Novákoviny

stránky publicisty Jana A. Nováka

André-Marie Ampere: Muž, který naučil elektřinu pracovat

ampere1Kdyby z nějakého důvodu ze světa zmizela elektřina, vrátilo by to civilizaci o pěknou řádku staletí nazpět. V současnosti každý větší výpadek elektrického proudu znamená kolaps - není světlo, teplo, doprava, zkazí se potraviny, přestanou fungovat spoje a počítače. Jedním z mužů, kterým vděčíme za možnost využívat tuto po všech stránkách nejvýhodnější formu energie, je francouzský fyzik André-Marie Ampere. Lidstvo se mu za to odvděčilo tím, že jeho jménem nazvalo jednotku elektrického proudu.

 

 

Dnes to vypadá téměř nepředstavitelně, ale je to tak: po dlouhá tisíciletí se lidská civilizace dokázala obejít bez elektřiny. Zdaleka však není pravda, že by o ní lidé po celou tu dobu nevěděli. Nejenom proto, že se museli nějak vypořádat s existencí blesku, což obvykle řešili odkazem na rozzlobená božstva. Ledacos nasvědčuje tomu, že už na úsvitu psaných dějin tu byli jednotlivci nebo skupiny vzdělaných lidí, kteří se o tuto podivuhodnou sílu intenzívně zajímali.

Elektřina je jedním z těch převratných vynálezů, za které nevděčíme jednotlivci, ale celé štafetě lidí, kteří si po dlouhé věky své poznatky předávali a přidávali k nim něco ze svého. Ampére stojí takřka až na samém konci této štafety, zatímco její počátek se ztrácí v nedohledné minulosti.

 

Elektrikáři starověku

Už staří Egypťané museli mít o vlastnostech elektřiny jakési povědomí, protože stavěli plně funkční hromosvody. V okolí některých chrámů vztyčovali vysoké dřevěné sloupy, které měly měděné pozlacené špice vodivě spojené se zemí, takže se od moderního hromosvodu v ničem nelišily. Stejné znalosti ale nejspíš měli i jinde. Indové a Etruskové například chránili některé stavby kovovými tyčemi vetknutými do země. Čínané místo kovových tyčí používali bambusové hroty - zahrocený předmět má opravdu schopnost "odsávat" elektrický náboj i přesto, že není z vodivého materiálu. Není vyloučeno, že funkci ochrany proti bleskům plnily také kovové ozdoby na střeše Šalamounova chrámu v Jeruzalémě.

ampere2

 

 

obr.: Elektřinu znal už starověk - na obrázku galvanický článek pocházející z doby okolo začátku našeho letopočtu nalezený nedaleko Bagdádu.

 

 

 

Blesk není jediný projev elektřiny, s níž přicházeli dávní lidé do styku. Zajímavé projevy elektrických sil vykazují i některé nerosty. Jedním z nich je drahokam turmalín (složitá sloučenina hliníku, boru, křemíku, železa a dalších prvků), jehož krystaly se při stlačení nebo při zahřátí nabíjejí elektricky tak, že jejich konce získají opačnou polaritu (tzv. pyroelektřina a piezoelektřina). Jde o stejný jev, jaký je v piezoelektrických zapalovačích využíván k vytvoření jiskry, která zapálí plyn.

Tyto vlastnosti, které způsobuje zvláštní nesouměrné uspořádání klencových krystalů turmalínu, využívali už mágové dávných kultur východu, zejména na Srí Lance. Drahokam jim dokonce vděčí za své jméno: "turmali" znamená v sinhálštině "kámen, který přitahuje popel". Zahřátý turmalín totiž přitahoval popel z ohnišť, což vzbuzovalo údiv nezasvěcených domorodých diváků a v důsledku toho i výhody pro mága. Člověk, který umí taková kouzla, nepochybně svede i jinší věci a je lépe mu ve všem vyhovět...

