti 1 m. Astronomie sice dovedla porovnávat síly různých nebeských těles, avšak tuto konstantu zjistit nedovedla. Učinil tak v roce 1789 Cavendish svým pokusem na torzních vahách, jakých použil Coulomb ke svým elektrickým měřením. Pomocí takto změřené konstanty pak z Newtonova zákona stanovil i hmotnost Země.