Láhev, ze které se nepije

„Chtěl bych Tě zpravit o novém, ale příšerném experimentu, a radím Ti, za žádných okolností to osobně nezkoušej... Zabýval jsem se zkoumáním elektrických sil... Náhle jsem v pravé ruce ucítil šok takové síly, že se celé mé tělo rozechvělo, jako bych byl zasažen bleskem... Jedním slovem, myslel jsem, že je se mnou konec...“. (Z dopisu Pietera van Musschenbroeka francouzskému přírodovědci a fyzikovi René de Réaumurovi v lednu roku 1746.) Letos si připomínáme 255. výročí úmrtí objevitele rané podoby kondenzátoru holandského učence Pietera van Musschenbroeka.

Jak píše Tom McNichol (AC/CD. San Francisco, CA:Jossey-Bass, 2006), leydenská láhev, to byla elektřina v nádobě, důvtipný způsob, jak uchovávat statický elektrický náboj a podle potřeby jej vylévat. Vynalézavé experimenty s elektřinou uchvátily zástupy v celé Evropě. V roce 1746 Jean-Antoine Nollet, francouzský kněz a fyzik, vybíjel baterii leidenských lahví v přítomnosti krále Ludvíka XV. tak, že nechal probíjet statickou elektřinu řetězem 180 nastoupených královských gardistů, kteří se drželi za ruce. Nadskočení všech vojáků současně po elektrickém šoku bylo vděčně kvitováno smějícím se panstvem. Nollet také propojil dlouhou řadu sedmi set kartuziánských mnichů v řeholním oděvu a umožnil jim zažít šok, na který nikdy nezapomněli.

Módní experimenty s elektřinou a magnetismem

Polovina 18. století zastihla Evropu v čilém experimentování s elektřinou a magnetismem. Učení vědci stejně jako příslušníci různých vrstev společnosti byli tímto novým vzrušujícím fenoménem fascinováni. Pokusy se statickou elektřinou, třecími elektrikami a leydenskými láhvemi se staly velmi populárními a mnohé používané přístroje přežily ve školních fyzikálních kabinetech až do časů současných. Guerickeho a zejména pak Nolletova „třecí elektrika“ začala dávat poměrně silný elektrický náboj, který však bylo třeba pro další zkoumání uchovávat a hromadit. Historicky prvním záměrně konstruovaným zásobníkem elektrického náboje se stala leydenská (též leidenská) láhev – zařízení, které uchovává statickou elektřinu mezi elektrodou na vnějším povrchu skleněné nádoby a druhou elektrodou uvnitř nádoby. Toto zařízení se svým principem, nikoli však provedením, blížilo dnešnímu kondenzátoru. Objev leidenské láhve byl inspirován tehdejším názorem na podstatu elektřiny – nehmotné substance, „nezvažitelné“ kapaliny, tzv. fluidum. Bylo „logické“ je shromažďovat v láhvi, byť se technicky jednalo o vysokonapěťový elektrolytický kondenzátor s kapacitou několika set až tisíců pF a maximálním provozním napětí několika desítek kilovoltů. Podobně jako u zrodu řady dalších významných objevů a vynálezů také v tomto případě nelze jednoznačně určit, komu vlastně náleží priorita.

Mnoho objevitelů

Nezávisle na sobě objevili tento jev „kapacitance“ téměř současně čtyři badatelé ve čtyřech různých zemích. V pruském Pomořansku děkan katedrály v Camminu, německý kněz a přírodovědec Ewald Jürgen Georg von Kleist při jednom z experimentů na podzim 1745 – ačkoliv si byl vědom důležitosti svého poznatku – podal o něm písemnou zprávu jen několika významným vědcům v Německu. Tištěný záznam o jeho pokusech byl publikován až v roce 1746 v Geschichte der Erde. Druhým objevitelem byl holandský fyzik, chemik a matematik, pedagog, průkopník Newtonových myšlenek a konstruktér vědeckých přístrojů Petrus (Pieter) van Musschebroek, profesor na univerzitě v Leydenu (nynějšího Leidenu), od jehož úmrtí letos uplynulo 255 let. Jeho sdělení jako dopisujícího člena přečetl v lednu 1746 v pařížské Akademii věd fyzik a přírodovědec René Réaumur. Ke stejnému poznatku dospěl podle některých pramenů v témže roce i skotský benediktinský mnich Andrew Gordon. Vedle podrobného popisu přístrojového uspořádání a dosaženého efektu Musschenbroek v dopise dále uvedl, že na tvaru skleněné nádobky nezáleží, avšak má-li být pokus úspěšný, musí být zhotovena z německého nebo českého skla. Jeho tloušťkou je významně ovlivněna intenzita vybíjení.

