Student World

Kdyby bylo možné připojit kousek kovu k baterii a rozpálit ho na potřebnou teplotu, pak by vydával světlo. Ale jak to udělat, aby kov vydržel žhnout dostatečně dlouho, neshořel a aby tak bylo možné tohoto jevu využít?

Právě to zatím nikdo nedokázal. Mikrosvět hmoty byl tak málo prozkoumán, že bylo nemožné sledovat, co se děje s elektrickou energií, když se uvolňuje. Již v roce 1872 Rus Alexandr Lodygin umístil dvě stovky elektrických lamp okolo námořního přístaviště v Petrohradu. Ale když je rozsvítil, zářily tak silně, že se během pár hodin použité kovové vlákno rozteklo.

Lákadlo elektrického světla nevyprchalo, protože i olejové nebo plynové lampy, které v té době byly nejlepší alternativou umělého osvětlení, měly své vlastní problémy. Na počátku 19. století bylo zabito obrovské množství velryb, aby se z nich získal poměrně čistý olej do lamp. Když cena velrybího tuku příliš stoupla, začal se používat petrolej a jiné těžší oleje. Jejich nevýhodou však byl kouř, zápach a pokud se lampa převrhla, i možný požár. Zemní plyn byl trochu lepší variantou, ale bylo ho málo a bylo příliš komplikované rozvádět ho na velké vzdálenosti. Navíc bylo třeba regulovat hořící plamínek a hlídat saze.

První typ kovu, který Edison zvolil pro své elektrické světlo, byla platina, protože má ze všech známých kovů nejvyšší bod tání. Jenže je to současně jeden z nejdražších kovů. Rozhodl se proto použít jiné, levnější varianty. Nejprve použil dráty z niklu. Ty nevzplály tak často, jako se to stávalo v jeho dřívějších pokusech. Ale když se niklový drát hodně rozžhavil, světlo bylo příliš silné. „Následkem enormní intenzity světla,“ poznamenal si Edison do zápisníku, „…jsem trpěl pekelnou bolestí očí od deseti večer do čtyř do rána… Abych usnul, musel jsem si vzít silnou dávku morfia.“

Pak se mu podařilo udělat lampy s niklovým drátem, ale i ty vyhořely příliš rychle. Jeden z jeho kolegů vzpomíná na jednu z prvních demonstrací těchto lamp pro příznivce z Wall Street: „Ještě dnes vidím ty lampy (s niklovým drátem) jak se rozpalují do třešňově červené, vypadají jako žhaví brouci, a slyším pana Edisona, jak říká: ,přidat ještě trochu šťávy‘, a lampy začínají žhnout… Potom… výbuch a dým, a technická dílna se ocitla v absolutní temnotě.“

První trik, který Edison použil k tomu, aby dráty neshořely, bylo, že zabránil přístupu vzduchu. To vyžadovalo vytvořit kolem drátu vakuum. Nakoupil pumpy, které odsály vzduch ze skleněných nádob. Najal skláře, zručné foukače skla, a zlepšil čerpadla. Netrvalo dlouho, a v jeho venkovské laboratoři v New Jersey jeho tým vytvořil malé skleněné nádobky ve tvaru, který připomínal květ tulipánu. Měl k dispozici žárovky, které uvnitř měly menší tlak vzduchu, než kolik je na vrcholu Mount Everestu, ba dokonce méně, než je o sto kilometrů výše ve stratosféře Země. Od konce roku 1879 pak měl malé skleněné baňky, které obsahovaly stěží jednu miliontinu tlaku vzduchu než je v běžné atmosféře.

Přesto však nefungovaly. Jakékoli kovové vlákno, které Edison vložil dovnitř žárovek, se rozpálilo tak, že buď shořelo, rozteklo se, nebo prasklo – i přes velice nízký tlak vzduchu uvnitř žárovky – popřípadě jen zasyčelo před tím, než pokus selhal. Uvědomil si, že musí vyzkoušet něco jiného, než je kov.

V jednu chvíli Edison vložil mezi dvě elektrody proužky spáleného papíru, aby mohl pozorovat, jak se budou žhavit. Jindy vyzkoušel kousky korku a potom i bavlněné nitě. Bavlna vypadala poměrně slibně. Začal proto rozhlašovat, že se blíží k velkému úspěchu. Ale příliš se mu nedařilo, a tak se jednou ve vzteku podíval na fragmenty papíru pod mikroskopem. Chtěl jen zjistit, zda je možné dosáhnout takového zvětšení, aby si mohl představit, jak elektrické jiskřičky procházejí materiálem. Jediné, co měl, bylo přesvědčení, že jakékoli rychle se pohybující elektrické částice musí uvnitř narážet a pleskat do vláken, a to takovou silou, že se drát nebo vlákno zahřívá. Je to něco podobného, jako když si o sebe mneme studené ruce a po chvíli cítíme teplo v dlaních. A tak se rozhodl hledat nějaké jemnější vlákno.

