Magnetická polarizace kovů a rud rozdílem teplot Thomase Johanna Seebecka

Na reálnou souvislost tepla a elektřiny narazili při některých experimentech již badatelé 18. století. Bylo to např. zapalování lihu elektrickou jiskrou, tavení drátu elektrickým výbojem či pokusy s turmalínem (pyroelektrický jev). Hlubší souvislost mezi teplem a elektrickým proudem a jejich vzájemná přeměna však byly objeveny až v první polovině 19. století. Významnou měrou k tomu přispěl přední německý experimentátor a soukromý badatel v oblasti fyziky a chemie Thomas Johann Seebeck. Od jeho narození uplynulo 245 let.

Thomas Johann Seebeck se narodil 9. dubna 1770 v Revalu (dnešní součásti hlavního města Estonska Tallinnu) v bohaté obchodnické rodině. Jeho otec byl Němec s rodovými kořeny ve Švédsku a snad proto vedl svého nadaného syna ke studiu na univerzitách v Berlíně a Göttingenu. Zde roku 1802 získal lékařskou hodnost. Nicméně již jako student se intenzívně zajímal o přírodní vědy; těm dal nakonec přednost před výnosnou medicínskou praxí a po celý život se výhradně věnoval soukromému bádání v oblasti fyziky a chemie.

Přítelem básníka

Po dokončení studia pobýval v Jeně (střídavě také v Bayreuthu a Norimberku), kde počátkem století působilo několik vynikajících filozofů a přírodovědců, mezi nimi i významný básník a polyhistor J. W. Goethe. Právě ten se stal jeho dobrým přítelem a inspirováni německým romantismem pracovali společně mimo jiné na anti-newtonovské teorii barev (Farbenlehre) a účinků barevného světla. Zde mají také kořeny další Seebeckovy výzkumy v oboru optiky i chemie – zkoumal tepelné a chemické účinky různých barev slunečního světla, popsal působení světla na chlorid stříbrný, jako první vyrobil amalgám draslíku (1808) a o dva roky později zjistil citlivost vlhkého oxidu stříbrného na barvy (základ barevné fotografie), objevil polovodičové vlastnosti sirníku olovnatého (galenitu), zkonstruoval polariskop a v roce 1818 objevil optickou aktivitu cukerného roztoku. Ačkoliv dosažené výsledky v tomto vědním oboru nebyly zcela původní, přinesly mu členství v berlínské Akademii věd (1814) a o dva roky později podíl na výroční ceně pařížského Institutu de France. Seebeckovo jméno je také spojováno s vynálezem sirény tvořené rotujícími kotouči s pravidelně rozloženými otvory jako zdroje akustického signálu. („Sirénou“ se nazývá proto, že vydává zvuk i pod vodou.)

Na stopě magnetické hystereze

V roce 1820 se Seebeck vrátil do Berlína, kde působil třináct let na Královské pruské akademii věd. Zabýval se zde především elektrickou magnetizací železa a oceli; pozoroval také magnetické vlastnosti niklu a kobaltu. Na základě rozsáhlých experimentů s magnetizovatelností různých materiálů zaznamenal jako první anomální chování magnetizovaného, do červena rozžhaveného železa, jednu z prvních indicií jevu nazývaného magnetická hystereze. Pravděpodobně byl rovněž prvním, kdo zobrazil magnetické pole permanentního magnetu pomocí železných pilin. Tento jeho objev, který se za několik let stal jedním ze stavebních kamenů nové fyzikální koncepce elektřiny a magnetismu, však tehdy zůstal bez povšimnutí.

Dal jméno termoelektrickému jevu

Přestože pracoval v mnoha fyzikálních odvětvích, mezi jeho nejznámější objevy patří termoelektrický jev, tzv. Seebeckův jev z roku 1821. Když zkoumal vliv tepla na galvanické uspořádání a ověřoval hypotézu možnosti vytvářet teplem magnetismus, spojil do oblouku tvarovaný drát z bismutu s podobně tvarovaným drátem z mědi a vytvořil smyčku. Náhodně zjistil, že když podrží jeden ze spojů bismut-měď v teplé ruce, magnetická jehla umístěná uvnitř smyčky se pohne. Pokus stále opakoval citlivým zahříváním v místě spojů různých vodičů – vznikalo zde konstantní napětí a začal proudit „termický“ proud. Tepelná energie se přímo měnila v elektrickou. Zprvu se mylně domníval, že jde o efekt způsobený magnetickým polarizováním dvou kovů teplotním spádem, a nazval jej „termomagnetismus“. Po mnohonásobném opakování pokusů s rozdílnými páry kovů uspořádal podle velikosti účinků na magnetickou jehlu celkem 28 materiálů do termoelektrické řady, začínající vizmutem jakožto extrémně negativním vodičem, a končící tellurem jakožto vodičem extrémně pozitivním. Svoje termomagnetické studie uveřejnil v roce 1823 pod názvem „Magnetická polarizace kovů a rud rozdílem teplot“.

K čemu to všechno?

Použití termočlánku je dvojí: jednak jej lze použít k měření teploty, jednak jako zdroj stálého elektrického proudu – elektromotorické napětí tohoto zdroje i jeho vnitřní odpor jsou velmi stálé.

Jak to již u mnohých vědeckých objevů bývá, také termoelektrický jev je poznamenán problémy s prioritou. Za nezávislého objevitele termoelektřiny bývá rovněž pokládán Angličan James Cumming (1777-1861), který první popis svého objevu uvedl v časopise Annales of Philosophy v roce 1823. Stručná zpráva o Seebeckově objevu byla sice uveřejněna v témže časopise roku 1822, ale jeho podrobný popis nebyl zveřejněn dříve než v roce 1825. Přestože je velmi pravděpodobné, že Cumming učinil svůj objev nezávisle, Seebeckova priorita se tím asi nezpochybňuje.

Za svého pobytu v Beyreuthu se Seebeck v roce 1795 oženil s Julianou Amálií Ulrikovou, dcerou Královského pruského dvorního rady. Životopisné prameny udávají z rodiny přinejmenším jednoho syna, Louise Fredericka. Thomas Johann Seebeck zemřel ve věku 61 let 10. prosince 1831 v Berlíně.

Zdroje

1. Košťál, J.: Ročenka ELEKTRO 2010. Praha, FCC Public 2010.

2. Heřman, J.: Od jantaru k tranzistoru. Praha, FCC Public 2006.

3. Heřman, J.: Vývoj názorů na podstatu elektřiny. ELEKTRO, 2000-2006.

4. Mayer, D.: Pohledy do minulosti elektrotechniky. České Budějovice, Nakladatelství Kopp 1999.

5. Štoll, I.: Dějiny fyzika. Praha, Prometheus 2009.

6. Ottův slovník naučný. XXII. díl. Praha, Vydavatel a nakladatel J. Otto 1888.