Elektrický polibek

Jednu z prvních verzí leidenské láhve objevil také horlivý propagátor elektřiny nejen v Německu, ale i v cizině („loboval“ u papeže a dokonce také u nejvyššího muslimského duchovního Velkého Muftího v Istanbulu), profesor přírodní filozofie na univerzitě ve Wittenbergu Georg Matthias Bose. Také on se vedle seriozního bádání zapojil do předvádění v té době zřejmě velmi oblíbených demonstrací bezpříkladné síly elektřiny. Jeho „majstrštykem“ byl u diváků velice populární elektrický polibek, při němž byla atraktivní mladá žena vyzvána, aby se postavila na pryskyřičnou podložku. Na ní se nechala mírně zelektrizovat pomocí třecí elektriky, tj. jednoduchého generátoru elektrického náboje. Poté byli muži v publiku vyzváni, aby nějaký dobrovolník dal dámě polibek. V okamžiku dotyku byla dvojice vyděšena náhlým elektrickým výbojem. Prvenství vynálezu však nakonec zůstalo v povědomí široké veřejnosti domovem spíše v Leydenu.

Leydenská láhev

Vynález leydenské láhve byl možná největším pokrokem studia elektřiny a magnetismu v 18. století. Sehrál důležitou úlohu v mnoha experimentech z obdoby počátků výzkumu elektřiny. Ve své původní podobě se jednalo o skleněnou nádobu naplněnou vodou nebo rtutí, do níž byl zaveden kovový drát procházející zátkou. Voda tvořila jednu elektrodu kondenzátorů, sklo sloužilo jako dielektrikum. Druhou elektrodou byla ruka držící láhev při experimentech. Brzy byla jejich konstrukce upravena anglickými učenci J. Bevisem a W. Watsonem. Vnější i vnitřní povrch skleněné nádoby byl polepen vodivým materiálem, sklo nadále sloužilo jako dielektrikum, které oba polepy oddělovalo. Z vnitřního polepu vedl hrdlem láhve ven vodič, zakončený kovovou koulí. Leydenské láhve se obvykle nabíjely elektrostatickou indukcí. Dvě takové láhve je možno vidět v premonstrátském klášteře v Teplé u Mariánských Lázní. Později se zjistilo, že skleněná nádoba vlastně vůbec není nutná, a že elektrický náboj mohou také uchovávat dvě vodivé desky oddělené vakuem.

Pieter van Musschenbroek

Narodil se i zemřel v holandském Leydenu, kde jeho vážená rodina (otec, strýc a bratr) vyráběla různé fyzikální aparáty (mikroskopy, dalekohledy, pumpy, tlakoměry, teploměry). Od roku 1708 studoval na latinské škole a posléze na univerzitě v rodném městě. Byl neobyčejně vzdělaný – mluvil řecky, latinsky, francouzsky, anglicky, německy, italsky a španělsky. V roce 1715 získal hodnost magistra lékařství, následně odešel do Londýna, kde navštěvoval matematické a fyzikální přednášky Isaaca Newtona a J. T. Desaguliera. V letech 1719 až 1723 působil jako profesor matematiky a fyziky (tehdy přírodní filozofie) v německém Duisburgu, v roce 1721 zde byl jmenován též profesorem lékařství. V roce 1731 odmítl pozvání univerzity v Kodani a dal přednost místu profesora astronomie v Utrechtu. Dlouhá léta spolupracoval s německým fyzikem, samoukem a výrobcem teploměrů D. G. Fahrenheitem. Roku 1739 přijal nabídku na místo profesora matematiky a experimentální fyziky na univerzitě v Leydenu, kde přes množství nabídek dalších výhodných postů, zůstal až do své smrti.

Pokusy nejen s elektřinou

Mimo zkoumání elektřiny a magnetismu (poprvé soustavně pozoroval kulové blesky, které dodnes patří mezi ne zcela vysvětlené jevy, i když existují jak experimentální důkazy jejich existence, tak i celá řada teoretických modelů jejich výkladu) se zabýval i jinými vědními oblastmi. V roce 1725 zhotovil kovový teploměr (pyrometr) založený na roztažnosti kovů (používal měď a ocel). Prodloužení či zkrácení kovové tyče se pomocí pákového mechanismu přenášelo na ukazatel. Jako jeden z prvních prováděl pokusy s různými pevnými látkami se zaměřením na jejich materiálové a konstrukční vlastnosti. Připisuje se mu také objev zákona o lomu světla. Svoje knižní díla napsal latinsky (Institutiones physicae, Experimantalis Kompendium physicae, Tentamina Experimentorum aj.). Spis Elementa Physica (1726) byl přeložen do pěti jazyků a sehrál významnou úlohu při rozšiřování Newtonových filozofických názorů po Evropě.

P. van Musschenbroek byl členem Královské vědecké společnosti v Londýně (1734) a francouzské Akademie věd, členem společností věd v Montepellier, Berlíně a Stockholmu. V roce 1754 byl jmenován čestným profesorem na ruské imperiální akademii věd v St. Petersburgu (Petrohradu).

Zdroje

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

Heřman, J.: Od jantaru k tranzistoru. Vydavatelství FCC PUBLIC, Praha 2006.

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

Pickover, C., A.: Kniha o fyzice. Argo/Dokořán, Praha 2015.

Štoll, I.: Dějiny fyziky. Prometheus, Praha 2009.

Ottův slovník naučný. Vyd. a nakl. J. Otta, Praha 1888.

Kronika techniky. Fortuna Print, Praha 1993.