Kto objavil elektrinu?

Kto objavil elektrinu? Prekvapivá odpoveď znie: nikto – aspoň nie sám. Elektrina tu bola vždy, v bleskoch aj v praskaní, keď si vyzliekaš vlnený sveter.

Ľudia postupne objavovali, ako elektrina funguje a ako ju využiť. Trvalo to asi 2 600 rokov a pomohlo pri tom množstvo zvedavých hláv. Poďme sa s nimi zoznámiť jedného po druhom!

Odkiaľ pochádza slovo „elektrina“?

Asi pred 2 600 rokmi žil v meste Milétos grécky mysliteľ Táles. Vraj si všimol niečo zvláštne na jantári. Jantár je zlatistý a priesvitný. Je to stromová živica, teda lepkavá šťava stromov, ktorá stvrdla za milióny rokov.

Keď jantár trieš kožušinou alebo vlnou, začne k sebe priťahovať prach, kúsky slamy a pierka. Dnes už vieme prečo. Trenie presúva drobné čiastočky nazývané elektróny z jednej veci na druhú. Obe veci tak získajú elektrický náboj a veci s nábojom sa navzájom priťahujú a odpudzujú.

Grécke slovo pre jantár bolo élektron. Práve odtiaľ pochádzajú naše slová elektrina a elektrón!

Nedá sa však s istotou povedať, že Táles to naozaj urobil. Jeho vlastné spisy sa nezachovali. Príbeh o ňom vyrozprávali až ľudia, ktorí žili dávno po ňom.

Kto prvý skúmal elektrinu ako vedec?

Asi 2 000 rokov sa o elektrine ľudia nedozvedeli oveľa viac. Potom, v roku 1600, napísal anglický lekár William Gilbert veľkú knihu o magnetoch a jantári. Neskôr sa stal lekárom kráľovnej Alžbety I.

Gilbert skúšal trieť mnoho látok, napríklad sklo, síru a drahé kamene. Mnohé z nich priťahovali ľahké veci rovnako ako jantár. Nazval ich electrica – slovom odvodeným od starého názvu jantáru.

Ukázal aj, že celá Zem je ako obrovský magnet. Preto strelka kompasu ukazuje na sever.

Dá sa elektrina posielať a uchovávať?

V roku 1729 Angličan Stephen Gray zistil, že elektrina dokáže prejsť po nite veľký kus cesty. Po hodvábnej nite však neprešla. Tak sa ľudia prvý raz dozvedeli o rozdiele medzi vodičmi a izolantmi – látkami, ktoré elektrinu prepúšťajú, a látkami, ktoré ju zastavia.

Okolo roku 1745 sa ľudia naučili uchovať elektrinu v zvláštnej sklenenej nádobe, ktorá dostala meno leydenská fľaša. Z nabitej fľaše dokázala vyskočiť veľká iskra, ktorá bolestivo kopla.

Je blesk elektrina?

Benjamin Franklin bol americký tlačiar, spisovateľ a vedec. Neskôr pomáhal aj pri zakladaní Spojených štátov. Všimol si, že iskry a blesky majú veľa spoločného. Aj jedny, aj druhé sú jasné, rýchle a hlučné a letia vzduchom kľukato.

Franklin preto usúdil, že blesk je obrovská elektrická iskra. Od neho pochádza aj označenie dvoch druhov elektrického náboja ako kladný a záporný (plus a mínus).

Podľa slávneho príbehu Franklin v júni 1752 púšťal počas búrky šarkana. Na mokrej šnúre visel kovový kľúč. Keď k nemu priblížil kĺb prsta, preskočila malá iskra. Zdalo sa, že to dokazuje, že búrkové mraky sú plné elektriny.

Do šarkana neudrel blesk – to by Franklina pravdepodobne zabilo. Historici si nie sú istí, čo sa presne stalo, pretože Franklin pokus opísal len stručne a až o niekoľko mesiacov neskôr. Vo Francúzsku však iní vedci podľa jeho nápadov naozaj získali iskry z búrkového mraku.

Franklin vynašiel aj bleskozvod: kovovú tyč na streche, ktorú hrubý drôt spája so zemou. Bleskozvod odvedie blesk bezpečne do zeme, takže dom nezačne horieť.

