Fundamentální experiment

Transkript

Fundamentální experiment
Fundamentální
experiment
ve fyzice
ELEKTRODYNAMIKA
Mgr. Josef Horálek
Fyzikální experiment
• Před Galileem – poznatky objevovány
náhodně – spekulací jako např. Aristotelovo
řešení úlohy o koncové rychlosti tělesa
padajícího volným pádem, již považoval za
úměrnou tíhové síle tělesa
• Od dob Galileových - dodržován postup při
odvozování nových poznatků tj. stupně
vědecké tvořivosti.
Mgr. Josef Horálek
Čtyři kroky z úspěchu
I.
Vnímání jevu, smyslová zkušenost, která
vyvolá pozornost ke studiu určité zvláštní
skupiny jevů, avšak nedávají možnost
formulace zákonů
II.
Přechod k axiómu, což je ústřední moment
ve vědecké tvořivosti jako intuice umělce
III.
Matematický rozvoj – nacházení logických
následků z přijatého axiomu
IV. Experimentální prověrka – vyšší kritérium
vědeckého objevu
Mgr. Josef Horálek
Funkce experimentu
I.
Moment náhody – příklad z historie
II.
Dlouhodobé pozorování – příklad z historie
III.
Myšlenkový experiment a syntéza
poznatků – příklady z historie
IV. Ověřovací experiment– příklad z historie
V.
Experiment v moderní vědě – příklad
Mgr. Josef Horálek
Moment náhody
Jako příklad lze uvést Oerstedovo náhodné
zjištění, že při průchodu elektrického proudu
vodičem dochází k výchylce magnetické
střelky, která se nachází v blízkosti vodiče.
Nebo to, že Galileo Galilei při pozorování kmitů
lampy v kostele zjistil izochronnost kmitů
matematického kyvadla při malých
rozkmitech.
Mgr. Josef Horálek
Dlouhodobé pozorování (heuristické)
Dlouhodobé pozorování dává možnost k
formulaci hypotéz. Právě Galileo Galilei tak
objevil fáze Venuše, Jupiterovi měsíce atd.
Časté také bylo pozorování jevů, na základě
kterých byly následně vyvozeny zákony. Tak
Koperníkova hypotéza heliocentrické
planetární soustavy vedla Tychona Brahe k
pozorování, jež Kepler zobecnil ve svých
zákonech.
Mgr. Josef Horálek
Myšlenkový experiment a syntéza
poznatků
Newton provedl syntézu poznatků plynoucích
ze zákona setrvačnosti, třetího Keplerova
zákona a myšlenkového experimentu o
pohybu Měsíce a získal tak všeobecný
gravitační zákon, který patří mezi
fundamentální fyzikální zákony.
Stává se, že pozorování a experiment jsou
často bází vzniku geniálního vysvětlení
pozorovaného jevu.
Mgr. Josef Horálek
Ověřovací (verifikační) experiment
Díky neustále rostoucí základně poznatků fyziky
získává experiment novou úlohu a to úlohu
ověřovací, neboť samotnému experimentu
předchází podrobné teoretické úvahy.
Tak byla v letech 1845 – 1846 na základě
předchozího pozorování odchylek polohy
planety Uran z teoreticky stanovené dráhy
vypočtena Leverrierem poloha hypotetické
planety, jež byla ještě týž den, co Galle
obdržel dopis od Leverriera s prosbou nalézt
planetu na teoreticky vypočtených
souřadnic, objevena.
Mgr. Josef Horálek
Experiment v moderní vědě
V moderní vědě, kdy se uplatňuje týmovost
práce a vytváření obecných strategií se
myšlenkové experimenty, které myšlenkově
navozují podmínky a postupy, při nichž
očekávané výsledky neměříme, ale deduktivně
je odvozujeme ze známých zákonů za
idealizovaných podmínek převádíme na
počítačové experimenty, při kterých se
matematicky simuluje průběh možných jevů
postavený na aplikaci známých fyzikálních
zákonů za reálných podmínek.
Mgr. Josef Horálek
Fundamentální experiment
Jde o experimenty, které tvoří základní
východiska pro utváření fyzikální teorie a nebo
ověřují jejich významné teoretické dedukce.
Patří k nim jak významné experimenty
heuristické a dlouhodobá pozorování tak
experimenty ověřovací (verifikační).
Historickým příkladem může být Einsteinův předpoklad o
zakřivení dráhy fotonů v silném gravitačním poli. Einstein
navrhl tento jen ověřit při zákrytu Merkuru Sluncem
během zatmění Slunce, což bylo v roce 1919
provedeno a Einsteinova teorie tak byla experimentálně
potvrzena.
Mgr. Josef Horálek
Elektřina a magnetismus
Elektrodynamika
zkoumá elektrické a magnetické jevy
nositeli elektrických nábojů jsou základní elementární
částice protony a elektrony
základním zákonem elektřiny je Coulombův zákon
elektrostatiky o vzájemném silovém působení
elektrických nábojů
pohybem elektrických nábojů vzniká magnetické pole
pohybem nebo časovou proměnností magnetického
pole se indukuje pole elektrické a naopak
sloučená nauka o elektřině a magnetismu se nazývá
elektrodynamika, v níž je elektromagnetické pole
popsáno Maxwellovými rovnicemi. Proměnné
elektromagnetické pole se může šířit látkou i vakuem ve
formě elektromagnetických vln.
Mgr. Josef Horálek
Předklasická elektrodynamika
Od dob Gilbertových se předpokládalo, že
elektrické a magnetické jevy spolu nesouvisí.
Oerstedův poznatek, že elektrický proud
indukuje magnetické pole, inspiroval nové
experimenty, které vedly k pozoruhodným
objevům. Hlavní pracovní metodou zůstává
experiment, ale postupně vzrůstá důležitost
matematiky. Postupně nabývá celá teorie o
elektromagnetismu ucelenou formu a to
zejména zásluhou A. M. Ampèra.
Mgr. Josef Horálek
Významní fyzikové
Hans Christian Oersted
životopis
experiment
Biot
životopis
experiment
Savart
životopis
experiment
Laplace
životopis
experiment
André Maria Ampèr
životopis
experiment
Wilhelm Eduart Weber
životopis
experiment
Mgr. Josef Horálek
Hans Christian Oersted 1777 - 1851
Narodil se v dánském městečku Rudkjöbing na
dánském ostrově Langeland, kde byl jeho otec
lékárníkem. Na univerzitě v Kodani studoval
lékařství, filosofii a fyziku. Později se zde stal
profesorem fyziky a chemie. Oersted byl
stoupencem myšlenky rozšířené v německé klasické
filosofii, podle níž různé přírodní jevy mají společný
původ v jediné přírodní síle. Tuto myšlenku filozoficky
zastával hlavně Immanuel Kant. Oersted byl
významným a skvělým pedagogem a zasloužil se o
reorganizaci vyučování fyziky na dánských školách.
Zabýval se různými fyzikálními a filozofickými
tématy. Ve své době byl nejvýznamnější osobností
Dánska.
Mgr. Josef Horálek
Hans Christian Oersted experiment
Hlavním Oerstedovým experimentálním zájmem
byly interakce a souvislosti mezi různými fyzikálními
jevy. Tak například vyšetřoval souvislosti mezi
elektrickými a teplotními jevy (nezávisle na
Seebeckovi objevil termoelektrický jev), nebo
akustickým působením se snažil vyvolat elektřinu.
Využil také Voltova objevu galvanického článku a
zkoumal souvislost mezi elektrickým proudem a
magnetickými jevy. Jeho nevýznamnějším objevem
bylo zjištění, že elektrický proud indukuje ve svém
okolí magnetického pole.
Mgr. Josef Horálek
Hans Christian Oersted experiment
Oersted věnoval hledání souvislostí mezi elektrickým
proudem a magnetizmem 7 let, naplněných
vesměs neúspěšnými pokusy s magnetkou. Oersted
již rezignoval na souvislost elektrických a
magnetických jevů, když na jedné přednášce, kde
předváděl studentům své doposud neúspěšné
pokusy, ho jeden ze studentů upozornil, na
nepatrnou výchylku magnetky, která byla umístěna
v těsné blízkosti vodiče protékaného elektrickým
proudem. Tato přednáška se konala 15. února 1820
a Oersted se pak s novým úsilím pustil do dalších
pokusů, kterým se věnoval s ještě větší podrobností
a pečlivostí. Například zjišťoval, jak působí proud na
magnetku v různých polohách a v různých