Nejzajímavějším příkladem pozoruhodných znalostí starých civilizací o elektřině je tzv. bagdádský článek. Když se v roce 1936 pracovalo nedaleko Bagdádu na výstavbě železniční tratě, objevili dělníci starověký hrob. Přivolaní odborníci přiřadili předměty uvnitř Parthům, kteří zde žili přibližně od druhého století před naším letopočtem až do třetího století našeho letopočtu. Vedle běžné pohřební výbavy tu byl i jeden předmět, s nímž si archeologové dlouho nevěděli rady: nenápadnou keramickou nádobku, do jejíhož hrdla byl zapuštěn měděný váleček utěsněný asfaltem. Tímto válečkem ještě procházela železná tyčinka.

Německý archeolog Wilhelm König nádobku identifikoval jako primitivní elektrický článek. Vyrobil si kopii a prostor mezi měděným válečkem a železnou tyčkou naplnil zředěnou kyselinou. Mezi oběma kovovými díly skutečně vzniklo nezanedbatelné napětí. Později američtí vědci podnikli další pokusy s replikami iráckých článků, které plnili pětiprocentním roztokem kyseliny citrónové nebo vinné. Zařízení přitom dodávalo napětí půl voltu po dobu 18 dnů. Dnes se předpokládá, že článek sloužil ke galvanickému pokovování. Ve starověku patrně šlo o poměrně rozšířenou technologii, protože takto pozlacených předmětů bylo nalezeno poměrně velké množství a nejstarší z nich pocházely z doby až 2000 let př. n. l.

- - - - - - - - - - - - -

UPOZORNĚNÍ:

Víc o znalostech elektřiny ve starých civilizacích a dalších podivných vynálezech starověku najdete v knize Záhadné vynálezy

- - - - - - - - - - - - - 

Starověku také vděčíme za slovo elektřina. Údajně vzniklo ze slova "elektrón", jímž Řekové označovali jantar. Ten se při tření kusem látky nabíjel statickou elektřinou a přitahoval lehké předměty, což prý vzbudilo zájem antických filosofů. V učebnicové pravdě se však skrývá malá záludnost. Jantaru v řeckém světě nebylo mnoho, protože pocházel až od vzdáleného Baltského moře. Většina Řeků pojem "elektrón" používala spíš pro slitinu zlata a stříbra. Ta ale žádné elektrostatické jevy vyvolávat nemohla - zato by však byla vynikajícím vodičem "obyčejného" elektrického proudu. Možná by stálo za to podrobit antické texty týkající se elektřiny novému kritickému překladu...

 

Podíl žab na poznávání elektřiny

Nástup křesťanství způsobil, že dávné znalosti byly zapomenuty a nové k nim dlouho nepřibývaly. V případě elektřiny to trvalo nejen po celý středověk, ale i první staletí novověku. Teprve v druhé polovině 17. století se Gottfried Willhelm Leibniz inspirovaný magdeburským starostou Otto von Guerickem věnoval pokusům se sirnou koulí, kterou používal jako kondenzátor statické elektřiny získané třením. Roku 1729 zjistil Stephen Gray, že takto získanou elektřinu lze vést pomocí vlhkých konopných vláken. V polovině 18. století sestrojil Pietter van Musschenbroek z města Leiden tzv. leydenskou láhev - účinný kondenzátor, v němž šlo "skladovat" statickou elektřinu. Pokusy s tímto zařízením se tehdy staly v odborném světě módou - a poznávání elektřiny se začalo rychle hýbat dopředu.

ampere4

 

 

obr: Galvaniho pokusy se žabími svaly na dobové kresbě. Později se ukázalo, že žába nehraje při vzniku elektrického proudu žádnou roli, ale má úlohu indikátoru jeho přítomnosti

 

 

 

Pro další pokrok směrem k prakticky využitelné energii ale bylo nutné se oprostit od statické elektřiny (tedy elektřiny s extrémně vysokým napětím a zanedbatelným proudem), která je jen zvláštním případem mnohem obecnějšího a lépe využitelného jevu. K tomu bylo nezbytné dospět tam, kde už nejméně jednou byl starověk: mít stabilní zdroj dlouhodobého elektrického proudu o nepříliš vysokém napětí.

