Autor PROJEKTU: JAKUB ŠTUPÁK
Kombinácia: Fyzika – MATEMATIKA
PREŠOV 2004
Dátum vyhotovenia: 28.11.2004
PRÍHODY ZO ŽIVOTA ANDRÉ MARIAE AMPŔA
Zakladateľom elektrodynamiky bol francúzsky fyzik André Marie Ampére, ktorý sa preslávil aj vedeckými prácami z vyššej matematiky a jej použitia na riešenie fyzikálnych problémov. Ampérové geniálne vedecké práce boli základného významu. Okrem matematiky a fyziky sa Ampére po cely život zaujímal o najrozmanitejšie vedné odbory. Zaoberal sa botanikou a filozofiou. Na jeho počesť pomenovali jeho menom jednotku elektrického prúdu..
Úlohou prírodovedných predmetov v škole je priblížiť žiakom hlavné črty súčasného prírodovedného obrazu sveta, ktorý by zodpovedal veku a úrovni myslenia žiakov. Žiaci sami nie sú schopní vedomosti získané v jednotlivých prírodovedných predmetoch syntetizovať do celku. Preto je potrebné, aby didaktické systémy prírodovedných predmetov na základnej škole neboli navzájom izolované, ale aby sa v nich rešpektovali objektívne existujúce medzipredmetové vzťahy. Len tak možno u žiakov vypestovať schopnosť transferu vedomosti, zručnosti a návykov z jedného prírodovedného predmetu do druhého.
( 20. 1. 1775 Polémieux – 10. 6. 1836 Marseille)
André Marie Ampére sa narodil 22. januára 1775 v Polémieux pri Lyone. Jeho otec Jean Jacques Ampére bol obchodník, mal dom v Lyonu a vilu v Polimieuxu. Jeho matka bola veľmi láskavá a pobožná. On zdedil od každého trochu vlastností. Jeho sklony k matematike sa prejavili veľmi skoro. Skôr, než vedel čísla a písmena počítal pomocou obrázkov. Svoje detstvo strávil vo vile v Polimiexu. Tu si rád hrával a keď ho to omrzelo, začal sa zajímať o matematiku. Jeho otec chcel, aby z toho záujmu niečo mal a tak ho chcel začať učiť latinčinu a zaobstaral mu knihy. Netrvalo dlho a zvládol základné štúdium a tak ho otec vzal do knižnice v Lyonu. Zistil, že väčšina kníh, o ktoré sa zajímal bola písaná latinsky, tak sa začal učiť latinský jazyk. Mal dobré základy a začal na sebe pracovať. Zvládol i veľmi obtiažne veci. Trinásť ročný Ampére predložil lyonskej Akadémii vied prvú svoju prácu, v ktorej sa snaží skúmať problém o kvadratúre kruhu. V štrnástich rokoch prečítal Francúzsku encyklopédiu, Diderota a d’Alemberta, ktoré v ňom vyvolali záujem o prírodné vedy, matematiku a filozofiu. Keď mal 18 rokov, úplne ovládal vyššiu matematiku a z reči okrem latinčiny aj taliančinu a gréčtinu. Počas revolúcie v roku 1792 sa jeho otec vrátil z Polimiexu do Lyonu. Rok potom bol gilotínovaný. Takmer rok sedával a zrnko po zrnku rozdeľoval kôpku piesku na dve polovice. Z duševného otrasu sa nakoniec dostal štúdiom Rousseaových prác. Začal sa špecializovať na matematiku a bol prijatý do francúzskej akadémie.
Ako 24-ročný pri botanizovaní stretol dve dievčatá. Jedna z nich sa mu natoľko zaľúbila, že si ju chce vziať za ženu, hoci nikdy predtým na manželstvo nepomýšľal. Pretože bol veľmi chudobný, bol ochotný stať sa obchodným pomocníkom, aby sa mohol oženiť. Rodičia jeho budúcej manželky si však priali, aby zostal na vedeckej dráhe, a tak roku 1799 sa oženil a o rok sa im narodil syn, ktorý sa stal neskoršie popredným francúzskym lingvistom, literárnym historikom a archeológom. On dokončil po otcovej smrti jeho knihu Pojednanie o filozofii vied.
