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 (51)

číslo 6/2005

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (51)

Ing. Josef Heřman, CSc.

Existují různé druhy elektřiny?

K důkazu, že existuje elektřina pouze jedné podstaty, použil Faraday tzv. volta-meter. Touto otázkou se zabýval roku 1833 ve třetí sérii svých experimentů. V té době bylo podle zdrojů známo šest druhů elektřiny:

  • animální (živočišná) elektřina (některé ryby apod.),
  • atmosférická elektřina (blesk, sršení),
  • statická elektřina (třecí elektrika, leidenská láhev apod.); tuto elektřinu Faraday označoval jako Franklinovu elektřinu,
  • galvanická (voltaická) elektřina (galvanické články),
  • termoelektřina (Seebeckův článek),
  • elektromagnetická indukce (dynamo).

V brilantních experimentech potvrdil Faraday pomocí volta-metru stejné množství plynu vyvinutého elektřinou z různých zdrojů. Tím experimentálně prokázal, že elektřina z různých zdrojů má stejnou podstatu.

Základní zákony elektrochemie

Období mezi lednem 1832 a prosincem 1834 bylo pro Faradaye obdobím neobyčejně intenzivní práce. Za tuto relativně krátkou dobu publikoval asi dvacet původních článků. Experimentům s elektrochemickým rozkladem se věnoval od jara do léta 1833. Kvantitativní vztah pro elektrochemický rozklad se mu podařilo objevit 2. září 1833. Vešel ve známost jako první Faradayův zákon: „Množství vyloučené látky o hmotnosti m je úměrné elektrickému množství (tedy elektrickému náboji q0) prošlému roztokem.“

Současně prokázal i platnost svého druhého zákona: „Množství látek vyloučených stejným elektrickým množstvím jsou úměrná jejich chemickým ekvivalentům.“ Chemický ekvivalent byl pojem, který zavedl již v osmnáctém století zakladatel moderní chemie Antoine-Laurent Lavoisier (1743–1794). Propracoval jej a přesným měřením doplnil švédský chemik Jöns Jacob Berzelius (viz obr.).

Obr. 1.

Jöns Jacob Berzelius
* 20. 8. 1779, blízko Linköpingu, Švédsko
† 7. 8. 1848, Stockholm, Švédsko

Faraday ve svém prvním zákoně uvedl i přesnou míru pro elektrické množství (elektrický náboj). Přirozenou elektrochemickou jednotkou se stala taková velikost náboje, která vyloučila gramekvivalent látky. Tato hodnota byla nazvána Faradayovo číslo či nověji Faradayova konstanta. Zde se tak poprvé objevil náznak existence určitého kvanta elektřiny. Přestože Faradayovi tento poznatek neunikl, spolu s atomovou hypotézou jej ale zamítl a dal přednost představě, že „látka je všudypřítomná a neexistuje žádný meziprostor, který by jí nebyl vyplněn.“ Z toho vycházela i malá pozornost, která v souvislosti s nastupujícím pojmem elektromagnetického pole byla v následujícím období věnována pojmu elektrický náboj. Oba zákony Faraday publikoval ve své sedmé sérii Experimental Researches.

Kromě stanovení základních zákonů elektrochemie došel Faraday při svých elektrochemických výzkumech k objevu, který přispěl k revolučnímu ovlivnění vědy. Při zkoumání elektrochemického rozkladu elektrostatickým nábojem ke svému překvapení shledal, že nepotřeboval póly. Na vysvětlenou uveďme, že od dob vynálezu Voltova sloupu totiž badatelé zabývající se elektrochemií předpokládali, že kladný a záporný pól v obvodu jsou centra síly, která působí na dálku na molekuly v roztoku a roztrhává je od sebe. Faraday tedy nechal při svém dalším experimentu projít elektrostatický výboj savým papírem, jenž byl na vzduchu napuštěn roztokem jodidu draselného, a ten se rozložil. Kde v tomto případě bylo podle ortodoxní teorie centrum síly a jak se zde projevovalo působení na dálku? Experiment vnukl Faradayovi myšlenku, že elektrochemický rozklad nemá s působením na dálku nic společného.

Období Faradayova experimetálního zkoumání v elektrochemii je spojeno i s jeho jmenováním profesorem chemie v Royal Institution v roce 1833. Tímto rokem také uzavřel první etapu svých elektrochemických výzkumů. K elektrochemii se ale vrátil roku 1839 a začal se zabývat otázkou, co je příčinou generování elektřiny v galvanickém článku. Připomeňme, že Volta a jeho četní následovníci (svým způsobem i Davy) se domnívali, že elektřina vzniká kontaktem dvou různých kovů. Tento názor v prvních desetiletích devatenáctého století mezi fyziky převládal. Jedním z prvních, kdo přišel roku 1829 s názorem, že příčinou generace elektřiny v galvanickém článku je chemická reakce, byl francouzský fyzik Antoine-César Becquerel (viz ELEKTRO 5/2004). Vycházel při tom ze svého obecného přesvědčení, že mezi elektřinou na straně jedné a teplem, světlem a chemickými silami na straně druhé existuje úzký vztah. Mnoha svými experimenty dokázal, že elektřina se generuje při kontaktu dvou těles z různých materiálů tehdy, když přitom nastává chemická reakce, nebo tato tělesa mají rozdílnou teplotu, či jsou navzájem třeny.

Ačkoliv tedy Faraday nebyl první, kdo předpokládal, že zdrojem galvanického proudu je chemická přeměna, byl prvním, kdo to v mnoha pokusech experimentálně dokázal. V sedmé a osmé sérii svých Experimental Researches k tomu mimo jiné napsal: „Dotyk kovů není ve Voltově článku příčinou vzniku elektřiny. Elektřina je určitý projev chemických sil. Toto tvrzení ověřuje skutečnost, že elektrická jiskra se dostavuje dříve, než nastane dotyk s kovem. Elektřina vzniká tudíž čistě a nesmíšeně jenom působením chemických sil. Elektřina Voltova sloupu je jak svým původem, tak svým trváním nezávislá na vzájemném dotyku kovů.“

Faradayovy elektrochemické výzkumy byly i významným přínosem pro další vývoj vědy. Prokázal v nich, že elektrochemické síly působí intermolekulárně, a tudíž opět nejde o působení na dálku. K rozvoji atomové teorie přispěl svou úvahou, že s každým atomem hmoty může být svázán určitý elektrický náboj. To ostatně vyplývalo ze základních elektrochemických zákonů, které objevil.

Elektrochemické názvosloví

Aby zamezil zmatku a mnohoznačnosti a dosáhl větší přesnosti vyjadřování, Faraday kriticky posoudil tehdejší stav v označování a popisu jevů a navrhl některé nové termíny či inicioval jejich zavedení. Tyto termíny se rychle vžily a jsou používány dodnes. Celé nové názvosloví nezavedl ihned, nýbrž po poradě se svými přáteli - odborníky. Postupně zaváděl termíny, které pokládal v dané chvíli za nejpotřebnější. Koncem roku 1833 používal pro kladný pól název eisoda a pro záporný exoda. Látky, které se vylučovaly na pólech souhrnně nazval zetodes, přičemž na exodě to byly zetexode, na eisodě zetesoide. Současně však pro oba póly již navrhl použít společný název elektroda, elektrochemický rozklad nazval elektrolýza, látky rozložitelné elektrickým proudem označil za elektrolyty.

(pokračování)