První krok tímto směrem patrně učinil Ital Luigi Galvani, když zkoumal vliv elektřiny na žabí stehýnka. Všiml si, že při dotyku kovového předmětu sebou svaly nebohého obojživelníka škubnou. Začal se zajímavým jevem blíže zabývat a v roce 1786 o tom uveřejnil vědeckou práci, která v odborném světě vzbudila značný zájem.

Pokusy s Galvaniho "animální" elektřinou zaplatily životem dlouhé šiky žab, teprve další Ital, Alessandro Volta, však přišel na to, že s nešťastnými zvířaty nemá zjištěný jev nic společného. Pokusy dokázal, že elektřina nevzniká ve svalu, ale díky tomu, že ten ležel na desce z jednoho kovu a laborant se jej dotýkal hrotem z jiného kovu.

Jinak řečeno: elektrický proud vzniká na styku dvou různých kovů ve vlhkém kyselém prostředí a žabí sval při tom fungoval pouze jako svérázný měřící přístroj.

ampere3

 

 

obr:  Alessandro Volta předvádí svůj elektrický sloup Napoleonovi

 

 

 

 

Alessandro Volta pak začal prověřovat všechny dostupné kovy z hlediska jejich schopnosti vytvářet dvojice produkující proud. Výsledkem bylo sestavení vzestupné řady kovů podle velikosti vznikajícího napětí. Později tuto řadu ještě doplnil o grafit a některé slitiny kovů. Nejen žabí rod jistě Voltovi přičte k dobru, že ke zjišťování napětí nepoužíval končetiny zvířat, ale vlastního jazyka.

Hraní s kovy nebylo samoúčelné; italský fyzik na jeho základě roku 1800 sestrojil tzv. Voltův sloup, což byla vlastně první prakticky použitelná elektrická baterie. Šlo o válec sestavený ze za sebou seřazených dvojic stříbrných a zinkových plíšků ponořených do kyseliny solné. Později bylo stříbro nahrazeno grafitem.

Voltův sloup se brzy stal nezbytnou součástí fyzikálních laboratoří po celém tehdejším civilizovaném světě; badatelé zkoušeli, co všechno nová síla dovede. A bylo toho hodně: Ital Lodovico Gasparo znovuobjevil metodu galvanického pokovení, Angličan Hymphry Davy elektřinu roku 1808 přinutil svítit, Jacob Berzelius zjistil, že rozkládá sloučeniny (elektrolýza).

Jako obzvlášť zajímavá se jevila skutečnost, že elektrický proud vychyluje střelku kompasu, což roku 1820 zjistil Dán Hans Christian Oersted. Poprvé se objevila možnost, že elektřina by mohla vykonávat fyzickou práci. A právě v tomto okamžiku se do zkoumání elektřiny zapojil André Marie Ampere.

 

Ve stínu gilotiny

Ampere se narodil 22. ledna 1775 v Lyonu, kde byl jeho otec Jean-Jacques úspěšným obchodníkem. Rodina sídlila ve vile v blízkém Polimieux a zde také budoucí učenec strávil dětství. Nečekaně brzy ale opustil dětské hry a začal se zajímat o věci, které u jeho vrstevníků obvykle budí spíš hrůzu: o matematiku, fyziku a jazyky.

ampere5

 

 

 

obr: "Nemá dobré způsoby, je nemotorný a bojácný," soudila o mladém Amperovi jeho budoucí žena

 

 

 

Prostředí, do něhož se narodil, mu přálo - měl k dispozici bohatou rodinnou knihovnu a především podporu otce, který mu opatřoval další literaturu a intenzívně se jeho vzděláváním zabýval. V roce 1782 dokonce přenesl většinu svých obchodních aktivit do Polimieux, aby se mohl lépe věnovat výuce syna.