Ampére žil spočiatku z príjmov za súkromné vyučovacie hodiny, ktoré dával. Od roku 1801 do 1802 bol profesorom fyziky a chémie v Centrálnej škole v meste Bourg. V rokoch 1803 a 1804 vyučoval fyziku a astronómiu na lyonskom lýceu. Od roku 1805 zastával miesto repetitóra na polytechnickej škole v Paríži, na ktorej ho v roku 1807 menovali profesorom matematiky a od roku 1809 vedúcim katedry vyššej matematiky a mechaniky. Od roku 1824 až do konca svojho života pôsobil ako profesor experimentálnej fyziky na Collége de France.
Ampére v živote nebol šťastný. Prvá manželka mu zomrela už po štvorročnom manželstve. Hmotných nedostatkov a duševného nepokoja sa nikdy nezbavil. Bol veľmi krátkozraký a legendárne roztržitý. Často sa mu stávalo, že pri tabuli počas prednášky si zamieňal špinavú špongiu za vreckovku. Jeho zdravotný stav nebol najlepší, no napriek tomu vždy prevládala uňho hĺbavosť a túha po poznaní.
Už za života bol uznávaný. Aj z cudziny prichádzali vedci do jeho súkromného laboratória, aby mohli sledovať jeho pokusy. No peniaze potrebné na experimenty mu vždy chýbali.
Veľkú časť svojho života strávil cestovaním z mesta do mesta. Napokon aj zomrel na jednej ceste do Marseille 10. júla 1836. Podľa vlastného želania dali mu na hrob nápis: Tandem felix – konečne šťastný.
André Marie Ampére bol zakladateľom elektrodynamiky. Preslávil sa aj vedeckými prácami z vyššej matematiky a jej použitia na riešenie fyzikálnych problémov. Na jeho počesť pomenovali jeho menom jednotku elektrického prúdu.
Jeho vedecká činnosť sa začala významnými štúdiami z matematiky. Úvahy o matematickej teórií hier patria medzi prvé vedecké práce z počtu pravdepodobnosti. V rokoch 1805 – 1809 publikoval viac štúdií o aplikovaní vyššej matematiky na problémy z mechaniky. V roku 1814 bol menovaný za člena parížskej Akadémie vied za vedecké práce z teórie diferenciálnych rovníc.
Súčasne s týmito prácami sa Ampére zameriava čim ďalej tým viac na problémy fyziky. Po roku 1809 sa objavilo niekoľko prác, v ktorých riešil matematickými metódami niektoré problémy z optiky a teórie plynov.
No najviac sa vo fyzike preslávil svojimi významnými prácami z elektromagnetizmu. Po správe, ktorú dostala parížska Akadémia vied, o Örsterdovom objave elektrického prúdu na magnetku, Ampére pokus zopakoval a o niekoľko dní na zasadnutí oznámil svoje nové objavy z tejto oblasti.
Na určenie odchýlky severného pólu magnetky, nachádzajúcej sa pod vodičom s prúdom, stanovil tzv. „pravidlo plavca“: „Ak si myslíme, že nad magnetkou je plavec, ktorý pláva vo vodiči v smere elektrického prúdu a díva sa na magnetku, vychyľuje sa severný pól magnetky k jeho ľavej ruke.“ Namiesto tohto pravidla sa obyčajne používa pravidlo pravej ruky. Ampér prvý definoval pojem elektrický prúd a pojem smeru prúdu ako smeru pohybu kladného náboja.
Ampére prvý tiež rozlíšil pojmy napätie a elektrický prúd. Napätie sa javí ako príčina a prúd ako účinok.
