Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

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 (56)

číslo 12/2005

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (56)

Ing. Josef Heřman, CSc.

10. Průkopníci teorie

Jediným obsahem teoretické fyziky je dojít výpočtem k výsledkům, které lze srovnávat se zkušeností.
Paul Audrien Maurice Dirac

10.1 Úvod
V první polovině 19. století žili fyzici-teoretici zcela v zajetí newtonovského pojetí síly a jejího okamžitého působení na dálku. Newtonova představa, kterou uvedl ve svých Principiích, podle níž by bylo možné „… odvozovat zbytek přírodních jevů stejným způsobem, jako tomu je u mechanických principů (případ gravitace), což jsou důvody, které mne vedly k podezření, že vše může záviset na určitých silách, kterými jsou částice těles buď společně hnány jedny k druhým, nebo jsou jedny od druhých odpuzovány.„

Mnoho badatelů tuto Newtonovu tezi následovalo a pokoušelo se spočítat rozličné fyzikální jevy kombinacemi přitažlivých a odpudivých sil mezi částicemi hmoty či atomy. Většina jejich pokusů však měla spíše kvalitativní či spekulativní charakter, pouze vynikající Coulombova formulace zákona byla založena na výpočtu, navíc ověřena experimentem.

Obr. 1.

Obr. 1. Životní období badatelů

Pokroky ve fyzice inspirovaly vědce i k bádání v matematice. Mnoho z nich se začalo zabývat matematikou jako vědou samou o sobě. Vznikala „čistá“ a „aplikovaná“ matematika. Doba byla zralá i pro vznik specializace matematické fyziky.

V dalším textu budou zmíněni „matematičtí fyzici„, kteří nepřímo či přímo vytvořili matematickou teorii elektřiny a magnetismu, a tedy i teorii elektrodynamiky, někdy též označovanou jako předklasická elektrodynamika, resp. jak již bylo uvedeno, Amperova elektrodynamika. Připomeňme, že tyto teorie v zásadě vycházely z předpokladu okamžitého působení na dálku. Jmenovitě zde bude věnována pozornost badatelům, o kterých se v tomto seriálu již v různých souvislostech většinou hovořilo. Nebudou tu však již takto podrobné informace o těch učencích, které lze mezi průkopníky teorie rovněž zařadit (např. A. M. Ampere, G. S. Ohm a další), jimž byly věnovány samostatné kapitoly. Charakteristickým rysem většiny dále uváděných badatelů je, že vynikli i v jiných oblassatech fyziky, kde dokonce získali i větší pomyslné vavříny (obr. 1).

10.2 Tři jevy
Ke konci první poloviny 19. století byly v souvislosti s teorií elektromagnetismu konány zejména pokusy sjednotit teoretický popis tři jevů:

  • elektrostatických sil působících mezi zelektrizovanými tělesy,

  • elektromagnetických sil působících mezi elektrickým proudem a magnetem nebo mezi dvěma proudovodiči,

  • elektromagnetické indukce proudu, vyvolané pohybujícím se magnetem a pohybujícími se nebo v čase se měnícími proudy.

Obr. 2.

Obr. 2. Daniel Bernoulli
* 29. 1. 1700 Groningen (Nizozemsko)
† 17. 3. 1782 Basilej (Švýcarsko)

Přístupy k řešení
V dané době, tedy v době, kdy fyzici již byli obeznámeni s Faradayovými experimenty a jeho teoretickou koncepcí, se tudíž nabízely dva způsoby, jak se přiblížit k řešení, které by vedlo ke sjednocení uvedených tří jevů. Byly to:

  1. Způsob, který vycházel z Newtonova pojetí jednotlivých sil působících mezi částicemi hmoty, v daném případě tedy mezi částicemi elektrického fluida; šlo o koncepci sil okamžitě působících na dálku.

  2. Způsob, který vycházel z Faradayovy koncepce sil působících na blízko konečnou rychlostí, tedy koncepce pole.

Z těchto dvou koncepcí stojících proti sobě měla ve sledovaném období, tj. přibližně do počátku šedesátých let 19. století, nespornou prioritu první koncepce. Je to zcela přirozené. Na její straně stála tradice. Tradiční byla představa hmoty v podobě souboru hmotných bodů, které na sebe působí silami s inverzní kvadratickou závislostí jejich vzájemné vzdálenosti. Tento přístup byl velmi vhodný pro matematické zpracování modelu vesmíru. Jeho obraz měl podobu souhrnu hmotných bodů a sil. Rozpory, které se v této koncepci objevily po Faradayově objevu vlivu prostředí na elektrické a magnetické vzájemné působení, byly přehlíženy a jevily se jako dočasné. Koncepce okamžitého působení na dálku poskytovala možnost širokého využití mechanické analogie, dobře rozpracované analytickým aparátem klasické mechaniky významnými matematiky 18. století.

Obr. 3.

Obr. 3. Leonhard Euler
* 15. 4. 1707 Basilej (Švýcarsko)
† 18. 9. 1783 Petrohrad (Rusko)

Významní matematičtí fyzikové 18. století

Mezi těmito matematiky zejména vynikli Daniel Bernoulli (obr. 2) a Leonhard Euler (obr. 3), kteří se zabývali soustavou hmotných bodů, tuhými tělesy a hydrodynamikou. Dále to byla francouzská matematická škola spojená se jménem Jean Le Rond d’Alembert (1717–1783), autora principu po něm nazvaném, který nahradil rovnice pohybu, a se jménem Joseph Louis Lagrange (1736–1813), který ve svém proslulém díle Mécanique analytique (1788 – Analytická mechanika) dal rovnicím pohybu formu vhodnou pro složitější případy a harmonicky je spojil s Newtonovou metodou. Svého vrcholu a největšího rozkvětu dosáhla analytická mechanika v díle Pierra Simona Marquise de Laplacea.

Na tyto práce svou teoretickou činností navazoval velký počet matematických fyziků, převážně z první poloviny 19. století, kteří rozpracovali a vyřešili mnoho teoretických otázek vědy o elektřině a magnetismu. Patří do období, které v této souvislosti bývá označováno jako předmaxwellovské. Dále bude stručně přiblížen život a dílo jednotlivých osobností, které lze zcela oprávněně pokládat za průkopníky teorie elektřiny a magnetismu.