Ve svých pamětech (kde o sobě mluví ve třetí osobě) o tom Ampere starší napsal: "Jeho otec, který sám neměl příležitost se příliš zabývat francouzskou a latinskou literaturou, ani mnohými odvětvími vědy, vzdělával svého syna na venkově blízko města, ve kterém se narodil. Nikdy jej do žádného studia nenutil, ale věděl, jak jej inspirovat k tomu, aby si sám přál vědomosti získávat. Ještě dříve než byl mladý Ampere schopen číst, bylo jeho největším potěšením naslouchat pasážím z Buffonovy Historie přírody..."

Šťastná kombinace mimořádného nadání a citlivého otcova vedení nemohla nepřinést plody. Ampere už jako dítě encyklopedie nejen četl, ale dokázal si jejich obsah vtisknout do paměti tak, že z nich celý život mohl nazpaměť citovat dlouhé pasáže. Patrně díky tomuto způsobu vzdělávání také záhy získal pozoruhodný smysl pro klasifikaci a třídění všeho - od oblázků na pláži až po vědecké problémy.

Uvádí se, že už ve 12 letech měl nastudovanou většinu základních matematických děl své doby, ovládal latinu a řadu dalších jazyků a - zcela bez kontaktu s ostatními vědci - začal řešit některé matematické problémy. Když mu bylo 13, poslal Lyonské Akademii svou první odbornou práci; týkala se problémů sestrojování přímek o stejné délce jako určené části kružnice. Nevynechal ani fyziku: v té době studoval zejména práce Eulerovy a Bernoulliho.

Idyla dětství však měla brzy vzít za své obzvlášť krutým způsobem: schylovalo se k revoluci, kterou mnozí nazývají Velká francouzská..."

Zpočátku se dramata v Paříži Lyonu příliš nedotkly. Otec nadaného chlapce si zadělal na problémy až koncem roku 1791, když přijal významný post v orgánech místní správy. O rok později se město odmítlo podřídit příkazům z Paříže a bylo po dva měsíce obléháno jakobínskými oddíly. Hned po dobytí byl Jean-Jacques Ampere uvězněn a krátce po té (roku 1793) skončil pod gilotinou. Ještě předtím z vězení své ženě napsal: "Přeji si, aby moje smrt vedla k usmíření všech. Odpouštím všem, kteří z ní budou mít radost, i těm, kdo ji zavinili, i těm, kdo k ní dali rozkaz..."

Na mladého Ampéra měla smrt otce zdrcující dopad. Zanechal studií a upadl do letargie. Po dlouhé měsíce se údajně zabýval pouze dělením hromádek písku na stále menší a menší části.

Z chorobné netečnosti ho patrně vytrhlo až setkání s jeho budoucí ženou Julií. Přestože se v její pozůstalosti z té doby zachovaly dopisy, v nichž se o nadaném vědci vyjadřuje dost nelichotivě ("Nemá dobré způsoby, je nemotorný a bojácný..."), v roce 1797 byla svatba. O rok později přišel na svět syn Jean-Jacques, který se v dospělosti stal významným historikem a filologem. Manželka Julie však v roce 1803 zemřela. V roce 1806 se Ampere znovu oženil a narodila se mu dcera Albine. Manželství však brzy zkrachovalo a ani jeho vztahy s dětmi nebyly dobré. O to více angažoval ve vědě.

Newton elektřiny

Záběr jeho zájmů byl neobyčejně široký - a to i na dobu, kdy úzká specializace ještě zdaleka nepatřila k běžnému vědeckému standardu. Kromě fyziky, v níž se proslavil nejvíce, se věnoval také matematice, chemii a dokonce i metafyzice. Pro další vývoj vědy a techniky však měly největší význam jeho práce o elektřině a magnetismu, z nichž většina pochází až z období po roce 1820. Do té doby patřil hlavní Ampérův zájem matematice - věnoval se například teorií her. Z fyziky se ve své "předelektrické" éře zabýval především teorií světla: věřil v jeho vlnovou povahu i navzdory tomu, že přední fyzikové té doby prosazovali myšlenku částicové povahy světla. Stal se v mnoha ohledech předchůdcem Jamese Maxwella, který později vytvořil elektromagnetickou teorii světla.

