Vývoj názorů na podstatu elektřiny (54)

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (54)

Ing. Josef Heřman, CSc.

Feromagnetismus
Do doby Faradayovy série výzkumů magnetismu (1845–1851) se pokládalo za nesporné, že existuje malá skupina látek schopných zmagnetování, jako např. železo, ocel, bizmut. Vzhledem k využití jejich vlastností v praxi pro výrobu permanentních magnetů se zájem o magnetika omezoval především na tyto feromagnetické materiály. Francouzský fyzik Antoine César Becquerel zjistil již v roce1827, že v některých případech střelky ze dřeva či kaučuku, jsou-li umístěny blízko pólu dostatečně silného magnetu, nabývají magnetických vlastností, přičemž zaujímají kolmou polohu k magnetickým siločárám. Becquerel sám však tomuto jevu nepřikládal základní význam a omezil se pouze na jeho konstatování.

Faraday byl na Becquerelovy pokusy upozorněn a jejich zopakováním začal dvacátou sérii svých experimentů. Záhy zjistil, že všechna přírodní tělesa jsou schopna nabýt magnetických vlastností, nacházejí-li se v blízkosti silného magnetu. Zde je třeba připomenout, že toto se do doby W. Gilbertanevědělo. Faraday se tedy při svých experimentech zabýval účinkem silných magnetů na různé látky.

Paramagnetismus a diamagnetismus
Michael Faraday zjistil, že účinek magnetu na látky je dvojího druhu. Když umístil pokusné tyčky zhotovené z některých materiálů mezi póly magnetu, tyčky byly do prostoru vtahovány a zaujaly polohu ve směru magnetických siločar. Obdobné pokusné tyčky z jiných látek byly z prostoru mezi póly naopak vypuzovány a zaujaly polohu kolmou ke směru siločar. Látky z první skupiny nazval Faraday paramagnetickými látkami, látky z druhé skupiny označil jako diamagnetické. Připomeňme, že diamagnetismus u bizmutu objevil již v roce 1778 Anton Brugmans, avšak jeho objev postihl osud většiny předčasných objevů – byl zapomenut.

Wilhelm Eduard Weber
* 24. října 1804, Wittenberg, Německo
† 23. června 1891, Göttingen, Německo

K experimentům s diamagnetismem Faraday také používal podlouhlé krystaly bizmutu, které si sám připravoval. Jako diamagnetické látky byly sice vypuzovány z prostoru mezi magnety, avšak orientovaly se ve směru magnetických siločar. Faraday se domníval, že objevil nový jev – magnetokrystalický efekt. Po několikaleté diskusi s německými fyziky Juliem Plückerem (1801–1867) a Wilhelmem Weberem (viz obr.) se ukázalo, že tento jev lze zahrnout do obecné teorie magnetismu.

Obdobně jako u dielektrika, i v případě magnetických materiálů Faraday pokládal rozdílný účinek magnetu na látky za projev vlastností látek. Pro fyzikální veličinu, která by tyto vlastnosti vyjadřovala, navrhl termín „schopnost vést magnetismus„ – Conducting power for magnetism.

Faradayův jev
Ve svých experimentech s magnetismem se rovněž zabýval působením magnetu na světlo. Mezi póly elektromagnetu vložil bor-olovnaté sklo a nechal jím procházet polarizované světlo rovnoběžně s magnetickými siločárami. Objevil, že působením magnetu se vychyluje rovina lineárně polarizovaného světla. Tento jev byl nazván Faradayův jev. Faraday si byl vědom toho, že nejde o přímý účinek magnetu na světlo, nýbrž o ovlivňování optického prostředí, které působí na světlo. Ve svých myšlenkách se zabýval i případným vlivem magnetismu na změnu délky světelné vlny.

Na konci první poloviny století Faraday začal pozbývat schopnosti experimentální práce. Rovněž se u něho začalo projevovat nápadné slábnutí paměti a ztráta orientace ve vlastní práci. Po roce 1850 již jen shrnoval své výsledky, nových experimentálních poznatků bylo málo.

9.8 Teorie pole

Michael Faraday přišel na základě svých experimentů se zcela novým pojetím elektrických a magnetických jevů a stal se jeho průkopníkem v podmínkách tomuto pojetí velmi nepříznivých. Kolem roku 1820 byli ortodoxní vědci téměř zcela pod vlivem newtonismu a Laplaceovy mechaniky – v zajetí představy centrálních sil působících na dálku, v přímkách mezi částicemi. Příkladem může být i výklad Oerstedových kruhových magnetických „sil„, pokládaný Ampérem za výsledek působení centrálních sil prvků proudovodiče (viz ELEKTRO 4/2003). Ampérova klamná matematická úvaha ale naměla na Faradaye vliv a Faraday vůbec neuvažoval opustit teorii, kterou měl svými experimenty potvrzenu. James Clerk Maxwell (1831 k tomu později poznamenal: „Snad je možné označit za šťastnou okolnost, že Faraday, ač dokonale obeznámen s pojmy prostor, čas a síla, nebyl matematikem. Tak se neocitl v pokušení pouštět se do četných zajímavých, ale čistě matematických bádání, k nimž zavdaly podnět jeho objevy.„

Faradayova vize silokřivky
Již při svých raných výzkumech elektřiny v roce 1821 se Faraday velmi vážně zabýval problematikou silového působení. Boškovičova myšlenka atomů jako center, z nichž vycházejí přitažlivé a odpudivé síly, byla pro jeho práci silným podnětem, i když nelze Faradaye označit za Boškovičova stoupence. Faraday proto nesdílel ani Daltonovu představu (která vycházela z Newtona), že atomy jsou tuhé kuličky v prostoru.

Je třeba připomenout, že v 30. letech devatenáctého století měl systém fyzikálních názorů vycházející z působení na dálku neotřesitelné postavení, sladěné s obecnou tendencí převedení všech přírodních jevů, tedy i jevů elektromagnetických, na mechaniku. Jak bude uvedeno v následující kapitole, měla tato koncepce vybudovaný i odpovídající matematický aparát. Nic takového ale neměly k dispozici víry, které otáčely magnetickou střelkou, objevené Oerstedem.

Faraday svým experimentálním výzkumem vytvořil koncepci působení na blízko. Prvním krokem bylo zobecnění nového fyzikálního útvaru, pro který při svých experimentech postupně zaváděl pojem silokřivka (či siločára) a silová trubice. Zde je třeba objektivně připomenout, že jakási představa o silokřivce se objevila již u Aepina (viz ELEKTRO 12/2001) a experimentálně silokřivky, jak již bylo uvedeno, pravděpodobně poprvé znázornil u magnetu T. J. Seebeck (viz ELEKTRO 3/2004). Silokřivky tedy principiálně nebyly fyzikům neznámé, avšak nikdo jim nepřikládal podstatný význam. Faraday první rozpoznal v obrazu silokřivek účinný prostředek pro znázornění silového působení v elektromagnetismu. Nejprve zavedl pojem magnetických silokřivek jako křivek magnetických sil, jež lze znázornit železnými pilinami. K magnetickým silokřivkám malé magnetické střelky zaujímají polohu tečen.

(pokračování)