„Věřím,“ téměř vztekle řekl jednou svým dělníkům, „že někde v zahradě Všemohoucího roste zelenina, která má geometricky rovnoběžná vlákna, která potřebujeme. Najděte ji!“

A to také jeho tým udělal. V té době měl mnohem víc peněz než kterýkoli z dalších vynálezců v oblasti elektřiny. Měl k dispozici téměř neomezené finanční zdroje od svých newyorských příznivců – a navíc, měl nejmotivovanější zaměstnance. Edison věděl, že pro něho samotného byla hnací silou chudoba, a tak si za spolupracovníky vybíral lidi, kteří se mu v tomto směru podobali. Byli to houževnatí a neurvalí potulní technici, kteří dělali za Občanské války bůhvíco. Byli to například bystrý London Cockney, Samuel Insull a mnoho dalších. Z týmu se stalo specializované pracoviště na výrobu a vývoj kovových vláken a vzduchových čerpadel. Nyní se zaměřili na hluboké studium všeho, co souviselo s rostlinnými vlákny. I když nastudovali spousty odborné literatury, přece se nedopracovali potřebné odpovědi. Začali proto cestovat; jeden člen týmu vyrazil na Kubu, jiný do Brazílie a třetí do Číny. Další se vydali na Východ. A tady, uprostřed jižního Japonska, narazili na bambus. Měl vlákna, která mnohem lépe odpovídala Edisonovým potřebám. Byla mnohem lepší, než jaké šlo tehdy vyrobit z platiny, niklu, dokonce i z bavlny, která se zatím zdála nejlepší.

Když Edisonovi muži připojili vlákna bambusu k drátům baterie, a tu zapnuli, vlákno bambusu zuhelnatělo a slabě se rozžhavilo. Když dali bambusové vlákno do skleněné baňky žárovky a čerpadlem odsáli vzduch, vlákno zářilo jasněji a žhnulo a žhnulo a žhnulo. Ruské platinové vlákno vydrželo zářit maximálně dvanáct hodin. V přibližně stejném období, jako probíhaly Edisonovy pokusy, dokázali Joseph Swan a další vědci v Anglii svítit už několik hodin. Avšak zuhelnatělý japonský bambus, izolovaný a rozžhavený ve své skleněné žárovce, vydržel zářit déle než 1 500 hodin.

Edison a jeho tým museli pro to, aby se z jeho objevu stalo skutečně praktické dílo, uskutečnit ještě mnoho dalších vynálezů. Jako první je – jako obvykle – napadlo, že by mohli ukrást něčí patenty. Pracovali však v tak mladém a nově se rozvíjejícím oboru, že v té době neexistovalo ještě tolik vynálezů, které bylo možné kopírovat. Elektrické žárovky například bylo potřeba snadno umístit do objímky – a v té době nikdo jiný nic podobného nevyvíjel. Proto lidé z týmu přišli s originálním řešením: upravili závity koncovky petrolejových lamp (odtud také pochází závity žárovek tak, jak je známe dnes). Přitmelili vakuované žárovky těsně k závitnici tak, aby dovnitř nemohl proniknout žádný vzduch, ve kterém by se vlákno rychle přepálilo a shořelo.

Ale bylo třeba ještě dalších vynálezů. Potřebovali systém automatického měření spotřebovaného elektrického proudu (tak, aby za něj mohli inkasovat), a také bylo nutné zlepšit způsoby dodávání proudu žárovkám. A tak měl brzy Edison a jeho tým tolik nových oblastí ke zkoumání, že téměř úplně přestali kopírovat cizí patenty. Jednu věc, jako telefon, mohl vynalézt jeden člověk. Ale Edisonova síť elektráren vyžadovala další a další synchronizaci nových postupů ve vývoji vypínačů, pojistek, elektrického vedení, izolátorů a dalších. Edison už nebyl podvodníkem. Stal se tvůrcem.

Nová vlna objevů konce 70. let 19. století mnohonásobně překonala vývoj, který odstartoval vynález telegrafu před padesáti lety. Telegraf se tehdy zdál bezmezně mocným prostředkem komunikace. Jeho nevinné systematické pípání změnilo podnikatelské zvyky, finanční trhy, monitorování zpráv ze světa a politické organizace po celém světě. Rychlejší přenos informací zmenšil svět, stejně jako obyčejná žárovka zkrátila noc.