vzdálenostech vodičů od magnetky.
Mgr. Josef Horálek
Hans Christian Oersted experiment
Svůj objev uveřejnil v latinském spisu „Experimenta
circa effectum confliktus electrici in acum
magneticum“ (Pokusy s působením elektrického
konfliktu na magnetku)
Mgr. Josef Horálek
Hans Christian Oersted experiment
Oersted rozeslal svůj spis všem významným fyzikům
a učeným společnostem, takže jeho objev se stal
známým v poměrně krátké době.
Oersted se omezil na kvalitativní popis svých
experimentů a nepokoušel se je teoreticky vysvětlit.
Svůj základní poznatek formuloval takto: „Jestliže
proud prochází z jihu na sever nad magnetkou ve
směru magnetického maridiánu, vychýlí se severní
pól magnetky na západ“. Z toho usoudil, že síla
působící na magnetický pól má směr tečny ke
kružnici, která má střed na vodiči a leží v rovině
kolmé k vodiči. Pro směr této síly dospěl ke stejnému
závěru, jako později formulovaná pravidla.
Mgr. Josef Horálek
Hans Christian Oersted experiment
Oersted se však také dopustil omylu, když napsal, že „…
směr magnetky v blízkosti proudu závisí též na velikosti
proudu, tedy nejen na jeho směru“. Na tento omyl
později upozornil Ampère.
Významnost Oerstedova objevu je také v tom, že se v
něm uplatňují síly jiného typu, než které byli v té době
známy. Jak gravitační tak Coulombova síla působí ve
směru spojnice hmotných bodů – jsou tedy centrálního
typu, avšak nově objevená síla je typu necentrálního –
proud nepřitahuje ani neodpuzuje póly magnetky, ale
natáčí ji do polohy kolmé ke směru proudu.
Dále také zjistil, že volně zavěšený kruhový závit se chová
stejně jako magnetka.
Mgr. Josef Horálek
Hans Christian Oersted experiment
Je paradoxem, že Oersted, který byl spíše
teoretikem experimentů, jejichž realizaci prováděli
jeho asistenti učinil svůj největší objev ryze
experimentální cestou.
Jeho objev vzbudil mimořádný ohlas po celé
Evropě jej následovalo a ve zkoumání vztahů mezi
elektrickými a magnetickými jevy navázalo mnoho
dalších významných fyziků:
Ampèr ve Francii
Faraday v Anglii
Ohm v Německu
Mgr. Josef Horálek
Jean Babtiste Biot 1774 - 1862
Narodil se v Paříži, vystudoval Écolé
polytechnique a stal se profesorem fyziky na
pařížské Sorbobě. Více než elektrodynamice se
věnoval optice, kde mj. objevil polarizaci světla
při lomu a prozkoumal stáčení polarizační
roviny v krystalech. Byl zastáncem korpuskulární
teorie světla, avšak na konci svého života, na
základě Foucaultových experimentů, uznal
správnost vlnové teorie.
Mgr. Josef Horálek
Felix Savart 1791 - 1841
Byl vojenským chirurgem, později se však
věnoval fyzice a zásluhou Biota získal profesora
fyziky. Kromě spolupráce s Biotem při zkoumání
magnetických účinků elektrického proudu se
také věnoval akustice, kde proměřil hranice
slyšitelnosti a navrhl způsob akustických měření.
Mgr. Josef Horálek
Pierre Simon Marquis de Laplace
1749 - 1827
Narodil se v Beaumnot-en-Auge. Byl vynikajícím
matematikem, fyzikem, astronomem. Na doporučení
d´Alemberta se stal profesorem na vojenské škole v
Paříži. Jeho posluchačem byl také Napoleon Bonaparte,
který jej pak jako císař velmi oceňoval a podporoval a v
roce 1799 jej jmenoval ministrem pošt. Byl členem
Francouzské akademie. Jeho největším přínosem je
teorie pravděpodobnosti, teorie parciálních
diferenciálních rovnic a teorie potenciálů. Význačné jsou
však i jeho poznatky z astronomie a to zejména z
nebeské mechaniky. Matematicky formuloval a vyřešil
stabilitu oběžných drah planet a vytvořil první teorii
vzniku sluneční soustavy.
Elektromagnetismem se zabýval jen okrajově, ale přesto
významně přispěl k jeho jasnému matematickému
vyjádření.
Mgr. Josef Horálek
Biot – Savart – Laplace experiment
Již asi dva měsíce poté, co
Oersted referoval o svém
objevu v Pařížské akademii věd,
předložili J.B. Biot a F. Savard
zprávu, v níž referují o tom, že
provedli řadu experimentů a z
nich pak odvodili empirický
vztah pro sílu, kterou působí
tenký proudovodič na
magnetku.
Mgr. Josef Horálek
Biot – Savart – Laplace experiment
Pro sílu, jíž působí proudový element ids na pól
magnetu, která je ve vzdálenosti r pak stanovili
vztah
ids
dF = K 2 sin α
r
kde K je konstanta, jejíž velikost závisí na použité
soustavě jednotek.
Mgr. Josef Horálek
Biot – Savart – Laplace experiment
Biot a Savart potvrdili, že intenzita magnetického pole
klesá se čtvercem vzdálenosti tímto důmyslným
pokusem. Tangentovou buzolu upravili takto: magnetku
umístili do středu kruhového závitu o poloměru r a ten
pak vložili do dalších dvou kruhových závitů o poloměru
2r. Vnitřní a vnější závity zapojili tak, aby jimi procházel
proud v opačném směru. Magnetkou zjistili, že ve středu
obou cívek se jejich magnetické pole zruší. Protože vnější
cívka je čtyřikrát delší než vnitřní cívka, plyne z toho, že
každý cm délky působí ve dvakrát větší vzdálenosti
účinkem čtyřikrát menším, čili, že se jeho magnetický
účinek zmenšuje s druhou mocninou vzdálenosti.
Mgr. Josef Horálek
Biot – Savart – Laplace experiment
Mgr. Josef Horálek
Biot – Savart – Laplace experiment
Z poznatků Biota a Savarta vyšel Lapace a
zobecnil uvažované uspořádání na případ, že
proudovodič má tvar libovolné prostorové
křivky. Pro sílu pak formulovat vztah, který dnes
nazýváme zákon Biotův – Savartův (někdy také
Biotův-Savartův-Laplaceův)
ds × r
dF = Ki 2
r
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère 1775 - 1836
Narodil se v obci Polémieux u Lionu, jako syn
zámožného obchodníka. Již v dětství projevil
mimořádné nadání. Když mu bylo 13 let,
předložil Lyonské Akademii věd svou práci o
kvadratuře kruhu. Při velké francouzské revoluci
v roce 1793, byl uvězněn jeho otec s krátce na
to popraven za účast na povstání proti
konventu. Tato událost zanechala na 18ti letém
Ampèru duševní depresi, která ovlivnila celý
jeho další život.
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère 1775 - 1836
Ampèr získal v roce 1802 místo učitele fyziky v Bourg-enBresse. V té době též publikoval svou první
matematickou práci z teorie pravděpodobnosti „Úvod
do teorie her“. Její vysoké ocenění d´Alembertem a
Laplacem mu umožnilo získat profesuru fyziky a
astronomie na lyceu v Lyonu, později pak profesuru na
École Polytechnique v Paříži a posléze byl zvolen členem
Akademie jako nástupce Lagrangera. Jeho vědeckých
úspěchů si cenila celá Evropa a tak ani válečný stav
mezi Anglií a Francií nezabránil aby byl jmenován
členem Královské společnosti. Elektromagnetismem se
zabýval jen v letech 1920 až 1927 přesto dosáhl
vynikajících poznatků.
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
Ampèr inspirován Oertedovými pokusy, o
kterých se dozvěděl 11. září 1820 na zasedání
Akademie věd, se pustil do intenzivní
experimentátorské a matematické práce a již
za týden předložil Akademii novou, jednotnou
soustavu elektromagnetických zákonů, které
nazval elektrodynamika.
Ampèr zjišťoval, jak prostřednictvím
magnetismu na sebe působí dva
proudovodiče. Zjistil nejen že souhlasné proudy
se přitahují a nesouhlasné odpuzují, ale vyjádřil
tyto vztahy také matematicky.
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
Kii´dsds´ 
3
´
dF =
 cos ε − cos ϑ cos ϑ 
2
r
2


