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

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…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (61)

číslo 5/2006

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (61)

Ing. Josef Heřman, CSc.

Výsledky spolupráce s Weberem
Společná spolupráce C. F. Gausse s Wilhelmem Weberem brzy přinesla výsledky. V roce 1832 předložil Gauss Akademii práci Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata (Intenzita zemského magnetismu, uvedená na absolutní míru), ve které se objevilo první systematické použití absolutních jednotek (prostor, hmota, čas) k měření nemechanických veličin, v daném případě magnetických. Za jednotku prostoru byla vzata jednotka délky 1 centimetr, jednotkou hmotnosti byl zvolen 1 gram a jednotkou času 1 sekunda. Gauss touto svou první absolutní soustavu jednotek, označovanou CGS (začáteční písmena základních jednotek), zavedl do fyziky logický systém, využitelný pro experimentálníi teoretický výzkum. Na jeho základě Weber později, jak bude podrobněji uvedeno v dalším textu, vytvořil soustavu absolutních jednotek pro elektrické veličiny. Gauss se ale v této době spokojil s vypracováním soustavy jednotek pro magnetismus. Vycházel při tom z nově ověřeného a potvrzeného Coulombova zákona o magnetických pólech. Přestože v této práci Gauss ocenil Weberovu pomoc, jako spoluautora jej neuvedl.

Stimulována Faradayovým objevem elektromagnetické indukce, začala dvojice vědců intenzivně zkoumat elektrické jevy. V roce 1833 došli k formulaci zákonů pro elektrické obvody (později je znovu formuloval G. Kirchhoff – viz dále) a anticipovali různé objevy v elektrostatice, tepelných jevech a třecí elektřině. Avšak nic z toho nepublikovali – pro vědu tyto poznatky zůstaly neobjeveny. Pravděpodobnou příčinou byl v té době jejich dominantní vědecký zájem o zemský magnetismus.

Výzkum zemského magnetismu
Gauss podrobil kritice současné učení o magnetismu a došel k závěru, že jsou nutné principiální reformy. Netýkaly se pouze magnetismu, ale celé fyziky. Na počátku společných prací stanovil dílčí cíl: nalézt cestu k matematickému zobecnění výsledků mnohaletého bádání o magnetismu. Gauss věřil v bezmeznou moc matematické analýzy fyzikálních jevů. Chtěl osvobodit teorii elektřiny a magnetismu od balastu nahromaděných hypotéz. V jednom ze svých spisů napsal: „Tam, kde chybí jakékoliv principy, mám nerad všechny hypotézy.„

Obr. 1.

Obr. 1. Alexander von Humboldt
* 14. 9. 1769 Tegel u Berlína (nyní Německo)
† 6. 5. 1859 Berlín (nyní Německo)

Jejich nová magnetická observatoř, která neobsahovala žádné kovy, byla součástí sítě, s jejíž pomocí chtěl všestranný badatel, cestovatel a přírodovědec Alexander von Humboldt (obr. 1), koordinovaně měřit geografické a časové změny zemského pole. V roce 1834 bylo Evropě již 23 takových magnetických observatoří. Gauss a Weber zorganizovali Magnetische Verein (Magnetický spolek), který tuto celosvětovou síť observatoří sjednocoval. Společně vydávali Resultate aus den Beobachtungen des magnetischen Vereins (1836 až 1843 – Výsledky pozorování magnetickým spolkem), které vyšly v šesti svazcích a obsahovaly patnáct článků Gausse a 23 článků Webera. Společně vydali i Atlas des Erdmagnetismus (1840 – Atlas zemského magnetismu). Tyto a další publikace se zabývaly problémy přístrojové a měřicí techniky pro měření magnetického pole Země, uváděly pozorování horizontálních a vertikálních složek magnetické síly a pokoušely se pozorování vysvětlit matematickými výrazy.

Nejdůležitější publikací ohledně této problematiky byla Gaussova Allgemaine Theorie des Erdmagnetismus (1839 – Obecná teorie zemského magnetismu). Svou matematickou teorii zde Gauss již mohl založit na zjištěných údajích ze světové sítě observatoří. Pro své již dříve formulované myšlenky tak využil empirickou základnu a vyjádřil magnetický potenciál na kterémkoliv místě zemského povrchu nekonečnou řadou prostorových funkcí.

Konec spolupráce
Šťastná a produktivní spolupráce obou vědců byla v roce 1837 náhle přerušena událostí, která znamenala i konec Gaussovy fyzikální experimentální práce. Země byla v té době v revoluční vřavě, kterou konzervativní Gauss neschvaloval. V důsledku politického nátlaku, který bude podrobněji zmíněn v části věnované W. Weberovi, byl Weber donucen opustit univerzitu v Göttingenu. Když se sem po jedenácti letech vrátil, bylo již pro Gausse příliš pozdě spolupráci obnovit, a oba dále pokračovali ve své vědecké práci samostatně.

Teorie potenciálu a Gaussův zákon
Když Gauss ukončil svá fyzikální zkoumání, publikoval práci Allgemeine Lehrsatze in Beziehung auf die im verkehrten Verthaltnisse des Quadrats der Entfernung wirkenden Anziehungs- und Abstossungskrafte (1840 – Obecné věty vztahující se na přitažlivé a odpudivé síly, které působí v převráceném poměru čtverce vzdálenosti). V této práci dosáhl svého velkého cíle – vytvořit obecné matematické schéma pro všechny centrální síly působící na dálku: gravitační, elektrické i magnetické. Přestože Gauss obecně vycházel z Ampérových prací, zde na pravou míru uvedl Ampérovo nesprávné pojetí pojetí silového působení prvků proudovodičů jako centrálních sil. Napsal k tomu: „Délkový prvek dS galvanického proudu působí na prvek magnetického fluida µ (připouštíme-li toto fluidum) také hybnou silou, která je nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti r; tu se ale vyskytuje zároveň úplně odlišná okolnost – že totiž směr síly není totožný s přímkou spojující středy obou prvků, nýbrž že síla je kolmá na rovinu, která prochází prvkem µ, a směr dS prvku, a že mimo to intenzita síly nezávisí jenom na vzdálenosti, nýbrž i na úhlu, který svírá r se směrem prvku ds.„

Publikace vycházela z jeho práce o magnetismu, ale též souvisela s jeho dílem Theoria Attractions (1813 – Teorie přitahování). Byla prvním systematickým zpracováním teorie potenciálu jako matematické úlohy a potvrdila nutnost existence teorémů v této oblasti. Gauss základní Greenovu práci ohledně potenciálu neznal. Připomeňme, že kontinentální vědci se s ní mohli seznámit až po roce 1845, když ji nechal, jak již bylo uvedeno, William Thomson znovu otisknout. Přesto byla příbuznost vyjadřování Gausse a Greena tak blízká, že tam, kde Green zvolil pro řešení Laplaceovy diferenciální rovnice výraz potenciální funkce, použil Gauss téměř totožný výraz, tedy potenciál. Dvě úzce související identity, které spojují křivkové a plošné integrály, jsou označovány vzorec Greenův i vzorec Gaussův. V této souvislosti je třeba připomenout práci ruského matematika Michaila Vasiljeviče Ostrogradského (1801–1862), jenž ve své práci z roku 1834 tento problém z teorie matematiky řešil a jehož jméno je s uvedeným vzorcem i často spojováno.

(pokračování)