Elektřina a magnetismus

část první

Dnes jsou tyto názvy nejrozšířenějšími pojmy v elektrotechnice a elektronice a nejen tam. Rozhlédněme se okolo sebe. Takřka vše je řízeno, ovládáno a napájeno elektřinou. Ruku v ruce s ní jde magnetismus. A aby ne, prochází-li vodičem proud, vzniká v jeho okolí magnetické pole. Odkud že elektřinu získáváme? Právě že indukcí z magnetického pole. Ale ne! Indukcí se elektřina sice opravdu vyrábí, jenže jako primární zdroj energie slouží uhlí, atomová energie, nebo síla vody padající z výšky přehrad na lopatková kola, která roztáčí rotory elektrických generátorů. Průmyslová doba sebou nese potřebu ohromných dodávek elektrické energie a zdroje, ty primární, jedou již jaksi na doraz. Prostě a jednoduše docházejí. A až energetické zdroje budou vyčerpány úplně? Co pak? Těžko si to představit, ale volit můžeme ze dvou možností:

Za prvé – spotřebujeme všechny zásoby paliv a nebude čím “živit” elektrárny, velká část lidstva zahyne, jednoduše proto, že v zimě umrzne, další část zemře hlady (a další část se vzájemně umlátí o malý kbelík uhlí). To je vize budoucnosti nezáviděníhodná, bohužel však pravděpodobná. Hybnou silou lidstva je energie, bez ní nebude fungovat nic.

Za druhé – urychleně vynajdeme a aplikujeme nové zdroje energie. Zájem by se měl soustředit na získávání volné energie, ať již využitím statické elektřiny, magnetických polí a pod. Rovněž rezonanční metody rozkládající vodu na vydatné palivo spotřebovávají jen zlomek energie, která je jinak nutná k rozkladu vody při elektrolýze. Konkrétních cest vedoucích k levné a obecně dostupné energii je mnoho. Mnohé indicie ukazují, že některé z těchto cest již byly nalezeny. Dobře si pamatujme ty, které již jsou zakresleny do map energetiky a hledejme další, které zatím jsou jen bílými místy na těchto mapách. Bez energie lidstvo nepřežije.

 

Hezky od samého začátku, aneb kterak lidstvo k elektřině přišlo...

Thales Míletský (625-545), řecký filozof, byl první, kdo zjistil existenci statické elektřiny- třením se jantar nabíjel statickou elektřinou a přitahoval drobounké předměty. Tak byla na světě první výroba elektřiny. Thales však znal i magnetismus, neboť si údajně rád hrával s magnetovcem. Tento přírodní magnet samozřejmě přitahuje železné předměty. Na hry Thalese se na dlouhou dobu zapomnělo. Až v roce 1600 si na ně vzpomenul jistý pán Gillbert. A protože se jantar řekne řecky elektron, zavedl pojem “elektřina”. O něco později se elektřiny “chytil” magdeburský starosta Otto von Guericke a sestrojil první přístroj na získávání statické elektřiny. Říkalo se tomu třecí elektrika. Na tyto experimenty navázal S. Gray, který dokázal vést elektřinu na stovky metrů daleko a přišel na to, že existují vodiče a izolanty. V letech 1752-1754 ohlásil svůj vynález bleskosvodu Prokop Diviš, který se zajímal o atmosférickou elektřinu. O sto let později se na “elektrické scéně” objevuje Alessandro Volta a poté co zdokonalil kondenzátor konstruuje první baterii, tzv. Voltův sloup. Jako elektrod použil zinkový a měděný plech, elektrolytem byla kyselina sírová. Voltův sloup se ujal. Brzy se začal používat a další vynálezy nenechaly na sebe dlouho čekat. V roce 1800 byla elektrolýzou rozložena voda, v roce 1802 se rozhořel první elektrický oblouk a v r. 1803 H. Davy pomocí elektrolýzy objevuje alkalické kovy. No a roku 1812 P. L. Šilling používá elektrického proudu k rozněcování min. Dán Oersted přišel v roce 1820 na to, že elektrický proud vychyluje střelku kompasu. Tak byla udána souvislost mezi el. proudem a magnetismem. Téhož roku spatřila světlo světa první žárovka. Postaral se o to pan de la Rue, který rozžhavoval el. proudem platinový drát. A do třetice, téhož roku, vynalézá Michel Faraday první elektromotor. O pět let později vynašel W. Sturgeon elektromagnet. Pak se začínají objevovat takoví vědci jako např. A. M. Ampére, A. G. Bell, Ohm, Hertz, Tesla. Poslední jmenovaný, Nikola Tesla objevil nejen točivé magnetické pole a vícefázové střídavé proudy, ale i transformátory, vysokofrekvenční generátory, vysílače, anténu, přišel s nápadem využití zářivých energií a vynašel mnoho dalších věcí. Teslova snaha nebyla dodnes oceněna v plné míře. Tesla usiloval o konstrukci přístroje, který by zásobil celý svět levnou energií, která by byla dostupná všude a všem. Tesla byl i pilný praktik a údajně zkonstruoval automobil poháněný volnou energií. Bohužel však je většina teslových prací odsouzena k zapomnění. Pro energetická lobby představují takové práce smrtelné nebezpečí. Pro lidstvo pak úplně opačně – smrtelné nebezpečí představuje ukrytí a zatracení takovýchto prací, které se zabývají volnými energiemi. Tak jsme se dostali do věku, kdy je elektřina symbolem lidstva, ale nedokážeme ji získávat jinak než pálením fosilních paliv. Nedokážeme? Od dob Tesly až do dnes platí více “nesmíme”, než nedokážeme. Čas však kvapí a pokud nebudeme smět dnes, zítra již může být pozdě. Každý z nás, co by suverénní a hrdý představitel lidstva, může přispět k odhalení tajů volných energií a napomoci tím naši civilizaci změnit kurz, který se stáčí směrem k záhubě. Silná slova? Ano, ale on i Thales neměl více než kus jantaru a cár tkaniny, kterou tuto zkamenělou pryskyřici třel. Nesmíme se bát experimentu! To je vše. A ona silná slova? Ty by měly být chápány jako důležitý apel pro všechny myslící tvory. Pro zkoumání a pochopení čehokoliv jsou důležité alespoň nutné základy a alespoň v podobě v jaké je dnes známe.