Poďme hlbšie: Čo sa so šarkanom naozaj stalo? pre dospelých a extra zvedavých

• Franklin najprv navrhol zachytávať elektrinu z búrkových mrakov vysokou, špicatou železnou tyčou postavenou na vysokom mieste. Šarkan prišiel na rad až neskôr.
• Pokus so železnou tyčou sa ako prvý podaril vo Francúzsku, v obci Marly-la-Ville, 10. mája 1752.
• Franklinova vlastná správa o šarkanovi vyšla v novinách Pennsylvania Gazette 19. októbra 1752. Opisovala, ako pokus urobiť: šnúru držať za suchú hodvábnu stuhu pod strechou a náboj z kľúča zachytiť do leydenskej fľaše. Nepísalo sa v nej, kedy ho urobil on sám.
• Dátum (jún 1752) a ďalšie podrobnosti pochádzajú z knihy Josepha Priestleyho The History and Present State of Electricity (1767). Priestley ich pravdepodobne počul priamo od Franklina. Podľa Priestleyho Franklinovi pomáhal jeho syn William.
• Do šarkana blesk neudrel. Elektrické pole búrkového mraku nabilo šarkana aj mokrú šnúru a náboj sa dal odoberať pri kľúči.
• Väčšina historikov prijíma, že pokus so šarkanom sa uskutočnil, hoci jeho podrobnosti sú neisté. Niektorí, napríklad Tom Tucker v knihe Bolt of Fate (2003), tvrdia, že sa možno nikdy neuskutočnil.

Prečo sa mykali žabie stehienka?

Okolo roku 1780 robil taliansky lekár Luigi Galvani v meste Bologna pokusy so žabami. Všimol si, že stehienka mŕtvych žiab sa mykli, keď neďaleko preskočila iskra. Neskôr videl, že sa mykajú aj vtedy, keď sa ich dotkol kúskami kovu.

Galvani si myslel, že zvieratá si vyrábajú vlastnú elektrinu. Nazval ju „živočíšna elektrina“. Čiastočne mal pravdu: tvoje nervy naozaj posielajú do svalov drobné elektrické signály.

Ďalší taliansky vedec, Alessandro Volta, mal iný nápad. Všimol si, že žabie stehienka sa mykali najviac vtedy, keď sa ich dotýkali dva rôzne kovy. Čo ak elektrina pochádzala z kovov, a nie zo žaby?

Kto zostrojil prvú batériu?

Aby Volta svoj nápad overil, žaby vynechal. Na seba ukladal kotúčiky zo zinku a medi a medzi ne vkladal kartón nasiaknutý slanou vodou. Vrstvy opakoval znova a znova, až vznikol vysoký stĺpik. V roku 1800 oznámil, že vďaka jeho stĺpu tečie elektrina drôtom, ktorý spája vrch stĺpa so spodkom.

Tento „stĺp“ bol prvou batériou. Iskra zhasne v okamihu, ale stĺp dával stály tok, ktorý neprestával. Tento tok voláme elektrický prúd.

Volta sa stal slávnym. V roku 1801 ukázal svoju batériu Napoleonovi, ktorý vtedy vládol Francúzsku. Po Voltovi sa dnes volá jednotka napätia – volt.

Dokáže elektrina pohnúť magnetom?

Strelka kompasu je malý magnet, ktorý sa vždy natočí na sever. V roku 1820 si dánsky vedec Hans Christian Ørsted všimol niečo úžasné. Keď drôtom blízko kompasu tiekla elektrina, strelka sa od severu odklonila!

Tým sa ukázalo, že elektrina a magnetizmus spolu súvisia. Elektrický prúd dokáže pohnúť magnetom, a to bez dotyku.

O pár týždňov už robil vlastné pokusy francúzsky vedec André-Marie Ampère. Ukázal, že dva drôty, ktorými tečie prúd, sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú – ako magnety. Po ňom sa volá jednotka prúdu, ampér.

Kto zmeral tlačenie a tok?

