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 (55)

číslo 11/2005

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (55)

Ing. Josef Heřman, CSc.

Influence
Dalším fyzikálním jevem, kde se Faradayova koncepce působení na blízko konkretizovala, byla elektrická indukce (influence). Jak již bylo uvedeno, indukční působení se podle této koncepce předává od jedné částice k druhé, sousední částici, tudíž za účasti prostředí, v němž indukce probíhá. Prostředí tedy v těchto elektrických procesech hraje aktivní roli. Účast prostředí se projevuje předáváním indukce po křivkách. Faraday k tomu uvedl: „Lze-li nesporným způsobem dokázat, že působení po křivkách je namístě, neumím si představit, jak by mohla platit stará teorie působení na dálku po přímkách, a jak bude možno nesouhlasit se závěrem, že indukce se uskutečňuje působením sousedních částic.„ Pod označením „částice hmoty„ rozuměl atomy.

Ve 12. až 14. sérii Experimental Research Faraday shrnul své názory na přenos elektřiny hmotným prostředím. Bez vlivu elektrické síly (tedy v běžném stavu) nejsou částice polarizované. Polarizovanými se stanou účinkem sousedních nabitých částic a přenášejí více či méně intenzivně indukční působení na sousední částice. Elektrická síla se u dielektrik přenáší napětím řetězu částic, při elektrolýze roztržením jedné částice (vznikem iontů). V obou případech jde o působení mezi částicemi.

Stav napětí, do něhož jsou uváděna tělesa v blízkosti magnetů nebo průchodu elektrického proudu, označil Faraday elektrotonický stav. Vycházel ze svých pokusů, při nichž v prostoru okolo permanentního magnetu nebo vodiče s procházejícím proudem se uspořádávaly železné piliny do čar určitého tvaru. Faradayovu představu elektrotonického stavu tak lze do jisté míry považovat za vizi elektromagnetického pole. Po svých výzkumech magnetismu změnil i názor na vlastní podstatu silokřivek. Již nepředstavovaly sled částic v bezprostředním styku, ale byly přítomny v prostoru i bez částic (tedy ve vakuu). Zde Faraday opět s určitými výhradami přijal myšlenku světlonosného éteru jako nositele silového elektromagnetického působení.

Dále si představoval, že elektrické silokřivky probíhají mezi opačně nabitými póly – mají tedy svůj začátek a konec. Naproti tomu magnetické silokřivky jsou uzavřené křivky, které jsou přítomny i uvnitř tyčového magnetu, jak experimentálně prokázal.

V tomto období se rovněž zabýval průběhy magnetických silokřivek okolo křivek dynamické elektřiny (elektrické proudočáry ve vodiči) a zavedl základní představu o jejich souvislosti. Magnetické silokřivky obklopují křivky dynamické elektřiny, probíhají po kružnicích v rovinách, jež jsou k nim kolmé.

Zakřivení jak elektrických, tak magnetických silokřivek pokládal Faraday za nejvážnější důkaz jejich fyzikální reality. Fyzikální silokřivky existují ve hmotě i ve vakuu.

K představě pole
Další vývoj vědy jednoznačně potvrdil, jak plodná byla Faradayova představa silokřivek jako prostorového obrazu stavů a účinků okolo elektrických nábojů, magnetů a proudů. V souvislosti s posuzováním otázky fyzikální reality silokřivek a jejich prostupem prostorem přišel Faraday v roce 1852 s pojmem pole, prostorem obklopujícím magnet či proudovodič. K tomu napsal: „Je zcela přípustné, pokoušíme-li se pochopit, jakým způsobem fyzikální síly vznikají, existují nebo se předávají …„ Neustále zdůrazňoval svoji představu předávání síly pomocí prostředí. V případě magnetických sil napsal: „… velmi se přikláním k názoru, že přenos síly představuje jev probíhající vně magnetu; pokládám za nepravděpodobné, že tyto jevy představují pouhé přitahování a odpuzování na dálku.„ A k tomuto problému dodal: „Při tomto pohledu na magnet je prostředí nebo prostor okolo něho tak podstatné jako magnet sám, neboť je součástí skutečného a úplného magnetického systému.„ Zrodila se představa elektromagnetického pole.