Bolo známe, že elektrické náboje v pokoji ak aj magnetické póly pôsobia na seba silami podľa Coulombovho zákona. Örsterov objav ukázal, že aj elektrické prúdy pôsobia na magnety, ako by samy boli magnetmi. A tu si Ampére položil otázku, či aj prúd na prúd nepôsobí nejakými silami. Jednoduchými a pritom presvedčujúcimi pokusmi tento problém aj vyriešil. Dňa 9. októbra 1820 oznámil, že zistil vzájomné pôsobenie priamych prúdov. Priame vodiče s prúdmi rovnakých smerov sa navzájom priťahujú, pri opačných smeroch sa odpudzujú. Ukázal, že na rozdiel od nábojov v relatívnom pokoji, ktoré sa priťahujú, ak sú nesúhlasné, a odpudzujú ak sú súhlasné, príťažlivé a odpudivé sily medzi pohybujúcimi sa nábojmi závisia od smeru ich pohybu. Takto objavil nový druh síl (eletrodynamických). Tieto objavy dali základ novej časti fyziky – elektrodynamike.
Ampére vysvetlil správanie sa magnetky v magnetickom poli Zeme. Poloha magnetky je kolmá na smer kruhových prúdov, ktoré prechádzajú v Zemi od západu na východ. Zrejme už vtedy poznal magnetický účinok prúdovej slučky.
Vyslovil tiež hypotézu magnetizmu permanentného magnetu. Magnet je obtekaný kruhovými prúdmi v rovinách kolmých na jeho magnetickú os. Zistil aj, že cievka s prúdom pôsobí na magnetku podobne ako aj permanentný magnet. Študoval vzájomné pôsobenie dvoch cievok s prúdmi. Dokázal, že cievka s prúdom je v svojich účinkoch ekvivalentná magnetu.
Ampére dokázal, že kruhový prúd je ekvivalentný rovinnému magnetu. Ľavá a pravá strana kruhového prúdu pôsobia ako magnetické póly. Dňa 30. októbra 1820 referuje o ďalšom potvrdení svojej teórie. Voľné zavesený solenoid s prúdom sa v magnetickom poli Zeme orientuje podobne ako magnetka.
Pri rozvíjaní teórie magnetizmu prišiel Ampére na myšlienku elementárnych elektrických prúdov. Všetky magnetické javy vysvetľuje existenciu molekulárnych elektrických prúdov v telesách. Podľa tejto teórie magnetovanie telies spočíva v orientácií rovín týchto molekulárnych prúdov, ktoré sú v nemagnetickom telese rozdelené chaoticky.
O roku 1822 Ampére vytrvale hľadal presný kvantitatívny zákon vzájomného pôsobenia prúdov. Cestou matematickej analýzy zistil, že sila, ktorou na seba pôsobia dva elementy prúdu, je priamo úmerná súčinu prúdov a nepriamo úmerná štvorcu ich vzdialenosti. Tento zákon bol publikovaný v najvýznamnejšej Ampérovej práci z elektrodynamiky, roku 1826 – Teória elektromagnetických javov, odvodená výlučne z pokusu.
Po roku 1828 sa Ampére vracia k vedeckej práci v oblasti matematiky. V posledných rokoch svojho života uverejnil niekoľko prác z vyššej matematiky. Najvýznamnejšia z nich je Vysvetlenie princípov variačného počtu.
Okrem matematiky a fyziky sa Ampére po celý svoj život zaujímal aj o najrozmanitejšie vedné odbory. Pokúsil sa aj o klasifikáciu chemických prvkov podľa ich podoby (1816). Zaoberal sa botanikou, najmä systematikou rastlín. V spore prírodovedcov o probléme vzniku druhov rastlín a živočíchov zastával myšlienku evolúcie, nevynímajúc ani človeka. Študoval filozofiu, psychológiu a jazykovedu. Pokúsil sa o klasifikáciu vied. Nad týmto problémom pracoval v dávnej minulosti Aristoteles, Platón, potom v 17. a 18. storočí, keď takmer každý veľký objav otváral novú oblasť poznania, Bacon, Leibniz, D’Alambert a iní. Ampére svoje práce v tomto smere vložil do veľkého diela Pokus filozofie náuk alebo analytický výklad prirodzenej klasifikácie všetkého ľudského poznania. Prvá časť vyšla v roku 1864 a druhá až po autorovej smrti roku 1843. Klasifikácia, navrhnutá Ampérom, svedčí o jeho obsiahlych a hlbokých vedomostiach. Tu sa prvýkrát objavilo aj slovo „kybernetika“, hoci táto veda sa začala formovať o celé storočie neskôr a jej plody až teraz hovoria o veľkých perspektívach.