Georg Ohm bol nemecký učiteľ. Postavil si vlastné prístroje a veľmi starostlivo meral, aký prúd tečie rôznymi drôtmi. V roku 1827 zverejnil jednoduché pravidlo: čím silnejšie tlačenie, tým väčší prúd. Dlhý a tenký drôt brzdí prúd viac ako krátky a hrubý.

To brzdenie sa volá odpor a pravidlu sa hovorí Ohmov zákon. Spočiatku Ohma mnohí vedci nebrali vážne. O niekoľko rokov neskôr však za svoju prácu dostal slávne ocenenie. Jeho meno nesie jednotka odporu – ohm.

Dokážu magnety vyrobiť elektrinu?

Michael Faraday vyrastal v Londýne v chudobe. Ako 14-ročný začal pracovať v kníhkupectve, kde zošíval a lepil knihy. Čítal vedecké knihy, ktoré mu prešli rukami. Neskôr si ho slávny chemik Humphry Davy vybral za asistenta.

Ørsted ukázal, že elektrina dokáže pohnúť magnetom. Faraday premýšľal, či to funguje aj naopak: dokáže magnet vyrobiť elektrinu? V roku 1831 našiel odpoveď.

Keď Faraday zasunul magnet do cievky z drôtu, drôtom pretiekol prúd. Keď magnet vytiahol, prúd tiekol opačným smerom. Keď magnet stál na mieste, nedialo sa vôbec nič.

Tento objav zmenil svet. Stroj, ktorý neustále otáča magnety popri cievkach z drôtu, vyrába elektrinu bez prestávky. Takému stroju hovoríme generátor. Väčšina elektriny u vás doma pochádza z obrovských generátorov v elektrárňach.

O desať rokov skôr, v roku 1821, zostrojil Faraday aj prvý stroj, ktorý pomocou elektriny niečo neustále otáčal. Bol to pradedo všetkých elektromotorov.

Poďme hlbšie: Ako pohybujúci sa magnet vyrobí prúd pre dospelých a extra zvedavých

Faraday objavil elektromagnetickú indukciu: v cievke vznikne napätie vždy, keď sa mení magnetické pole, ktoré ňou prechádza. Čím rýchlejšia zmena a čím viac závitov drôtu, tým väčšie napätie:

$$U_\text{i} = -N \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$$

Tu $U_\text{i}$ je napätie vzniknuté v cievke, $N$ je počet závitov a $\Delta \Phi / \Delta t$ vyjadruje, ako rýchlo sa mení magnetický indukčný tok (množstvo magnetického poľa, ktoré prechádza cievkou). Znamienko mínus znamená, že indukovaný prúd pôsobí proti zmene, ktorá ho vyvolala (Lenzov zákon).

V elektrárni para, padajúca voda alebo vietor roztáča turbínu a turbína roztáča generátor. Jedným z veľkých priekopníkov parnej turbíny bol Aurel Stodola, ktorý sa narodil v roku 1859 v Liptovskom Mikuláši.

Čo má svetlo spoločné s elektrinou?

James Clerk Maxwell bol škótsky vedec, ktorému výborne išla matematika. V 60. rokoch 19. storočia zapísal všetky známe pravidlá elektriny a magnetizmu do sústavy rovníc. Jeho matematika skrývala prekvapenie: elektrické a magnetické účinky sa môžu šíriť priestorom ako vlna.

Maxwell vypočítal, ako rýchlo sa táto vlna šíri, a vyšla mu rýchlosť svetla! Usúdil teda, že aj svetlo je elektrická a magnetická vlna. Vedci jej hovoria elektromagnetická vlna.

Jeho rovnice predpovedali aj neviditeľné vlny rovnakého druhu. V roku 1887 ich nemecký vedec Heinrich Hertz vyrobil vo svojom laboratóriu. Dnes ich voláme rádiové vlny. Používame ich pri rádiu, televízii, Wi-Fi aj mobilných telefónoch.

Poďme hlbšie: Ako Maxwell našiel rýchlosť svetla pre dospelých a extra zvedavých

Len z elektrických a magnetických meraní dokázal Maxwell vypočítať rýchlosť svojich vĺn:

$$c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}} \doteq 300\,000\ \text{km/s}$$

Tu $\mu_0$ a $\varepsilon_0$ sú dve konštanty, ktoré opisujú, aké silné sú magnetické a elektrické sily v prázdnom priestore. Výsledok sa zhodoval s nameranou rýchlosťou svetla. Svetlo, rádiové vlny, mikrovlny, infračervené a ultrafialové žiarenie aj röntgenové lúče sú elektromagnetické vlny. Líšia sa len vlnovou dĺžkou.

