VELCÍ TEORETICI

Než se vydáme za řešením právě naznačeného úkolu, zastavme se ještě na chvíli u několika velkých jmen. Každé z nich znamená krok vpřed. Mezi daty jejich narození leží sto let - sto let, ve kterých se zrodilo lidské poznání elektřiny.

Charles Auguste
de Coulomb

První, kdo z elektřiny, dosud zábavné hračky, učinil objekt hodný vědeckého bádání, byl francouzský vojenský inženýr Charles Auguste de Coulomb (1736 -  1806). Byl specialistou na vojenské stavby, ale vlastním založením především vědec. Skvělé výsledky v oboru navigačních zařízení ho dovedly až na místo člena francouzské Akademie. Tady ho čekalo 13 let plodné práce, ve kterých objevil některé základní zákony nové vědy o elektřině. Zákony, které se učíme dodnes. V té době také sestrojil torzní váhy pro měření extrémně malých sil, které se stále používají jako součást četných měřicích přístrojů. V době revoluce se Coulomb uchýlil do ústraní a k vědecké práci se vrátil zase až po nástupu Napoleona k moci. Na jeho výsledcích stavěl později Ampére.

Jean Baptiste Biot

K dnes už méně známým vědcům patří ve své době poctami zahrnovaný francouzský matematik a fyzik Jean Baptiste Biot ( 1774 -1868). Jeho vědecký rozmach byl velmi široký. Jako jeden z prvých zkoumal vědecky meteority. Spolu s Gay-Lussacem vystoupil roku l804 balonem až do výšky 7 kilometrů a konal tam vědecká pozorování. Studoval také podstatu světla. Pro nás jsou nejzajímavější jeho pokusy s magnetickým polem vytvořeným okolo vodiče elektrického proudu.

Karl Friedrich Gauss ( 1777 -1855), německý astronom, fyzik a geodet, byl ve své době nazýván knížetem matematiků. Mimořádným počtářským nadáním na sebe upozornil už jako "zázračné" dítě.

Karl Friedrich Gauss

Se svým univerzitním kolegou W. Webrem sestrojil elektromagnetický telegraf. Stál také u zrodu první vědecké soustavy fyzikálních jednotek, což je pro moderní vědu zcela nepostradatelný předpoklad.

Jméno dalšího vědce naší galerie určitě znáte. Je totiž autorem nejzákladnějšího "elektrického" zákona. Georg Simon Ohm (1787 - 1854) neprožil šťastný život. Narodil se v rodině zámečnického mistra v městečku Erlangen v Německu.

Georg Simon Ohm

Brzy mu zemřela matka, ale otec se o něj velmi dobře staral sám - dokonce studoval matematiku a fyziku, aby mohl synovi pomáhat v odhalování jejich tajů. Při studiích však Ohm stále narážel na nedostatek finančních prostředků. To trvalo i nadále, v době, kdy se sám stal středoškolským profesorem. Nikdy se nemohl plně věnovat vědecké práci. Navíc bylo jeho pravidlo (dnes známý Ohmův zákon) po zveřejnění tvrdě odmítnuto. Teprve roku 1841 se mu dostalo prvního ocenění, obdržel vyznamenání od londýnské Královské společnosti. Roku 1849 byl povolán jako profesor na mnichovskou univerzitu - splnilo se tak jeho celoživotní přání, ale to mu už bylo 62 let a tak se z dosaženého cíle dlouho netěšil.

Joseph Henry

První z amerických fyziků, o kterém si budeme vyprávět, nepatří vlastně ani úplně mezi teoretiky. Vědecká síla Josepha Henryho (1797 - 1878) spočívala především v experimentu. Hlavním oborem jeho dráhy plné poct a vědeckých uznání byl elektromagnetismus. Připisuje se mu i objev vzájemné indukce (nezávisle na M. Faradayovi), patřil k průkopníkům telegrafu. Přednášel na slavné Princetownské univerzitě, svou kariéru završil jako prezident Národní akademie věd ve Washingtonu.
Již dvakrát jsme se zmínili o telegrafu. Dnes, v době telekomunikačních satelitů, faxů a podobných vymožeností, nám telegraf připadá jako historická kuriozita. Ale ještě pro naše pradědečky nebo dědečky představoval zázrak rychlosti a technické dokonalosti.

Wilhelm Eduard Weber

Jedním z otců elektromagnetického telegrafu byl i kolega C. F. Gausse, německý vědec Wilhelm Eduard Weber (1804 - 1891). Profesorem fyziky se stal již v pouhých 27 letech. Kromě telegrafu vytvořil i dodnes platnou soustavu elektrických měr. Uznání si však vydobyl nejen vědeckými úspěchy, ale i občanskou statečností. Patřil k hrstce vědců, která se postavila proti svévolnému zrušení ústavy králem. Pět let pak neměl přístup na univerzitu, ale nátlaku nepodlehl.

Skutečným teoretikem byl skotský fyzik James Clerk Maxwell (1831 -1879). Jeho životním dílem je Dynamická teorie elektromagnetického pole, proslulá dokonalou matematickou formulací.