Ovšem bez ohledu na to, jak rychle se šířily informace zprostředkované telegrafem, ve finále vždy šlo pouze o výsledné rytmické vyluzování zvuku na konci drátu. Inženýři viktoriánské doby byli schopni rozpohybovat obrovská břemena, jako například lokomotivy nebo písty továrních strojů, ale vždy jen s pomocí parních strojů. Nyní, v poslední dekádě 19. století, vymysleli stroje, které byly schopny dodávat elektrickou energii do nových zařízení a pohánět je tak novým, svěžím a důvtipným způsobem.

Nejefektivnějším zařízením se v období těchto vynálezů stal elektromotor. Již několik desítek let existovaly malé elektromotory, které byly spíše hračkami, ale podobně jako v případě telefonu, i tato zařízení dokázal Edison a jeho tým – spolu s mnoha dalšími – zdokonalit.

Abychom si dokázali lépe představit, co se děje uvnitř elektromotoru, představme si ciferník hodin, který má pouze jednu dlouhou minutovou ručičku, která má klidovou polohu v pozici poledne. Tato „minutovka“ by tam tedy zůstala v klidu, ale někdo zapojil a přitiskl elektromagnet k ciferníku, a ručička se posunuje k místu, kde hodiny ukazují „čtvrt“.

Když je elektromagnet zapojen, kovová ručička se musí pohybovat v daném směru, protože je přitahována magnetem. Pokud by magnet zůstal ve své pozici, minutovka by se nanejvýš nervózně chvěla na daném místě.

A teď se pokusíme představit si, že přesně v okamžiku, kdy se minutovka blíží k pozici „čtvrt“, nějaký jiný trapič magnet vypne a zapojí další magnet v pozici „tři čtvrtě“. Kovová ručička přeběhne setrvačností nad pozicí „čtvrt“ a potom, místo toho, aby se zastavila, začne směřovat k nové pozici přikázané magnetem – vydá se na pozici „tři čtvrtě“.

Pokud by se falešná hra s ručičkou ukončila v tomto okamžiku, pak by minutovka pokračovala na své trati až k „celé“, kde by si konečně oddychla. Ale nedopřejeme jí tento odpočinek. Představme si, že těsně poté, co dosáhne svého cíle „poledne“, zapojíme elektromagnet v pozici „čtvrt“. A celý legrační proces pochodu se opakuje. Ručička je jako na chrtích závodech, vždy bez toho, že by dosáhla svého cíle.

Tak takhle se chová elektromotor. Běžně můžeme slyšet jeho chod. Jsou v něm dva elektromagnety; každý je zapojen od startu do zastavení motoru padesátkrát za vteřinu, takže v motoru probíhá 100 změn za sekundu. Ty vyvolávají známé vrčení motoru. A kdybychom z těchto „hodin“ chtěli dostat energii, stačilo by třeba uvázat nit za ručičku a nechat ji navíjet na hřídel, na které ručička sedí.

Elektromagnety, které nutí ručičku k pohybu dokola kolem ciferníku, by měly sílu, která by stačila vytáhnout na niti pouze malé břemeno, třebas proutěný košíček pro panenku. Teď si ale představme větší zařízení, tak, jak to udělal Edison a ostatní. Tam máme obrovské elektromagnety, které v motoru odebírají energii a leží v pozici „čtvrt“ a „tři čtvrtě“. Kovová tyč, která je magnety otáčena dokola, už není jako nit, je silná dost, aby ve výtahové šachtě vysokého domu vytáhla nahoru tunovou nebo i větší zátěž.

To byl zásadní objev pro stavbu mrakodrapů. Samozřejmě byly k jejich stavbě potřebné silné ocelové nosníky, ale kdyby lidé musely tyto trámy vynášet několik pater do výšky, určitě by stavitele přešlo nadšení. Ale s pomocí elektrického výtahu se žádný z nich tak dřít nemusel. Ceny pozemků byly v centru New Yorku a Chicaga vysoké, takže bylo velice rozumné stavět do výšky. A tak se brzy nad těmito a mnoha dalšími městy začaly rýsovat jehlany výškových budov, které byly vystavěny díky elektřině.

Tento text je úryvkem z knihy: David Bodanis: Neviditelná síla – svět elektřiny, Dokořán a Argo, 2009

O knize na stránkách vydavatele

Obrázek: Wikipedia, licence public domain

autor