Kto rozsvietil noc?

Elektrické svetlo do každej domácnosti potrebovalo žiarovku: sklenenú banku s tenkým vláknom vo vnútri. Prúd vlákno zahreje, až začne žiariť. Z banky je vyčerpaný vzduch, aby vlákno nezhorelo.

Mnohí vynálezcovia sa o takú žiarovku pokúšali, no ich žiarovky rýchlo vyhoreli. V roku 1879 vyrobil tím Thomasa Edisona v USA žiarovku s uhlíkovým vláknom, ktorá svietila viac ako 13 hodín. Približne v tom istom čase vyrobil podobnú žiarovku Joseph Swan v Anglicku. Čoskoro už ich žiarovky vydržali svietiť stovky hodín.

Edison sa pri žiarovke nezastavil. V roku 1882 otvoril v New Yorku jednu z prvých elektrární. Elektrina z nej putovala drôtmi pod ulicami do domov a kancelárií.

Jeho elektrina tiekla len jedným smerom, podobne ako prúd z batérie. Takému prúdu hovoríme jednosmerný prúd (DC).

Ktorý prúd zvíťazil?

Nikola Tesla sa narodil v roku 1856 v dedinke na území dnešného Chorvátska. Študoval v Grazi a v Prahe a pracoval v Budapešti a v Paríži. Potom sa preplavil do New Yorku, kde niekoľko mesiacov pracoval pre Edisonovu firmu.

Tesla presadzoval iný druh prúdu: striedavý prúd (AC). Ten neustále mení smer, tam a späť, mnohokrát za sekundu. Tesla vynašiel dômyselný motor na striedavý prúd. V roku 1888 od neho kúpil práva na tento vynález podnikateľ George Westinghouse.

Westinghouse a Edison potom tvrdo súperili o zákazníkov. Dnes tomuto súpereniu hovoríme vojna prúdov.

Striedavý prúd mal jednu veľkú výhodu. Jednoduchý prístroj zvaný transformátor dokáže jeho napätie ľahko zvýšiť alebo znížiť. Elektrárne tak mohli posielať striedavý prúd ďaleko pri veľmi vysokom napätí a po ceste sa stratilo len málo energie. Pri domoch transformátory napätie znova znížili.

Edisonov jednosmerný prúd dosiahol len do domov vzdialených menej ako asi 1,5 kilometra od elektrárne. No v roku 1896 dorazil striedavý prúd z elektrárne pri Niagarských vodopádoch až do mesta Buffalo, vzdialeného asi 40 kilometrov. Striedavý prúd napokon zvíťazil. Dnes takmer každá domácnosť na svete dostáva zo zásuviek striedavý prúd.

Poďme hlbšie: Prečo vysoké napätie šetrí energiu pre dospelých a extra zvedavých

Drôty sa pri prechode prúdu zahrievajú a toto teplo je stratená energia. Výkon, ktorý sa v drôte stratí, je

$$P_\text{straty} = I^2 R$$

kde $I$ je prúd a $R$ odpor drôtu. Dodávaný výkon je $P = U \cdot I$. Ak chceme poslať rovnaký výkon pri 10-krát vyššom napätí, stačí desatina prúdu. Straty potom klesnú na stotinu!

Transformátory fungujú len so striedavým prúdom, pretože potrebujú meniace sa magnetické pole – opäť Faradayova indukcia. Dnes sa jednosmerný prúd vracia. Moderná elektronika vie meniť aj jednosmerné napätie a niektoré veľmi dlhé káble, napríklad pod morom, prenášajú jednosmerný prúd s vysokým napätím.

Z čoho je elektrina?

V 90. rokoch 19. storočia už ľudia vedeli elektrinu vyrobiť, poslať ďaleko a využiť. Nikto však nevedel, čo sa v drôtoch vlastne pohybuje!

