Vlastnosti blesku

Vlastnosti blesku

...jaké je povahy blesk, to ti řeknou/ místa, kam sjel, a znamení vypálená žárem,/ stopy, z nichž síry se šíří omamný zápach;/...
Tento oheň, tak jemný jak ve světě žádný,/ stvořila příroda z prvků tak drobných a čilých,/ že pod sluncem naprosto nic jim nemůže čelit./ Neb silák blesk se prodere domovní stěnou/ jak slovo či zvuk a kovem i kamenem projde,/ bronz i zlato ti roztaví v mžiknutí oka,/ ba aniž rozbije džbán, dá vyvanout vínu/ naráz - a žádný div; jeho žár, sotva přijde,/ nádobě proděraví a rozředí boky/ všecky kol dokola lehko, a vtáhna se dovnitř,/ rozpustí víno v prvky a roznese rychle./ Za celý lidský věk by to nesvedlo slunce, / ačkoli žhne a sálá velikým vedrem;/ o tolik větší rychlost a moc mají blesky./...
Měj za to, že blesky se rodí z oblaků hustých/ a do výše nakupených; vždyť z jasného nebe/ a z mraků nepříliš tlustých se neblýská nikdy./
(Titus Lucretius Carus, O přírodě; 1. stol. př. Kr.)
William Rush (1756 - 1833): dřevěná busta Benjamina Franklina (asi 1800); Yale University Art Galery, N. Haven
Elektřina, považovaná ještě na počátku devatenáctého století jen za pozoruhodné fluidum hmoty, je dnes základní podmínkou pro využití většiny technických vymožeností. Tak samozřejmou, že pojmy ampér, coulomb, gauss, hertz, maxwell, oersted, ohm, siemens, tesla nebo volt už vůbec nevnímáme jako jména lidí, kteří měli obyčejné radosti i každodenní trápení.
Podle sto let staré Ottovy encyklopedie obecných vědomostí je elektřina zvláštní stav, do něhož lze hmotu za jistých podmínek uvésti; protože byl tento úkaz poprvé pozorován na jantaru (elektronu), nazval jej lékař královny Alžběty, učený dvořan William Gilbert (1544 - 1603) stavem elektrickým.
Brzy po roce 1600, kdy vyšel Gilbertův spis Nová fyzika o magnetech a zmagnetovaných tělesech a o velkém magnetu Zemi, začala být elektřina doslova módní záležitostí. Experimentovalo se na panovnických dvorech, šlechtických zámcích, klášterech, farách a pro zábavu prostého publika i při veřejných produkcích.

Jak přišla elektřina ke svému jménu

Staří Řekové neznali jenom zlato, stříbro, olovo, cín, měď a železo; za zvláštní kov považovali ještě élektron, přírodní slitinu zlata (80 - 75 %) a stříbra (20 - 25 %). Když se ji naučili vyrábět uměle, dělali z ní šperky a razili mince; maloasijští Iónové měli élektronové peníze už na sklonku 7. stol. př. Kr. Pro svou barevnou podobnost s élektronem dostala stejný název také zkamenělá pryskyřice předvěkých jehličnatých stromů - jantar. V naší době se slitina Au-Ag nazývá spíše elektrum, zatímco termín elektron je v hutnictví vyhrazen velmi lehkému konstrukčnímu materiálu z hořčíku, hliníku (3 - 10 %), zinku (do 3 %) a manganu (do 2 %).
Ve slavném díle Naturalis historia z druhé poloviny 1. století přesvědčuje Plinius své čtenáře, že élektron (jantar) souvisí se jménem Elektor, kterým prý Řekové nazývali boha slunce Hélia. Podle řecké mytologie měl Hélios dcery Héliovny a syna Faethónta. Ten ale o svém božském původu stále pochyboval; uvěřit byl ochoten jen za podmínky, že mu otec dovolí alespoň jeden den řídit čtyřspřežný sluneční vůz. Koně však nepravého pána poznali, splašili se, sjeli nízko k zemskému povrchu a způsobili na něm nesmírný zmatek; řeky vysychaly, lesy vzplály, Libye byla obrácena v poušť, Nil ukryl své prameny a bílá pleť mnohých národů ztmavla. Aby zabránil dalším pohromám, srazil Hélios syna bleskem do řeky Éridanu (italského Pádu).
"Daleko od vlasti jej, kdes v západních končinách světa,/ Éridan přijal v své proudy a omyl mu čadící ústa./ Hesperské vodní víly to tělo, trojklanným bleskem/ čadící, uloží v hrob a nápisem označí kámen/..." Sestry Faethúsa, Lampetié a Aiglé, které ho u Éridanu oplakávaly, byly proměněny na topoly a olše. Když to spatří matka Klymené, "jich těla chce z kořenů vyrvat,/ rukama otrhat větévky útlé, jež na dcerách pučí;/ z rány však po odtržení hned stékají krvavé kapky./" I když celá těla Hélioven zakryje kůra, "rány slzejí dále a na slunci tuhnou ty kapky,/ kanoucí z nových větví, hned v jantar. Řeka pak jasná přejímá je a posílá k ozdobě nevěstám římským." (Ovidius, Proměny)
Přestože je nejstarší zpráva o elektrických jevech připisována Thalétovi z Mílétu (6. stol. př. Kr.), měl ji i on už z druhé ruky. Prvenství patří řeckým přadlenám, které při navíjení příze na elektron (jantar) pozorovaly přitahování drobných lehkých tělísek (prachu, popela, papíru apod.). Další starověkou informací elektrické povahy je zmínka o rybách dávajících při doteku zvláštní ránu. Podle Plinia Staršího "rejnok umí na dálku ochromit paže a nohy". Podobné zkušenosti bylo prý možné získat i během setkání s určitým druhem úhoře.