Kde ε je úhel mezi
elementy i ds a i´ ds´
υ a υ´ jsou úhly, již svírají tyto
elementy se spojnicí
R je délka této spojnice
Konstantu K zvolil Ampère rovnu jedničce, čímž
položil základ k absolutní elektrodynamické
soustavě.
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
Při odvozování výše zmíněného vztahu vycházel
Ampèr z velmi důmyslné ale velice složité úvahy.
Tento vztah však ověřoval i experimentálně. Ampèr
uveřejnil své poznatky ve významném časopisu
„Theorie des phenomenones electrodynamique,
uniquement deduite de l´experience“ (Teorie
elektrodynamických jevů odvozená výlučně z
experimentů).
Jednoduchými úpravami lze z výše uvedenou
rovnici zapsat jako zákon celkového proudu tedy
první Maxwellovu rovnici
Hdl = I
∫
c
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
Ampèrova
aparatura na
zkoumání
vzájemného
silového působení
mezi rovnoběžnými
průvodiči AB a CD
(Vodič CD se může
natáčet kolem
bodů E a F)
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
Ampèrova
aparatura na
vyšetření
vzájemného
silového
působení mezi
dvěma
kruhovými
závity
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
Pro směr odchylky magnetky umístěné pod
přímým proudovodičem zavedl Ampère tvz.
Pravidlo plavce: „.. myslíme-li si, že vodičem
plave ve směru elektrického proudu a dívá se
na magnetku, pak severní pól magnetky se
vychyluje k jeho levé paži“. Toto pravidlo bylo
později nahrazeno známým pravidlem pravé
ruky.
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
Ampèr a jeho spolupracovník Arago sestrojili
první elektromagnet. Argo upozornil na
skutečnost, že vložíme-li drát, kterým prochází
proud, do železných pilin, pokryje se pilinami.
Ampèr správně usoudil, že ocelový drát
vložený do cívky s proudem se zmagnetuje. Tím
objevili způsob výroby silných permanentních
magnetů. Když vyrobili jádro cívky z měkkého
železa, pak magnetismus jádra bylo možno
proudem snadno indukovat, nebo rušit, či
měnit jeho polaritu.
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
Ampér zavedl mnoho dnes běžně užívaných
pojmů jako elektrodynamika, zavedl termíny
severní a jižní pól magnetu, definoval směr
elektrického proudu, solenoid a pro měřicí
přístroj zavedl označení galvanometr.
Nakonec ještě poznámka ke stylu Ampèrovy
práce jak ji hodnotil Maxwell.
Mgr. Josef Horálek
André Mária Ampère experiment
„…avšak Ampèrova metoda, třebaže má zdánlivě induktivní
formu, neumožňuje nám sledovat proces, v němž se utvářely
myšlenky, jež k ní vedly. Zdá se skoro neuvěřitelné, že Ampèr
vskutku odhalil svůj zákon pomocí pokusů, které popisuje. Vnucuje
se podezření, že – jak on ostatně sám říká – odhalil svůj zákon
metodou, kterou nám neukazuje a že, když dostatečně
zkonstruoval dokonalý důkaz, odstranil všechny stopy po lešení,
které používal k jeho vybudování .
Na druhé straně Faraday nám předkládá své neúspěšné i úspěšné
pokusy, myšlenky, které ještě nenabyly jasného tvaru i myšlenky
přesně formulované, takže čtenáře, i když jeho schopnost indukce
je podstatně menší, má spíše pocítit porozumění než obdivu a
snadno uvěří, že i on dokáže objevovat nové, je kdyby k tomu měl
příležitost. Každý, kdo chce vědecky pracovat, měl by si proto
přečíst Ampèrovo pojednání jako skvěly případ stylu vědce
předkládajícího nový objev, avšak měl by též studovat Faradaye,
aby rozvíjel svou schopnost vědecky pracovat tím, že bude
konfrontovat nově objevená fakta uvedená Faradayem s rodícími
se vlastními nápady “
Mgr. Josef Horálek
Wilhelm Eduard Weber 1804 - 1891
Narodil se ve Wittenbergu, a vystudoval
univerzitu v Halle. Po habilitaci začal vyučovat
na univerzitě v Göttingenu. Zde navázal na
osobní přátelství s Gaussem a spolupracoval s
ním, zejména na teorii geomagnetismu, spolu s
ním také sestrojil první telegrafní přístroj. Poté
působil na univerzitě v Lipsku. V 19. století byl v
Německu považován za nejvyšší autoritu v
oboru elektromagnetismu.
Mgr. Josef Horálek
Wilhelm Eduard Weber - experiment
Weber vycházel z Ampèrovy elektrodynamiky a snažil
se odstranit některé její nedostatky. Pokusil se
přeformulovat Ampèrův zákon tak, aby zahrnoval i
Coulombův zákon. K tomuto účelu zobecnil
Coulombův zákon pro případ, kdy se oba bodové
náboje pohybují (nerelativistickou rychlostí).
2