V roku 1897 túto záhadu vyriešil anglický vedec J. J. Thomson. Objavil drobnú čiastočku, oveľa menšiu ako atóm, so záporným elektrickým nábojom. Dnes ju voláme elektrón.

Čoskoro vedci pochopili, že elektrický prúd v kovovom drôte je tok elektrónov. Príbeh, ktorý sa začal jantárom, po grécky élektron, nakoniec priviedol vedcov k čiastočke menom elektrón!

Poďme hlbšie: Franklinovo plus a mínus pre dospelých a extra zvedavých

Franklin musel hádať, ktorý druh náboja sa pohybuje, keď tečie prúd. Tipol si, že tečie kladný náboj, od plusu k mínusu. Táto voľba sa stala dohodnutým smerom prúdu a dodnes sa tak kreslí v schémach obvodov.

Keď Thomson objavil elektrón, ukázalo sa, že elektróny nesú ten druh náboja, ktorý Franklin nazval záporný. V kovovom drôte sa teda elektróny v skutočnosti posúvajú od mínusu k plusu, opačne ako šípka nakreslená pre prúd. Oba opisy dávajú vo výpočtoch rovnaké výsledky.

Kto posielal správy bez drôtov?

Približne od roku 1840 posielali ľudia správy po drôtoch pomocou telegrafu. Každé písmeno malo kód z krátkych a dlhých signálov – bodky a čiarky Morseovej abecedy. Okolo roku 1900 sa vynálezcovia predbiehali, kto skôr pošle také správy vzduchom pomocou rádiových vĺn, bez akýchkoľvek drôtov. Najslávnejší z nich bol Talian Guglielmo Marconi.

Jeden z týchto vynálezcov pochádzal zo Slovenska. Jozef Murgaš sa narodil v roku 1864 v Tajove neďaleko Banskej Bystrice. Bol kňazom a maliarom a miloval vedu. V roku 1896 odišiel do mesta Wilkes-Barre v USA, aby tam pôsobil ako kňaz slovenských rodín.

Murgaš vymyslel dômyselný spôsob, ako posielať Morseovu abecedu rádiom. Každú bodku poslal ako vysoký tón a každú čiarku ako nízky tón, takže sa dali ľahko rozlíšiť podľa sluchu. V roku 1904 dostal svoje prvé americké patenty – úradné listiny, ktoré potvrdzujú, kto čo vynašiel. V roku 1905 posielal rádiové správy medzi dvoma mestami vzdialenými asi 30 kilometrov.

Čie mená sa skrývajú u vás doma?

Pozri sa na batériu, obal od žiarovky alebo na nabíjačku telefónu. Nájdeš na nich jednotky pomenované po vedcoch a vynálezcoch – väčšinou práve z tohto príbehu:

Jednotka	Čo meria	Pomenovaná po
volt (V)	tlačenie elektriny	Alessandrovi Voltovi
ampér (A)	aký veľký prúd tečie	André-Marie Ampèrovi
ohm (Ω)	odpor	Georgovi Ohmovi
watt (W)	elektrický výkon: koľko energie sa spotrebuje za sekundu	Jamesovi Wattovi, škótskom inžinierovi
hertz (Hz)	koľkokrát sa niečo zopakuje za sekundu	Heinrichovi Hertzovi

Jednotka tesla, pomenovaná po Nikolovi Teslovi, meria, aké silné je magnetické pole – neviditeľné pôsobenie okolo magnetu.

Over sa

Odkiaľ pochádza slovo „elektrina“?

Z mena gréckeho vedca Z gréckeho slova pre jantár Zo starého slova pre blesk

Ukáž odpoveď

Z gréckeho slova pre jantár — Starí Gréci volali jantár „élektron“. Keď sa jantár trie, priťahuje prach a pierka.

Over sa

Čo objavil Michael Faraday v roku 1831?

Že pohyb magnetu pri cievke z drôtu vyrobí prúd Ako zostrojiť prvú batériu Elektrón

Ukáž odpoveď

Že pohyb magnetu pri cievke z drôtu vyrobí prúd — Keď magnetom pohybuješ dnu a von z cievky, potečie prúd. Generátory v elektrárňach tento nápad využívajú dodnes.