S využitím pojmů zavedených Faradayem lze formulovat i jeho zákon o elektromagnetické indukci takto: Změní-li se počet magnetických siločar procházejících plochou uzavřeného vodiče, vznikne v tomto vodiči elektrický proud. Pro vznik indukovaného proudu nezáleží na tom, zda ke změně počtu silokřivek dochází pohybem vodiče, či změnou magnetického pole.

Faraday dále vyslovil názor, že elektromagnetické pole má vlnovou povahu, a dospěl i k důležitému poznatku, že jevy v elektromagnetickém poli se šíří konečnou rychlostí. Svými experimentálními výsledky Faraday u svých současníků sice vzbuzoval obdiv, ale jeho teoretické představy jim byly cizí. Byli stále v zajetí Newtonovy a v případě elektřiny i Coulombovy představy o okamžitém přímočarém působení na dálku. Faradayovo odmítnutí koncepce působení na dálku a její nahrazení ideou působením na blízko, tj. působením elektromagnetického pole konečnou rychlostí v prostoru za aktivní účasti prostředí, bylo jedním z největších myšlenkových přínosů ve vědě vůbec. Jako jediný z jeho současníků, byť již z nové generace vědců, se o Faradayovy silokřivky zajímal William Thomson (pozdější lord Kelvin). Nepodařilo se mu však Faradayovy představy uspokojivě matematicky formulovat.

Obr. 1.

Michael Faraday ke konci života

Faradayovy myšlenky plně pochopil geniální skotský fyzik James Clerk Maxwell. Ač byl o 40 let mladší než Faraday, stali se přáteli a spolupracovníky.

9.9 Osobnost Michaela Faradaye

Michael Faraday je jedna z největších postav přírodovědy všech dob. Pokusme se jeho velikost a mnohorozměrnost jeho osoby alespoň v hrubých rysech přiblížit (viz obr).

Faraday-člověk
Faraday byl člověk ušlechtilý a hluboce nábožensky založený, ačkoliv to nedával na odiv, ba spíše tuto skutečnost utajoval. Po celý život zůstal věren malé, téměř neznámé náboženské sektě sandemaniánů, do jejíž komunity se narodil. Její základní ideou bylo setrvání na myšlence Kristově, vykládané laickými kazateli z náboženské obce samé; tuto službu i sám aktivně vykonával. Sandenmaniáni byli sekta s neobyčejně přísnou kázní – když jednou Faraday nepřišel na obvyklé nedělní bohoslužby, protože nemohl nepřijmout pozvání k obědu od královny Viktorie, byl ze sekty vyobcován. Pokračoval však v pravidelném plnění náboženských povinností a později byl zase přijat.

U Faradaye se neobvykle spojovala největší hrdost s největší skromností. Hrdý byl na své objevy, ale vzácně lhostejný ke slávě, veřejným poctám a penězům. Přesto mu zahraniční panovníci udělovali řády, univerzity ho zahrnovaly hodnostmi a učené společnosti celého světa mu udělovaly nesčetná vyznamenání a medaile. Odmítl povýšení do rytířského stavu, protože chtěl „prostě zůstati Michaelem Faradayem„. To však dvoru nijak nevadilo a dále jej zahrnoval přednostmi a zdvořilostmi.

Od svých třiceti let, kdy se oženil, žil se svou ženou 46 let ve spokojenosti a štěstí v malém bytě v podstřeší Royal Institution. Jejich zábavy byly velmi prosté. Hráli dámu, chodili do zoologické zahrady, navštěvovali loutková představení a podnikali krátké výlety na venkov či do hor. To mu přinášelo potřebné zotavení. Sám podnikal časté výlety na mořský břeh a trávil zde čas přemýšlením a úvahami. Byl zdatným turistou a bez problémů za den ušel i 30 mil. V posledních letech života Faradayovi postupně ubývaly síly a pracoval již velmi málo, vzdával se i různých funkcí. Přijal nabídku královny Viktorie a roku 1858 se přestěhoval do domu v parku královského zámku Hampton Court, jejž mu královna věnovala. Po roce 1860 mu začala vynechávat paměť a často býval zcela zmatený. Po tomto roce již neukončil žádnou práci. V posledních dvou letech života duševní schopnosti Faradaye zcela ochably.