 

Statická elektřina

Třeme-li ebonitovou tyč liščím ohonem vzniká elektřina... Tak v této podobě je to asi nejrozšířenější. Ale zároveň poněkud zavádějící! Vůbec není potřeba ebonitu (k nakřápnutí tvrdá, sírou vyvulkanizovaná pryž) ani liščí srsti. Třením plastů některým vhodným materiálem, byť třeba i srstí vzniká na povrchu plastu záporný náboj. Třeme-li sklo bavlnou, nebo kůží vzniká na jeho povrchu kladný náboj. V hodinách fyziky se můžeme dozvědět, jak k tomu dochází. Vysvětlení je prosté. Při tření ebonitu, nebo plastu se elektrony ze srsti nanášejí na povrch plastu a tím poruší jeho neutrální stav. Elektronů je přebytek a proto je náboj třeného tělesa záporný. Při tření skla se naopak elektrony z jeho povrchu “stírají” pryč, takže začne převažovat kladný náboj, daný kladnou povahou atomového jádra. Dva souhlasné náboje se vzájemně odpuzují, čehož se využívá v lístkových elektroskopech (obr.1). Elektroskop je detektor statické elektřiny. Pracuje velice jednoduše. Dva lístky uvnitř elektroskopu se rozestoupí vlivem odpudivých sil, jestliže na ně přivedeme el. náboj (obr.2). Podle úhlu rozevření můžeme odhadovat i velikost náboje. Pokud se elektroskop vybaví stupnicí, tak aby bylo možno odečítat hodnoty náboje pak se jedná o tzv. elektrometr.

 

 

obr.1                                              obr.2

 

Dva souhlasné náboje se vlivem interakce odpuzují. Dva rozdílné náboje se přitahují. Působí na sebe vzájemně přitažlivými silami.

 

Obr.3                                    Obr.4

Obr.3 ukazuje vzájemné silové, přitažlivé působení dvou rozdílných nábojů.            Obr.4 znázorňuje elektronickou verzi elektroskopu.

 

Obrázek atomů ukazuje jak atom vypadá uvnitř. A je lhostejno, zda se jedná o atom vodíku, nebo o něco složitější atom helia. Podobně vypadají všechny atomy, čím těžší prvek, tím více má v jádře protonů a neutronů a ve svém obalu i více elektronů.

Samotný elektrický náboj jediného elektronu, nebo protonu označujeme jako elementární náboj. (Neutrony jsou neutrální, bez náboje.) Jednotkou náboje je coulomb (C). Jelikož je nejmenší možný náboj daný právě elementárním nábojem e, platí: e = 1,602 . 10-19 C tento náboj je nejmenší možný a menší již nemůže existovat. Každý větší el.náboj je násobkem tohoto elementárního náboje.

 

obr.5                                              obr.6

Tyto samotné základy elektrostatiky se jeví jako nesmírně důležité pro následující výzkumy, neboť toto místo se může v budoucnu stát podkladem pro alternativní fyziku, fyziku budoucnosti. Ač jsme ve věku elektřiny, elektrotechniky a elektroniky, stále neumíme uspokojivě definovat elektrický náboj! Jeho definice je v podstatě opřena o pouhý výčet jeho vlastností!

Vlastnosti el. náboje

Výše zmíněné použití elektroskopů vychází z jedné základní vlastnosti náboje. Jde o síly odpudivé a síly přitažlivé. Přitažlivé síly jsou znázorněny na obr. 5. Komu nestačí obrázek, ten se může o vzájemném působení nábojů přesvědčit pokusem. Na vrcholech dvou stojánků jsou volně zavěšeny tenké papírové proužky. V klidu, tedy bez el. náboje proužky volně visí dolů. Po přivedení nábojů se vlivem přitažlivých sil zformují do tvaru siločar, tak jak je patrné z obr.6.

V dalším pokračování si povíme něco více o základech elektrostatiky a perspektivách statické elektřiny; a povíme si – věřte-nevěřte – něco o podobnostech elektrostatiky s gravitací!

 

-pokračování-

text a obr. R.C. Flerius