QQ´
α  dr  α d 2 r 
F = 2 1 −   + 2r 2 
r  16  dt  8
dt 
kα je konstanta, r je vzdálenost mezi oběma náboji,
dr
dt
je rychlost a
d 2 r je zrychlení
dt 2
Mgr. Josef Horálek
Wilhelm Eduard Weber experiment
Weber ukázal, že síla mezi náboji nezávisí jen na
vzdálenosti, ale i na rychlosti a zrychlení a že proudy jsou
vlastně pohybující se náboje. Tato teorie má však
nedostatek, jelikož nerespektuje konečnou rychlost šíření
elektromagnetického působení. Rovnice však zahrnuje i
elektromagnetickou indukci.
Mgr. Josef Horálek
Klasická elektrodynamika
I když Ampèrova teorie elektromagnetismu,
doplněná Weberem, byla hluboce
promyšlená, nebyla plně vyhovující. V první
třetině 19. století však dosáhlo poznání
zákonitostí elektrických a magnetických jevů již
takové úrovně, že mohla vzniknout nová teorie,
teorie elektromagnetického pole, která
vysvětlovala všechny známé makroskopické
elektrické a magnetické jevy.
Mgr. Josef Horálek
Vznik teorie elektomagnetického pole
Vznik teorie elektromagnetického pole se dá
rozdělit do tří etap.
• slovní formulace koncepce a nové poznatky,
z nichž vyrůstala teorie elektromagnetického
pole Michaelem Faradayem
• vytvoření matematického modelu J.C.
Maxwellem
• experimentální uvěření dané teorie H. Hertz a
prohloubení a úprava matematického
vyjádření O. Heaviside
Mgr. Josef Horálek
Významní fyzikové
Michael Faraday
životopis
experiment
Joseph Henry
životopis
experiment
James Clerk Maxwell
životopis
experiment
Heinrich Hertz
životopis
experiment
Oliver Heaviside
životopis
experiment
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday 1791 - 1867
Narodil se v Newingtonu, předměstí Londýna jako třetí
syn chudého kováře Jamese Faradaye. Rodina po celá
léta žila v bídě a tak jediné vzdělání, které mohl získat
bylo na místní farní škole. Ve 13ti letech se stal poslíčkem
jednoho londýnského knihkupectví. Zde se později vyučil
knihařem a jak sám říkal, knihy, které před den vázal po
nocích, četl a to hlavně pojednání o elektřině v Britské
encyklopedii. Shodou náhod dostal od jednoho
zákazníka vstupenku na cyklus přednášek z fyziky a
chemie slavného vědce sira Humphreye Davyho (1778 1829), které se konaly v Královském ústavu. Faraday tato
přednášky nadšeně navštěvoval a zaujali ho natolik, že
po ukončení cyklu v roce1813 požádal Davyho o přijetí
za asistenta.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday 1791 - 1867
K jeho přijetí jistě přispěly i krasopisně napsané a
vlastnoručně svázané Davyho přednášky, které Faraday
přiložil ke své žádosti. Přijetím za asistenta byl ve
Faradayově životě významný zlom. Ještě týž rok,
doprovázel Davyho na jeho 18 měsíční vědecké cestě
po Evropě. I když spíše jako sluha než jako jeho asistent,
přesto tato cesta nahradila Faradayovi univerzitu. Po
návratu do Londýna se roku 1815 stává asistentem
laboratoře. Intenzívní prací postupně překonal svého
učitele a jeho objevy na poli analytické chemie,
elektrochemie, metalurgie mu vynesli četná uznání a byl
přijat za člena Královské akademie. Asi od roku 1850
začíná trpět ztrátou paměti a postupným oslabováním
duševních sil a poslední publikaci vydává r. 1860. Zemřel
25.6.1867 v Londýně kde byl s nejvyššími státními poctami
pohřben.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Faraday měl geniální intuici a své výzkumy prováděl
výhradně experimentálně. Protože neměl matematické
vzdělání, nikdy nepoužíval matematiku a vyjadřoval se
jen verbálně, přesto jeho závěry se zpravidla
vyznačovaly exaktní matematickou přesností.
Své poznatky z elektromagnetismu uložil do svého
celoživotního díla „Experimental Researches in
Electric“(Experimentální výzkumy elekřiny), které vyšli v r.
1855. Tato práce je vlastně Faradayův deník. Obsahuje
3326 odstavců, z nichž každý popisuje prováděný
experiment. Faradayovy experimenty se staly základem
moderní elektrotechniky.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Elektromagnetická indukce
Faraday se začal zabývat elektrickými a
magnetickými jevy kolem roku 1820 v souvislosti s
Oertedovými pokusy. Společně s Davym zopakovali
jeho pokusy, avšak Faraday pokračoval na rozdíl
od svého učitele dál. Fyraday byl totiž přesvědčen
o jednotě všech přírodních sil, proto se mu jevilo
logické, že musí existovat inverzní jev k Oerstedovu
poznatku, tedy že magnetismus vyvolává elektrický
proud. Ve svém deníku si zapsal „Přeměnit
magnetismus v elektřinu!“ Vynaložil 10 let práce než
v roce 1831 experimentálně objevil
elektromagnetickou indukci.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Použil k tomu prsten z měkkého železa se dvěma
cívkami. Faraday byl nejprve zklamán, když zjistil, že
stejnosměrný proud v jednom vinutí nevyvolá proud
ve druhém vinutí. Ale brzy si povšiml, že v okamžik
připojení galvanického článku k jedné z cívek
vyvolá ve druhé cívce, která byla přes galvanoměr
spojena dokrátka, proudový impuls. Při odpojení
galvanického článku zjistil opačný proudový impuls.
Právě tento jev nazval elektromagnetickou indukcí.
Tímto experimentem zároveň objevil princip
transformátoru.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Schéma Faradayova experimentu z 29.8.1831,
jímž dokázal transformační indukované napětí
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Svůj vlastní experiment z 29.8.1831 Faraday popsal
ve svých zápiscích takto (o sobě mluví ve třetí
osobě):
„dal udělat železný kruh sedm osmin palce tlustý, o
vnějším průměru šest palců. Navinul měděný drát A
mnohokrát kolem jedné poloviny prstence; na druhou
stranu navinul asi 60 stop dalšího drátu B. Spojil konce
drátu B měděným drátem, který vedl nad magnetkou.
Oba konce drátu A spojil s baterií; objevil se zřetelný
účinek na magnetku – oscilovala a vrátila se do původní
polohy. Po přerušení spojení s baterií se opět objevil
účinek na magnetku“.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Originální kresby, kterými Faraday doplnil své
poznámky:
Skutečné provedení cívky:
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Tím, že Faraday své pokusy neustále důmyslně
modifikoval, podařilo se mu ještě důmyslnějším
způsobem znázornit bezprostřední proměnu
magnetismu v elektřinu. Když vsunul tyčový magnet
do cívky, zaznamenal galvanoměr proudový
impuls, při vysunutí tyče vznikl opačný impuls. Tento
jev nazval magnetoelektrickou indukcí.
Schéma pokusu ze 17.10.1831 – pohybové indukované napětí
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Zákon elektromagnetické indukce Faraday vyjádřil
známým vztahem:
dΦ
e=−
dt
je kvantitativním výsledkem, ke kterému Faraday v
teorii elektromagnetického pole dospěl.
Všechny ostatní výsledky vyjadřoval bez použití