Michael Faraday pokojně zemřel ve svém křesle 25. června 1867 v Hampton Courtu ve svých 76 letech. Je pochován na hřbitově v High-Gate v Londýně. Místo jeho posledního odpočinku připomíná jednoduchý pomník.

Faraday-vědec
Isaac Newton a Michael Faraday jsou nejen dva největší vědci Anglie, ale řadí se i mezi nevětší světové vědce všech dob. Oba byli fyzikové, avšak byl mezi nimi jeden velký rozdíl. Newton byl vynikající matematik, Faraday ovládal pouze jednoduchou aritmetiku. Sám si svou „nedokonalou znalost matematiky„ uvědomoval a pociťoval ji jako velký handicap. Faradayova obrovská vědecká síla ovšem byla v jeho geniálním nadání pro experiment a v téměř nepřekonatelné intuici, s jakou zkoumal nové obory fyziky. Zásadně vycházel z toho, co mohl pozorovat, jevy tedy vykládal fenomenologicky.

Kromě zkoumání elektřiny a magnetismu se experimentálně zabýval mnoha dalšími vědeckými disciplínami, v nichž došel i k několika významným objevům. Faraday však nebyl jen vědec, byl též vynikající technik. Zde uvedeme (pro nedostatek místa) pouze stručný výčet některých jeho aktivit:

V chemii se zabýval zkapalňováním plynů, procesem spalování, objevil sloučeniny chloru a uhlíku, přes své práce v technice dospěl k objevu benzenu. Předmětem jeho zájmu byla heterogenní katalýza; pro optiku vyrobil nové sklo s velkou lomivostí, řešil osvětlování majáků a zkoumal optická skla pro čočky dalekohledů; v metalurgii vyvíjel materiály pro chirurgické a jiné nástroje, podařilo se mu vyrobit mnoho slitin.

Britskou admiralitou byl často žádán o konzultace a expertizy. Jako vlastenec rád pracoval pro stát, když byl o to požádán. Rád navštěvoval manufaktury a továrny. Faraday sám sebe označoval za philosopher – filozofa. Neměl rád označení scientist (vědec), v té době vznikající, ani physicist (fyzik). To, že své hledání základních přírodních zákonů a souvislostí mezi přírodními silami pokládal za filozofii, bylo zcela v souladu s tradičním pojetím filozofie v Anglii.

Faraday byl vynikající vědec-experimentátor, jeho teorie a hypotézy však často působily mlhavě, protože nebyl příliš dobrý stylista. Byl však výborný řečník a přednašeč. Ve své skromnosti odmítal nejen občanské, ale i vědecké pocty. Odmítl stát se prezidentem Royal Society, ač k tomu byl přemlouván. Rovněž odmítl profesuru chemie na londýnské univerzitě i předsednictví Royal Institution. Přijal pouze lektorství chemie na Královské vojenské akademii ve Woolwichi a stal se jakýmsi vědeckým poradcem různých úřadů a Trinity College v Cambridgi.

Faraday byl zcela zaujat svou vlastní experimentální výzkumnou činností. Jak sám řekl: „Nikdy jsem neměl studenta nebo žáka, který by mi asistoval, ale vždy jsem připravoval a prováděl experimenty vlastníma rukama, přičemž jsem současně pracoval a přemýšlel.„ Zde je třeba i hledat důvod, proč Faraday nevytvořil žádnou přímou vědeckou školu. Asistoval mu pouze vysloužilý seržant Anderson, který k němu přišel z královské artilerie. O všech jeho myšlenkách a výsledcích se vědecký svět dozvídal z přednášek, publikací a korespondence.

Ke své hlavní metodě vědecké činnosti, tj. experimentování, řekl: „Mohl bych věřit skutečnosti, ale tvrzení o ní jsem vždy podrobil křížovému výslechu.„ A těchto moudrých slov by měl dbát každý vědec. Faraday byl vědec, který v průběhu své celoživotní vědecké dráhy měl neustále na paměti výrok filozofa Francise Bacona, který přijal za své vlastní vyznání: „Objevy mají sloužit k odhalování tajemství přírody, a nikoliv k zpohodlnění života.„