Faradayův objev elektrické indukce

Faraday, největší experimentátor v oblasti elektřiny a magnetismu 19. století a jeden z největších experimentálních fyziků všech dob, se deset let s přestávkami snažil dokázat, že magnet může indukovat elektřinu. V roce 1831 se mu to konečně podařilo pomocí dvou cívek drátu navinutých na opačných stranách prstence z měkkého železa (obrázek 7). První cívka byla připojena k baterii; když cívkou procházel proud, železný prstenec se zmagnetoval. Drát od druhé cívky byl prodloužen k metr vzdálené jehle kompasu, dostatečně daleko, aby na ni přímo nepůsobil proud v prvním obvodu. Po zapnutí prvního obvodu Faraday pozoroval chvilkové vychýlení kompasové ručičky a její okamžitý návrat do původní polohy. Když byl primární proud vypnut, došlo k podobnému vychýlení kompasové ručičky, ale v opačném směru. Na základě tohoto pozorování v dalších experimentech Faraday ukázal, že změny magnetického pole v okolí první cívky jsou zodpovědné za vyvolání proudu v druhé cívce. Dokázal také, že elektrický proud lze indukovat pohybem magnetu, zapínáním a vypínáním elektromagnetu, a dokonce i pohybem elektrického vodiče v magnetickém poli Země. Během několika měsíců Faraday sestrojil první, i když primitivní elektrický generátor.

Faradayův pokus s magnetickou indukcí

Obr. 7: Faradayův pokus s magnetickou indukcí. Při sepnutí spínače S v primárním obvodu protéká v sekundárním obvodu krátkodobý proud, který způsobí přechodnou výchylku ručičky kompasu M.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Henry objevil elektrickou indukci zcela nezávisle v roce 1830, ale své výsledky publikoval až poté, co obdržel zprávu o Faradayově práci z roku 1831, a ani tento objev nerozvinul tak plně jako Faraday. Ve svém článku z července 1832 Henry oznámil a správně interpretoval samoindukci. Vytvořil velké elektrické oblouky z dlouhého šroubovicového vodiče, když byl odpojen od baterie. Když obvod rozpojil, rychlý pokles proudu způsobil velké napětí mezi pólem baterie a vodičem. Když se vodič od baterie odtrhl, proud ještě krátkou dobu tekl v podobě jasného oblouku mezi svorkou baterie a vodičem.

Faradayovo myšlení bylo prostoupeno představou elektrických a magnetických siločar. Představoval si, že magnety, elektrické náboje a elektrické proudy vytvářejí siločáry. Když položil tenkou kartičku pokrytou železnými pilinami na magnet, viděl, jak piliny tvoří řetězce od jednoho konce magnetu ke druhému. Domníval se, že tyto čáry ukazují směry sil a že elektrické proudy budou mít stejné siločáry. Napětí, které vytvářejí, vysvětluje přitažlivost a odpudivost magnetů a elektrických nábojů. Faraday si magnetické křivky představoval již v roce 1831, když pracoval na svých indukčních pokusech; do svých poznámek si zapsal: „Magnetickými křivkami myslím čáry magnetických sil, které by byly znázorněny železnými pilinami“. Faraday se postavil proti převládající představě, že k indukci dochází „na dálku“; místo toho zastával názor, že k indukci dochází podél zakřivených siločar v důsledku působení přilehlých částic. Později vysvětlil, že elektřina a magnetismus se přenášejí prostředím, které je místem elektrických nebo magnetických „polí“, díky nimž jsou všechny látky do určité míry magnetické.

Faraday nebyl jediným badatelem, který položil základy syntézy mezi elektřinou, magnetismem a dalšími oblastmi fyziky. Na evropském kontinentu, především v Německu, vědci vytvářeli matematické souvislosti mezi elektřinou, magnetismem a optikou. Do tohoto období patří práce fyziků Franze Ernsta Neumanna, Wilhelma Eduarda Webera a H. F. E. Lenze. Ve stejné době Helmholtz a angličtí fyzikové William Thomson (později lord Kelvin) a James Prescott Joule objasňovali vztah mezi elektřinou a jinými formami energie. Joule ve 40. letech 19. století zkoumal kvantitativní vztah mezi elektrickým proudem a teplem a formuloval teorii tepelných účinků, které provázejí proudění elektřiny ve vodičích. Teorii vedení a šíření elektrických jevů ve vodičích rozšířili také Helmholtz, Thomson, Henry, Gustav Kirchhoff a sir George Gabriel Stokes. V roce 1856 Weber a jeho německý kolega Rudolf Kohlrausch určili poměr elektrických a magnetických jednotek a zjistili, že má stejné rozměry jako světlo a že se téměř přesně rovná jeho rychlosti. V roce 1857 využil Kirchhoff tohoto zjištění k tomu, aby prokázal, že elektrické poruchy se na vysoce vodivém vodiči šíří rychlostí světla.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.