matematiky.
V roce 1834 si povšiml, že při přerušení spojení cívky
s baterií vznikne jiskra. Tento jev správně vysvětlil
pomocí elektromagnetické indukce – objevil
samoindukci
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Magnetické působení
Kolem roku 1844 se Faraday věnoval výzkumu
magnetismu. Vycházel z tohoto základního experimentu.
Umístíme-li volně zavěšenou tyčku z nějaké látky mezi
póly magnetu, může se chovat dvojím způsobem: buď
se natočí ve směru siločar a je vtahována mezi póly
magnetu nebo zaujme směr kolmý k siločarám a je
vypuzován. Obdobný experiment lze provést s tělískem v
nehomogenním magnetickém poli. Faraday takto
prozkoumal různé materiály, v prvním případě o nich
říkal, že mají vůči vakuu zvýšenou magnetickou vodivost
a nazval jej paramagnetismem. Ve druhém případě ,kdy
materiál siločáry vypuzuje, jej nazval diamagnetismem.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Faradayův experiment: silové působení na tělísko v
nehomogenním magnetickém poli. Tělísko je a) z hliníku
(paramagnetikum), b) z vizmutu (diamagnetikum)
Magnetické
siločáry v okolí
paramagnetick
ého válce (a) a
diamagnetické
ho válce (b)
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Z mnoha dalších pokusů, které Faraday provedl, se ještě
podíváme na působení magnetického pole na světlo.
Vložil boro-olovnaté sklo mezi póly elektromagnetu a
nechal jím procházet polarizované světlo rovnoběžně s
magnetickými siločárami. Prokázal, že magnetické pole
vychyluje rovinu lineárně polarizovaného světla. V menší
míře se to projevilo i u jiných optických materiálu. Tento
jev byl nazván Faradayův efekt. Faraday si správně
uvědomil, že nejde o přímý účinek magnetického pole
na světlo, ale o jev zprostředkovaný, kdy magnetické
pole působí na optické prostředí a to pak na průchod
světla.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Elektromagnetické pole
Faraday má taky významný podíl na moderních
chápání elektromagnetického pole. Jeho
fenomenologické stanovisko vychází z toho, co se dá
skutečně pozorovat. Fyraday inspirován pokusy s
pilinovými obrazci magnetických polí, zavedl v prostředí,
které obklopuje vodiče, magnety a náboje, pojem
siločára a silová trubice.
Také na rozdíl od newtonovského chápání elektrických a
magnetických jevů přisoudil Faraday rozhodující roli
prostředí, v němž probíhají elektromagnetické jevy.
Zavedl tak představu elektromagnetického pole.
Zatímco starší teorie zkoumaly je okamžité silové
působení proudů, magnetů a nábojů na dálku, všímal si
Faraday vlastností elektromagnetického pole.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Toto elektromagnetické pole chápal jako
fyzikální realitu, která vyplňuje celý prostor.
Faraday tak zavrhl newtonovskou koncepci
okamžitého působení do dálky a nahradil ji
představou, že určitá změna v
elektromagnetickém poli nejprve ovlivní své
okolí a odtud se rozruch postupně šíří
konečnou rychlostí dále. Hovoříme o koncepci
působení do blízka.
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Ve Faradayových poznámkách se dočteme:
„..Při tomto pohledu na magnet je prostředí
nebo prostor kolem něho tak podstatné jako
magnet sám, neboť je součástí skutečného a
úplného magnetického systému.“
Mgr. Josef Horálek
Michael Faraday experiment
Faraday vyslovil názor, že elektromagnetické
pole má vlnovou povahu a tak položil základy
elektromagnetické teorie světla. Dospěl k
důležitému poznatku, že jevy se v
elektromagnetickém poli šíří konečnou
rychlostí. Faradayova myšlenka, nahrazující
bezprostřední působení do dálky působením
elektromagnetického pole rozloženého v
prostoru, tj. působením do blízka, se ukázala
být jednou z největších ve fyzice.
Mgr. Josef Horálek
Joseph Henry 1797 - 1878
Pocházel ze skotské rodiny, která se v roce 1775
přestěhovala do USA. Narodil se v Albany (stát New
York). Významně se podílel na vybudování základů
teorie elektromagnetismu. Od roku 1832 působil
jako univerzitní profesor na College v New Jersey
(dnešní Princetonská univerzita). V roce 1847 se stal
ředitelem Smithova ústavu ve Washingtonu D.C. a
tento ústav úspěšně vedl 32 let. Smithův ústav,
založený r. 1837, byl obdobou londýnského Royal
Institute. V roce 1868 byl zvolen do funkce
prezidenta Národní Akademie věd USA, kterou
vykonával až do své smrti.
Mgr. Josef Horálek
Joseph Henry experiment
Henry se stejně jako Faraday zabýval řadu let
elektromagnetickou indukcí. Podle některým historiků
objevil elektromagnetickou indukci již kolem 1830, právě
při zkoumání elektromagnetů.
Jeho postup byl následující: na železnou tyč navlékl
cívku připojenou ke galvanoměru. Tyčku umístil mezi póly
elektromagnetu ve tvaru podkovy. Elektromagnet pak
napájel galvanickým článkem. Jestliže zvyšoval nebo
snižoval napětí zdroje (zasouval nebo vysouval elektrody
galvanického článku do elektrolytu), měnil se budící
proud a tedy i magnetické pole v tyči a galvanometr
registroval indukované napětí.
Mgr. Josef Horálek
Joseph Henry experiment
Reálné provedení
Henryho cívky
Henryho testovací zařízení pro
měření tažné síly elektromagnetu
Mgr. Josef Horálek
Joseph Henry experiment
Henry též zkoumal vlastnosti cívek. Zavedl
pojem indukčnost jakožto charakteristickou
veličinu pro cívky. Při přerušení proudu v cívce
si povšiml, že na kontaktech vypínače dochází
k jiskření a zjistil, že je to důsledek vysokého
napětí indukovaného v cívce – objevil tak jev
samoindukce a to o něco dříve, než Faraday.
Mgr. Josef Horálek
Joseph Henry experiment
Zajímavé byly i experimenty s oscilacemi v
induktivně vázaných obvodech. Učinil
následující pokus: jeden závit umístil v místnosti,
která byla v prvním poschodí a druhý závit
uložil ve sklepě. Vzdálenost obou závitů byla 30
stop (asi 9 metrů). Jestliže vybil leydenskou
láhev do prvního závitu, pak nezmagnetovaná
střelka, umístěná ve druhém závitu, se
zmagnetovala. Tento jev se mu ale nepodařilo
vysvětlit. Přiblížil se však k pokusům, kterými
později Hertz prokázal existenci
elektromagnetických vln.
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell 1831 - 1879
Narodil se 13.6.1831 v Edinburgu, v rodině nižší skotské
šlechty. Právě v tomto roce Faraday objevil
elektromagnetickou indukci. Zájem o přírodu a
technické vynálezy v něm již od dětství probouzel jeho
otec, který s ním pravidelně navštěvoval veřejná
zasedání Královské společnosti v Edinburgu. Po ukončení
základní školy studoval v letech 1841 – 1847 na
edinburgské akademii (obdoba gymnázia). Již v 15ti
letech napsal Maxwell svou první vědeckou práci o
nové mechanické konstrukci oválných křivek, jíž předložil
Královské společnosti v Edinburgu, která ji později