Elektřina skelná a pryskyřičná

Pro vývoj vědy o elektřině měly největší význam ty pokusy Williama Gilberta, při nichž rozdělil látky na dvě skupiny: do jedné patří hmoty, které se třením zelektrizují (např. pryskyřice nebo sklo) a mohou pak k sobě přitahovat lehká tělíska, ve druhé skupině jsou všechny ostatní. Jako první z významných evropských přírodovědců využil Gilbertovy experimentální poznatky magdeburský purkmistr Otto von Guericke (1602 - 1686). Jeho rotující třecí elektrika (sírová koule třená suchou dlaní) se stala předchůdkyní příštích elektrických strojů. Z poloviny sedmnáctého století pocházejí také zprávy, že při pokusech s třecí elektrikou byla pozorována elektrická jiskra a že tělesa nabitá stejnojmenným nábojem se navzájem odpuzují.
V přehledu učenců, kteří mají největší zásluhy o porozumění elektrickým vlastnostem hmoty, nesmí chybět Angličan Stephen Gray (1696 - 1736). Na základě svých vlastních výzkumů usoudil, že látky jsou vodivé a nevodivé, že stav elektrický vodivostí na jiné hmoty přechází a že vodivost závisí nejen na rozměrech, ale i druhu vodiče. Čestné místo v historii fyziky má také Grayův současník Francouz Charles Du Fay (1698 - 1739): třídění látek na elektrické a neelektrické nepovažoval za správné, neboť třením lze zelektrizovat všechny látky. Ty, co se zdají být neelektrické, odevzdávají svůj náboj okamžitě do země; jsou to tedy vodiče. Du Fay rozlišoval dva druhy elektřiny - skelnou a pryskyřičnou; věděl rovněž, že souhlasné elektřiny se odpuzují, nesouhlasné přitahují. Téměř ve stejné době zavedl Američan Benjamin Franklin (1706 - 1790) pojem elektřiny kladné a záporné.