Ampérové geniálne vedecké práce boli základného významu. Všimnime si napr. len práce N. Bohra na začiatku 20 storočia, v ktorých skúmal zloženie atómu, a tie presvedčivo dokázali jestvovanie Ampérových elementárnych elektrických prúdov. Ampérová hypotéza sa stala základom elektrónovej teórie magnetizmu. Podľa nej magnetické vlastnosti telies majú svoj pôvod v elementárnych prúdoch, podmienených pohybom elektrónov. Napriek tomu sa vtedy Ampérová teória magnetizmu stretla s ostrou kritikou. Arago o tom píše: „Sláva a pokoj nejdú vždy ruka v ruke... len menej významné a malicherné duše sa nestretajú s prekážkami a hovejú si v pokoji pod povrchom priemernosti.“
Maxwell hodnotí Ampérové práce z elektrodynamiky v svojom významnom diele Traktát o elektrine a magnetizme týmito slovami: „Experimentálne výskumy, pomocou ktorých Ampére našiel zákon vzájomného mechanického pôsobenia medzi elektrickými prúdmi, patria medzi najväčšie úspechy vedy. Teória a experiment ako by sa zrazu vyliali v plnej sile a celosti z hlavy „Newtona elektriny“. Tieto bádania sú zakončené ideálnou presnosťou a zhrnuté vo vzorci, z ktorého môžu byť odvodené všetky elektrické javy a ktorý vždy zostane základom elektrodynamiky.“
Raz sa A. M. Ampéroví stratili hodinky. Napísal teda svojmu priateľovi, u ktorého bol predchádzajúci večer, či ich tam náhodou nezabudol. Na konci listu bolo však P.S.: "Práve teraz som hodinky našiel. Nenamáhaj sa ich hľadaním."
Raz po návrate z prechádzky našiel Ampére na dverách svojej pracovne lístok s textom: "V súrnej záležitosti som musel odísť. Onedlho sa vrátim." Po chvíli uvažovania sa vedec obrátil na odchod. "Kto len mohol tak dokonale napodobniť môj rukopis?", čudoval sa fyzik.
A.M. Ampér kráčal po ulici a ako zvyčajne bol zaujatý komplikovanými výpočtami. Vôbec ho neprekvapilo, keď sa pred ním odrazu objavila čierna tabuľa. Pokojne vytiahol z kabáta kúsok kriedy a začal zapisovať výsledky: nezačudoval sa ani potom, keď sa tabuľa dalo do pohybu a on musel kráčať, ba neskôr bežal, aby ju dostihol.. Napokon vysvitlo, že nešlo o tabuľu, ale o zadnú stenu koča.
Tento francúzsky fyzik a matematik mal dve mačky. Jednu veľkú a druhú malú. Aby ho v práci nevyrušovali škrabaním na dvere, zavolal stolára, aby mu do dverí vyrezal dve diery pre mačky. Jednu veľkú a druhú malú. „Azda by stačila jedná veľká....“, povedal stolár. „A kadiaľ by preliezla tá malá?“, čudoval sa fyzik.
André Marie Ampére bol významným fyzikom a matematikom. Jeho objavy boli základom pre ďalšie rozvoj fyziky a matematiky. Všetky dnešné prístroje pracujú na jeho objavoh a hypotézach.
Kontaktná adresa:
Jakub Štupák, študent Katedry fyziky, Fakulty humanitných a prírodných vied PU, Ul.17. novembra 1, 080 16 Prešov, SR, e-mail: kubo@email.cz