uveřejnila.
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell 1831 - 1879
V letech 1847 – 1850 Maxwell studoval na univerzitě v
Edinburgu, kde napsal další dvě vědecké práce. První se
týkala geometrie a druhá teorie pružnosti, ve které
odvodil matematickou větu, kterou lze nalézt v každé
učebnici stavební mechaniky pod názvem Maxwellova
věta. Od roku 1850 studoval na univerzitě v Cambridge.
Po získání titulu bakalář zde pracoval a připravoval se na
profesuru (1854 – 1856). Zabýval se zde optikou, a to
zejména teorií barev a barevného vidění. V září 1855
složil zkoušky učitelské způsobilosti na Trinity College a
začal přednášet hydrostatiku a optiku. V této době také
dosahuje prvních výsledků na poli elektromagnetické
teorie. V pedagogické práci však příliš nevynikal a proto,
když mu v roce 1856 onemocněl otec, se vrátil zpět do
Glenlairu (do Cabridge se již nevrátil).
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell 1831 - 1879
Nastupuje jako profesor fyziky na Marishalově koleji v
Aberdeenu. Zde brzy získává pověst výborného
matematického fyzika a jeho matematický důkaz o
Saturnových prstencích a jejich složení byl oceněn
Adamsnovou cenou Cambridge University. V roce 1860
odchází jako profesor fyziky na King´s College v
Londýně. I přes významné vědecké úspěchy v oblasti
kinetické teorie plynů a matematických formulacích
elektromagnetické teorie zde nebyl spokojen. Koncem
roku 1865 odchází a v Cambridge působí jen jako
externista. Všechen svůj čas tráví na svém statku v
Glenlairu, kde jako soukromý vědec dovršil svoji teorii
elektromagnetismu, která v roce 1873 vyšla pod názvem
„A Treatise on Electricity nad Magnetism“ (Pojednání o
elektřině a magnetismu).
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell 1831 - 1879
V roce 1871 vzniká v Cambridge katedra
experimentální fyziky, kterou měl vést William
Thomson, ale ten nechtěl odejít z místa
profesora na univerzitě v Glasgow a tak bylo
vedení nabídnuto Maxwellovi (do té doby ve
vědeckém světě nepříliš známému), který se
tak dostává do čela vědeckého života. Na
vybudování a rozvoj nové katedry vrhnul
všechny své síly a Cavendishovu laboratoř,
jejímž byl prvním ředitelem, částečně
financoval ze svých zdrojů.
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell 1831 - 1879
Počátkem roku 1879 se u Maxwella začaly
projevovat příznaky rakoviny, které 5.11.1879
podlehl.
Je symbolické, že J.C.Maxwell, umírá v roce, v
němž se narodil jeho pokračovatel na bázi
moderní fyziky, Albert Einstein.
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell experiment
I když sám Maxwell nebyl experimentátor, celá
jeho teorie není ničím jiným než matematickým
popisem (matematickým modelem)
elektromagnetických jevů postavených na
základě Faradayových experimentů a
představ o elektromagnetickém poli, v níž
dominantní roli hrála koncepce „působení do
blízka“.
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell experiment
Zásadní význam mají tři Maxwellovy články, v nichž
položil základy své teorie elektromagnetického pole.
První z nich „ Faradayových siločarách“ byl napsán v
roce 1855, když mu bylo 24 let. Navazoval zde na
myšlenky Thomsona, a vycházel z analogie mezi
teoreticky dobře zpracovanou hydrodynamikou a
Faradoyovou teorií siločar a silových trubic. Maxwell
přirovnává elektřinu k nevažitelné kapalině (neuplatňuje
se její setrvačnost), potenciál k záporně vzatému tlaku,
intenzitu elektrického pole k rychlosti proudění kapaliny a
zřídla a nory proudnic odpovídaly nábojům. Pro
matematický popis pak využil aparát známý z
mechaniky kontinua. Analogii použil i na magnetické
jevy a elektrický proud.
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell experiment
Nové myšlenky se objevily v jeho další práci „O
fyzikálních siločarách“ a hlavně pak v práci
„Dynamická teorie elektromagnetického
pole“. Zde byla plně rozvinuta Faradayova
představa „působení do blízka“. Postupně se
odpoutával od mechanických modelů.
Maxwell zavedl důležitý pojem „posuvný
proud“ a dospěl k novým, obecnějším
výsledkům.
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell experiment
Pro obecnou elektromagnetickou soustavu vytvořil
Maxwell model vyplněný éterem, který má elastické
vlastnosti. Elektromagnetické jevy se Maxwell zprvu snažil
vysvětlit mechanicky pomocí specifických pohybů a
napětí tohoto elastického éteru. Zde poprvé použil
pojem elektromagnetické pole. Maxwell popsal
dynamické chování svého modelu jako ucelený systém
pomocí 2Oti fyzikálních veličin a formuloval pro ně 20
rovnic. Tato logická konzistentnost postavila jeho teorii
elektromagnetických jevů do popředí a zastínila všechny
starší teorie. Jedním z nejvýznamnějších důsledků
Maxwellovy teorie byl poznatek, že rozruchy
elektromagnetického pole se šíří prostorem v podobě
transverzálních vln.
Mgr. Josef Horálek
James Cleark Maxwell experiment
Maxwell také vypočítal šíření těchto vln a zjistil,
že je shodná s rychlostí šíření světla ve vakuu. Z
toho logicky vyvodil, že světlo je
elektromagnetické vlnění.
Svou teorii pak Maxwell prohloubil a rozvinul až
o 9 let později, ve svém díle „A Treatis on
Electricity and Magnetism“ (Pojednání o
elektřině a magnetismu). Dílo vyšlo ve dvou
svazcích roku 1873 a má přes 1000 stran. Zde se
Maxwell již zcela zbavil všech názorných
analogií.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz 1857 - 1894
Narodil se v Hamburku v rodině významného právníka. V
roce 1876 začal studovat stavební inženýrství na
technice v Drážďanech. Studium ho však nezaujalo a
proto přestoupil na techniku v Mnichově a přitom
navštěvoval na mnichovské univerzitě přednášky z
matematiky a fyziky. Přednáškami byl ta nadšen, že
zanechal studia na technice a rozhodl se věnovat
univerzitnímu studiu matematiky a fyziky. Nastoupil na
univerzitu v Berlíně, kde přednášeli významní profesoři
jako Helmholtze a Kirchhoff. A právě Helmholtz okamžitě
rozpoznal Hertzovo nadání a věnoval mu výjimečnou
péči. Jelikož patřil k zastáncům Faraday-Maxwellovy
teorie elektromagnetického pole. Zaměřil Hertze na
studium elektrodynamiky a řešení jejich experimentálních
úloh.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz 1857 - 1894
Hertz v roce 1880 obhájil doktorskou práci na
téma „O indukci v rotujících koulích“, kterou
recenzenti Kirchhoff a Helmholtz hodnotili jako
výbornou. Hertz se pak stává asistentem, kde
setrval dva a půl roku. V roce 1883 se
habilitoval jako soukromý docent pro obor
matematické fyziky na univerzitě Kielu. Zde však
neměl nedokonalé laboratorní prostředí a tak v
rove 1885 odchází jako profesor fyziky na