O elektrickém božím poslu

Do poloviny osmnáctého století byly elektrostatické jevy zkoumány jen v laboratořích. Zájem o atmosférickou elektřinu vzbudil patrně až německý fyzik Franz Maria Aepinus (1724 - 1802). Podle jeho mínění nemůže být hustota elektrického náboje na všech místech povrchu vodičů stejná; maximální je na místech s největším zakřivením (na hrotech), menší na rovných plochách a téměř nulová v dutinách vodiče. Na uzemněném kovovém hrotu v blízkosti nabitého tělesa vzniká prý indukcí nesouhlasný náboj. Jestliže si jej těleso z hrotu odsaje, může svůj původní náboj neutralizovat.
Princip sání hrotů využil v roce 1754 Prokop Diviš, farář v Příměticích u Znojma, při konstrukci svého meteorologického stroje. Myšlenka odníti elektřinu mrakům bouřkovým a učiniti je neškodnými byla však už nejméně o čtyři roky starší. Podobnými otázkami jako Diviš se tehdy zabývali také Benjamin Franklin a Georg Wilhelm Richmann, fyzik německého původu působící v Petrohradě. O prioritu objevu z této trojice nikdo neusiloval. Richmann by k tomu ostatně mnoho příležitosti neměl, protože ho při experimentování s neuzemněným bleskosvodem v červenci 1753 zabil kulový blesk. Není divu; za blížící se bouře měřil intenzitu elektrického pole v atmosféře pomocí elektroměru spojeného se zašpičatělou kovovou tyčí na střeše domu.
Až do šestnáctého století platilo neotřesitelné Aristotelovo tvrzení, že blesk vzniká zapálením hořlavých látek ve vzduchu. O první novověký výklad se pokusil v roce 1698 Angličan James Wall, když blesk přirovnal k elektrické jiskře a hrom k praskotu třeného jantaru. O půl století později (1749) napsal Benjamin Franklin. "Elektrické fluidum (jiskra) se shoduje s bleskem v těchto směrech: dává světlo; má barvu světla; má křivolaký směr; má rychlý pohyb; vodí je kovové látky; jsou doprovázeny praskotem nebo hlukem; nemizí ve vodě nebo ledu; štěpí látky, kterými procházejí; ničí živé bytosti; taví kovy; zapaluje hořlavé látky; zapáchá po síře." Po roce 1757 se Franklin začal živit politikou. Zřejmě úspěšně, jak se dá soudit z nápisu na jeho soše: "Nebesům vyrval blesk a žezlo tyranům" (Eripuit coelo fulmen sceptrumque tyrannis).
Doklady o tom, co blesk dokáže a jaké způsoby ochrany před ním se osvědčily, jsou ovšem mnohem starší. Plinius tvrdí, že blesk nesestupuje hlouběji do země než pět stop. Kdo se za bouře bojí, má vyhledat hlubokou jeskyni nebo se uchýlit do boudy obložené tulení kožešinou, neboť tento jediný mořský živočich nebývá zasažen bleskem podobně jako z ptáků orel, považovaný někdy za nositele hromných střel.
Nedokonalé a životu nebezpečné hromosvody ze železných tyčí měli už staří Etruskové. Římané s přebíráním jejich zkušeností dost dlouho otáleli. Více důvěřovali vavřínu, do něhož prý blesk nikdy nebije; za bouřky proto pokládali vavřínové ratolesti na hlavu, na sudy s vínem i slepičí kurníky. Železné tyče používali ve čtvrtém století před Kristem také Indové. Číňanům se osvědčovaly zašpičatělé tyče bambusové, Židům stačily na Šalamounově chrámu místo hromosvodů jen kovové okrasy, Egypťané dávali na střechy chrámů vysoké tyče pobité mědí a na špicích pozlacené.
Divišův povětrnostní stroj tvořila vodorovná síť ze železných tyčí uchycených k hornímu konci svislého bidla. Na každé tyči byla plechová krabička se železnými přiostřenými hřebíky, od bleskosvodu vedly k zemi tři železné řetězy. Tato složitá a členitá konstrukce splňovala Divišovy představy o možném využití sacích účinků kovových hrotů. Přístroj měl odsát elektřinu z atmosféry a tím zamezit vzniku bouří. "Franklin naopak umísťoval své tyče na budovy, by sjíždějící blesk zachycovaly a zemi přiváděly, aby budova bez pohromy zůstala," napsal v roce 1777 František Martin Pelcl. Hlavním důvodem, proč v soutěži s Divišovým povětrnostním strojem přesvědčivě zvítězil Franklinův hromosvod, byla jeho jednoduchost.
V sedmdesátých letech 18. století, kdy Diviš ani Richmann už nežili a Franklin se věnoval téměř výhradně politice, vyšla na fyzikálním nebi nová hvězda, Francouz Charles August de Coulomb (1736 - 1806). Přestože ho šlechtický původ předurčoval spíše k životní dráze politika, prosadil si své přání studovat v Paříži matematiku a přírodní vědy. Podle rodinné tradice pak vstoupil do armády a jako ženijní důstojník vedl devět let opevňovací práce na ostrově Martinique. K systematické vědecké práci se dostal až po svém návratu do Francie roku 1776. Když vypukla revoluce (1789), odešel z armády i z veřejné činnosti a (jako soukromník) se zcela věnoval fyzice. Zpočátku ho zajímala mechanika, později elektřina a magnetismus. Ke konci svého života (1800) byl povolán Napoleonem na univerzitu do Paříže; tam také roku 1806 zemřel. Je autorem prvních kvantitativních zákonů elektrostatiky - nauky o elektrických jevech, při nichž nevzniká elektrický proud. Z jeho díla přešel do širokého povědomí (jako Coulombův zákon) vztah vyjadřující velikost síly mezi dvěma elektrickými náboji a její ubývání se čtvercem vzdálenosti. Formálně sice připomíná Newtonův gravitační zákon, jeho obsah se však liší tím, že coulombovská interakce závisí na vlastnostech prostředí mezi náboji a že elektrické síly nejsou jen přitažlivé.
Téměř až do konce 18. století se elektřinou rozuměly pouze jevy elektrostatické nebo atmosférické. Historie elektrodynamiky (nauky o pohybu elektrických nábojů) začala teprve objevem zdrojů ustáleného proudu. Heslem otevírajícím toto období dějin fyziky je živočišná elektřina; v příběhu o ní dostanou první role Italové Luigi Galvani a Alessandro Volta.
Ivo Kraus