James Clerk Maxwell

Albert Einstein o ní prohlásil, že byla nejúchvatnějším předmětem v době jeho studia. Jiný nositel Nobelovy ceny, Max von Laue, ji nazval uměleckým dílem budícím nadšení. Není na místě o tom pochybovat, ale je zřejmé, že bádání v oboru elektřiny a magnetismu se právě v díle tohoto vědce dostalo už do sfér otevřených jen vyvoleným.

Na Maxwellovo teoretické dílo geniálně navázal německý fyzik Heinrich Hertz (1857 - 1894), asistent známého vědce H. Helmholtze.

Heinrich Hertz

V době, kdy působil jako profesor techniky v Karlsruhe, experimentálně potvrdil existenci elektromagnetických vln, které Maxwell předpověděl a matematicky popsal. Hertz také dokázal, že i světlo je v podstatě elektromagnetické vlnění. A tak se i přesto, že mu nebylo dopřáno, aby své vědecké dílo dokončil, zapsal do dějin vědy o elektřině zlatým písmem.
Po této krátké exkurzi je však nejvyšší čas vrátit se do praktického života. Věda, jak již víme, stojí před úkolem přeměnit magnetismus na elektrický proud. Muže, který to dokáže, musíme vyhledat v Londýně.

 

"Přeměň magnetismus v elektřinu!"

Tato slova si někdy kolem roku 1822 zapsal do svého zápisníku mladý muž, který svou vědeckou dráhu začal umýváním laboratorních zkumavek. Začněme však od začátku.

Michael Faraday

Michael Faraday ( 1791 - 1867) pocházel ze zcela chudobné rodiny. Školou mu byla londýnská periférie. Aby uspokojil svou touhu po vzdělání, začal se učit knihařem a později se stal knihkupeckým příručím. To mu umožnilo hltat jednu knížku za druhou. V té době začal známý vědec H. Davy pořádat veřejné přednášky o přírodních vědách pro posluchače všech možných společenských vrstev. Brzy si povšiml nadšeného mladíka, který nechyběl na žádné z nich. A tak, když si onen mladík, a nebyl to nikdo jiný než Faraday, podal žádost o místo v laboratořích, bez rozpaků jej doporučil. Aby nedošlo k omylu - šlo o místo sluhy s povinností "po přednáškách uklízeti".
Davy měl šikovného mladíka v oblibě a všemožně jej podporoval, ale jídat musel mladý adept vědy v kuchyni se služebnictvem. Deset let u Davyho znamenalo, kromě běžné práce nejprve sluhy a později laboranta, i deset let úporného studia. Někdy v té době si zapsal i ta památná slova. To ještě netušil, že ho čeká dalších takřka deset let, než je bude moci uvést ve skutek.

Brzy začaly stroje na výrobu elektřiny vypadat velmi důstojně. Na obrázku je zařízení "elektrické stanice osvětlovací" v Paříži někdy na přelomu století.

Teprve koncem roku 1831 demonstroval Faraday na schůzi Královské londýnské společnosti svůj stroj na výrobu elektrického proudu. Jeho magnetoelektrický stroj představoval měděný kotouč o poloměru 15 cm, který se otáčel mezi dvěma póly trvalého magnetu. Elektrický proud byl odváděn z kotouče dvěma kovovými kartáčky. Díváme-li se na to dnešníma očima, zdá se nám, že nemohlo být nic jednoduššího. Skutečně, stačilo jen přijít na jedinou, ale geniální myšlenku - objevit magnetoelektrickou indukci. Pochopit, že elektrický proud nevzniká působením magnetického pole, ale jeho změnou. A právě na to přišel M. Faraday - po letech studia, tvrdé práce a tisíců pokusů.

Dynamo z počátku století.

První zdokonalené magnetoelektrické stroje pro praxi podle faradayova principu začal vyrábět pařížský mechanik Pixii. Nad dvěma cívkami se otáčel podkovovitý magnet a v cívkách se indukoval elektrický proud. Protože nad každou cívkou se střídaly jižní a severní pól magnetu, měnil indukovaný proud stále svůj směr -   vznikal střídavý proud. Otáčení nejtěžší části stroje trvalého magnetu bylo konstrukčně nevýhodné, a tak Pixii přešel brzy na opačné řešení. Okolo pevného magnetu nechal rotovat cívku.Takové řešení umožnil i Ampérův vynález sběrače proudu komutátoru. Jako úsměvnou ironii vědecké historie dnes chápeme skutečnost, že střídavý proud, vznikající v Pixiiho stroji, byl považován za neužitečný a neupotřebitelný, takže musel být usměrňován na stejnosměrný.

Bylo však třeba vyřešit ještě jeden problém. Po roce 1840 se stavěly už mohutné magnetoelektrické stroje vybavené spoustou magnetů a cívek. Poháněny parním strojem dodávaly energii pro obloukové lampy na osvětlování ulic, budov, lodí i majáků. Jejich výkon byl ale nestálý, protože trvalé magnety časem slábnou a ztrácejí magnetismus. Teprve když londýnský profesor fyziky Charles Wheatstone (1802 - 1875) přišel na nápad nahradit trvalé magnety elektromagnety, mohl nastat skutečný elektrický věk.