Vysokou školu technickou v Karlsruhe.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz 1857 - 1894
Při přípravě demonstrace elektrických výbojů
pro jednu svoji přednášku si povšiml, že mezi
závity cívky, která byla umístěna v blízkosti
jiskřiště, dochází při elektrických výbojích k
přeskokům. Ti byl počátek jeho slavných
experimentů.
V letech 1887 – 1888 realizoval své klasické
experimenty, jimiž nejen potvrdil existenci
elektromagnetických vln, ale také prozkoumal
zákony jejich šíření, odrazu, polarizace a lomu.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz 1857 - 1894
Hertz, stejně jako Maxwell, považoval
mechaniku za základní fyzikální vědu, z níž je
možno odvodit všechny fyzikální jevy. Ve
zbývajících několika letech svého života se
pokoušel vybudovat novou matematickou
teorii zákonů mechaniky.
Za jeho objevy se mu dostalo významných
uznání a vědeckých ocenění.
Záhy však onemocněl těžkou nemocí a 1.
ledna 1894 zemřel ve věku necelých 37 let.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz experiment
Hertzovy experimenty byly věnovány
elektromagnetické vlně a ve své práci „O velmi
rychlých elektrických kmitech“ je Hertz popisuje
následovně: Experiment se skládá ze dvou
elektrických obvodů, kde primární obvod
obsahoval jiskřiště – nazývalo se Hertzův oscilátor –
a bylo tvořeno dvěma navzájem izolovanými
kovovými tyčemi, které byly zakončeny kuličkami;
mezera mezi nimi byla asi 5 mm (kromě tohoto
jiskřiště používal Hertz ještě další uspořádání, kdy na
protilehlé konce tyčí byly nasazeny velké posuvné
koule ze zinkového plechu o průměru 30 cm,
kterými zvyšoval kapacitu jiskřiště).
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz experiment
Schéma základního Hertzova pokusu
prokazující existenci
elektromagnetických vln
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz experiment
Jiskřiště B bylo připojeno ke zdroji vysokého napětí
střídavého napětí. V Hertzových pokusech to byl tzv.
Ruhmkorffův transformátor (induktor) A. Druhý,
sekundární obvod byl tvořen čtvercovým nebo
kruhovým závitem, na jehož koncích bylo opět kulové
jiskřiště M – jeho přeskoková vzdálenost byla jen několik
desetin milimetrů a bylo možno ji nastavovat
mikrometrickým posuvem. Jestliže v primárním obvodu
přeskočila jiskra, působil Hertzův oscilátor jako anténa
vyzařující elektromagnetické vlny do okolí a na jiskřišti v
sekundárním obvodu došlo též k přeskoku jiskry. Protože
délka jiskry v sekundárním obvodu byla jen několik
desetin milimetru, bylo ji možno pozorovat jen pomocí
lupy v zatemněné místnosti.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz experiment
Hertz zkoumal, jaký vliv má rezonance každého z obou
obvodů na intenzitu a délku jiskry v sekundárním obvodu.
Rezonanční kmitočet sekundárního obvodu měnil
přídavnou kapacitou na jeho jiskřišti a u primárního
obvodu posuvem koulí na tyčích jiskřiště. Periodickým
buzením docházelo k tlumeným oscilacím; rozměry
sekundárního obvodu byly voleny tak, aby jeho
rezonanční kmitočet byl týž jako budící kmitočet. Zprvu
byl primární a sekundární obvod spolu vodivě spojeny,
ale později Hertz toto spojení odstranil a zjistil, že v
sekundárním obvodu opět vznikají jiskry. Těmito
experimenty provedl Hertz důkaz, že fyzikálně existují
elektromagnetické vlny. Přitom pracoval s vlnovou
délkou kolem 4 m.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz experiment
Hertz se zprvu domníval, že výsledky jeho
experimentů lze vysvětlit působením zákona
elektromagnetické indukce, aniž by jimi
spolehlivě dokazoval existenci
elektromagnetických vln. Dalším
experimentem však Hertz ukázal, že
elektromagnetické vlnění má stejný charakter
jako světlo, v souladu s Maxwellovou teorií.
Použil k tomu válcové parabolické zrcadlo
zhotovené z plechu o výšce 2 m a šířce 1,2 m, v
jehož ohnisku umístil jiskřiště.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz experiment
Parabolická anténa, jíž
Hertz zkoumal zákonitosti
šíření
elektromagnetických vln.
Mgr. Josef Horálek
Heinrich Rudolf Hertz experiment
Hertz provedl ještě mnoho dalších pokusů, jimiž
prozkoumal a ověřil zákony odrazu elektromagnetických
vln od vodivé roviny, vyšetřoval rychlosti šíření vln, jejich
lom na trojbokém dielektrickém hranolu i polarizaci
vlnění.
V roce 1890 zveřejnil Hertz pojednání „O základních
elektrodynamických rovnicích pro tělesa v klidu“, v němž
předložil zmodernizovanou Maxwellovu teorii, doplněnou
poznatky svými i jiných autorů. Hertzům přístup k teorii
elektromagnetického pole byl ryze fenomenologický;
nepřipouštěl otázky „o fyzikální podstatě elektřiny a
magnetismu“. Uznával však existenci éteru jako
mechanického nositele vln. Kvalitativně vyšší stupeň
poznání v teorii elektromagnetických vln přinesla až
teorie relativity.
Mgr. Josef Horálek
Oliver Heaviside 1850 - 1925
Byl Londýňan, pocházející ze sociálně slabé rodiny a
základní školní vzdělání získával na školách nevalné
úrovně. Jeho strýc významná vědecká osobnost Charles
Wheatstone, opatřil Oliverovi místo technika u Anglicko –
Dánské telegrafní společnosti v Newcastelu. V roce 1883
učinil svůj první objev, když realizoval duplexní telegraf.
Práce v telegrafní společnosti ho však rozptylovala a tak
se vrátil do Londýna, kde si zřídil soukromou laboratoř.
Nikdy se neúčastnil vědeckých konferencí, ale na dotazy
odpovídal obsáhlými (i 30 stránkovými) dopisy. I když
jeho odborné práce vzbuzovaly polemiky pro svoji
obtížnost a těžkou srozumitelnost, dostalo se mu mnoha
vědeckých poct a několika čestných doktorátů.
Mgr. Josef Horálek
Oliver Heaviside experiment
Heaviside se stal průkopníkem a
pokračovatelem Maxwellových myšlenek.
Studium Maxwellovy teorie
elektromagnetického pole ho přivedlo k tomu,
že se stal jedním ze zakladatelů vektorového
počtu. Ten pak využil k matematické formulaci
Maxwellovy teorie, která se tak stala mnohem
přehlednější. Základní zákony Maxwellovy
teorie elektromagnetického pole vyjádřené ve
vektorové formě měly mnohem jednoduší a
přehlednější tvar; tedy ten s kterým se
setkáváme v dnešní literatuře.
Mgr. Josef Horálek
Zdroje
HORÁK Zdeněk: Fyzika, SNTL, 1976, Praha
LEPIL O., Šedivý P.: Elektřina a magnetismus – fyzika pro gymnázia,
Prometheus, 2000, Praha, ISBN 80-7196-202-3
Macháček M,: Encyklopedie fyziky, Mladá fronta, 1995, Praha, ISBN 80204-0237-3
Kraus Ivo: Dějiny evropských objevů a vynýlezů, Academia, 2001,
Praha, ISBN 80-200-0905-1
Mayer Daniel: Pohledy do minulosti elektrotechniky, Kopp, 1999, České
Budějovice, ISBN 80-7232-092-0
http://www.converter.cz
http://www.quido.cz/osobnosti/index.htm
http://www.edunet.cz/fyzikove/Index.html
http://nobelprize.org/
Mgr. Josef Horálek