AMPERE6 2

 

 

obr:  Ampere ve středních letech: génius na vrcholu duševní síly

 

 

 

K zájmu o elektřinu a magnetismus Ampéra zřejmě inspirovalo až zveřejnění zprávy o již zmíněných Oerstedových pokusech ve francouzské Akademii, k němuž došlo 4. září 1820. Již o několik týdnů později v téže Akademii předvedl řadu vlastních experimentů demonstrujících vztah mezi elektrickým proudem a magnetismem a ještě téhož roku zveřejnil také práci, která tyto jevy matematicky popisovala a vysvětlovala. Dokumentuje to nejen jeho nevídanou schopnost rychle se orientovat v prakticky zcela novém problému, ale také mimořádné pracovní nasazení.

Ampére Oerstedovy pokusy značně rozšířil. Zjistil například, že proud procházející vodičem nevychyluje jen střelku kompasu, ale i blízký volně zavěšený vodič, jímž rovněž prochází proud. Navrhl elektromagnet (přesněji řečeno, předpověděl, že cívka, jíž prochází proud, zmagnetizuje železné předměty umístěné v jejím otvoru), navrhl měření elektrického proudu pomocí kompasu omotaného cívkou a napadlo jej, že by bylo možné tohoto principu využít také pro konstrukci telegrafu.

Nejvýznamnější Ampérova publikace o elektřině a magnetismu vyšla roku 1826 a jmenovala se Pojednání o matematické teorii elektrodynamického fenoménu.

Význam Ampérovy práce spočívá především v tom, že odhalil shodu mezi magnetismem a silovými účinky elektrického proudu, tedy vlastně mezi působením permanentního magnetu a elektromagnetu. Matematicky formuloval vztah mezi protékajícím proudem a magnetickou silou působící mezi přímými rovnoběžnými vodiči. Vyslovil také teorii o podstatě magnetismu a zemského magnetismu. Jeho současníci mu dali přízvisko "Newton elektřiny" a nejspíš to nebylo příliš nadsazené.

Za to, že Ampérovo jméno je dodnes známé nejen odborníkům a učitelům, ale i nejširší veřejnosti, vděčí velký fyzik především tomu, že definoval jednotku toku elektrického proudu. Ta byla později pojmenována po něm a neobejde se bez ní žádný výrobní štítek ani popis jakéhokoliv elektrického spotřebiče. Proto i naprostý elektrotechnický laik dnes nejspíš ví, že kdysi žil jakýsi pan "Ampér" a zabýval se elektřinou.

Současnost však Ampérovi vděčí za mnohem víc. Právě z jeho prací vycházel Michael Faraday, když se zabýval elektromagnetismem a elektromagnetickou indukcí. Faradayovy objevy pak už přímo vedly k vynálezům elektromotoru, dynama, transformátoru a dalších elektrických zařízení, bez kterých by byla moderní civilizace nemožná.

Už během života se Ampérovi pocty, tituly a významná místa nijak nevyhýbaly - a vůbec nevadilo, že byl v podstatě samoukem, který neabsolvoval žádnou významnou školu. V osobním životě ovšem mnoho štěstí neměl. Stáří si ještě "zpestřil" tím, že u sebe nechal bydlet dceru z nevydařeného druhého manželství, jejíž muž (bývalý Napoleonův důstojník) byl notorický alkoholik, takže v jejich bytě občas zasahovala i policie. Podle dobových svědectví byl konfliktní také jeho vztah se synem z prvního manželství - oba muži byli zřejmě dost temperamentní a při prosazování svých názorů si nebrali servítky. André Marie Ampere zemřel 10. června 1836 v Marseilles.

 

Jan Novák

 

Komentáře   

0 #1 Pavel 2015-02-11 17:11
Skvělý článek. Takový jsem už dlouho hledal. Díky.
Citovat

Přidat komentář


Bezpečnostní kód
Obnovit

Ze stejného soudku

 
Joomla Training from JoomlaShack