Podobné dokumenty

číst - ARCHIV - Vedneměsíčník

číst - ARCHIV - Vedneměsíčník Já jsem uÏ po dokonãení prvního dílu nechtûla pokraãovat dál, ale pak jsem vymyslela kolektivní zpovûì Ïen, která je anonymní za úãelem co nejvût‰í intimity...ale pfiece jenom bych se nyní mûla zají...

Více

Miroslav Morovič - Ingrid Hympánová: XXIII. zborík z dejín fyziky

Miroslav Morovič - Ingrid Hympánová: XXIII. zborík z dejín fyziky parametrů k co nejpřesnějšímu zachycení pozorovacích údajů u planet, v našem případě u Saturna. K určení úhlových rychlostí pohybu planet po epicyklech a rychlostí pohybu středů epicyklů (středních...

Více

č. 16 on-line

č. 16 on-line Bůh Izraele, Spasitel...“ Bůh, právě proto, že je Bohem, je spojen s řadou paradoxů. Jedním z nich je ten, že člověku dává nesčetná „znamení své blízkosti“ a současně zůstává skrytým. Proč tomu tak...

Více

Matematické a přírodovědné úlohy pro první stupeň základního

Matematické a přírodovědné úlohy pro první stupeň základního Většina vyspělých zemí má národní systémy pravidelného ověřování znalostí a dovedností žáků počátečních stupňů vzdělávání. Česká republika však dosud takové zjišťování soustavně neprovádí. Co čeští...

Více