Principy (45.) Čarování s elektřinou

Mezi svorky univerzálního stojánku napneme odporový drát průměru asi 0,5mm.V jeho středu zavěsíme menší závaží. Za ně pak umístíme kus tvrdšího papíru, na němž je stupnice, rovnoměrně dělená po milimetrech. Je to měřítko, podle kterého si můžeme kdykoli určit polohu závaží.

Když do odporového drátu zapojíme proud, pozorujeme, že závaží začne pomalu trvale klesat. Z jakýchsi neznámých příčin se drát prodlužuje. To bývá při ohřátí; tělesa se teplem roztahují. To je správné. Kdybychom se dotkli drátu, cítili bychom, že je horký. Jeho teplota by stoupala, čím víc by proud rostl. A míru prodloužení drátu vlivem teploty bychom  mohli odčítat na naší improvizované stupnici.
Dalo by se toho použít k měření proudu nebo napětí. Oteplení vodiče je totiž úměrné proudu, který jím prochází. Prodloužení vodiče je zase úměrné jeho teplotě. A tak musí být chtěj nechtěj jakási úměrnost i mezi prodloužením vodiče a proudem. Můžeme prohlásit, že se vodič tím víc prodlouží, čím silnější proud jím protéká.
Takové přístroje skutečně jsou. Jmenují se tepelné ampérmetry a voltmetry. Malé prodloužení měřeného drátu se mechanicky zvětší  a užije se ho k pohybu ručičky. Jsou to tak jednoduché přístroje, že nebude na škodu, když se o některý z nich sami pokusíme. Ihned si jej popíšeme, jakmile jen dokončíme pokus.
Dotykem jsme zjistili, že se skutečně elektrická energie mění v odporovém drátu v tepelnou. Drát se ohřívá. To je ovšem pro budoucího elektrotechnika trochu málo. Ten musí vědět více, musí znát, kolik tepla proudem vzniklo.
Proto si provedeme historický pokus trochu jinak. Z odporového drátu průměru 0,3mm si navineme spirálku o deseti závitech průměru asi 15mm. Bude mít odpor přibližně 2,7ohmu. Nezáleží na přesné hodnotě. Zavěsíme ji na držáčky stojánku a ponoříme do půllitru, naplněného čistou vodou. Aby teplo neunikalo, obalíme sklenici vatou, která je znamenitým izolátorem tepla.

Do vody ponoříme teploměr, o němž jsme přesvědčeni, že neukazuje právě nejhůře, a už jsme připraveni. Ještě připojíme k odporové spirálce voltmetr a ampérmetr s rozsahem 5 voltů a 5 ampérů. Jistě použijeme svých přístrojů v potu tváři vyrobených.
Odečteme teplotu vody. Dejme tomu, že je to 15,6°C. Pak zapojíme do spirálky proud přesně na 10 minut. Napětí jsme si předem vyregulovali na 5 voltů, ampérmetr ukazuje proud 1,9ampéru. Za deset minut odečteme znovu teploměr. Teplota vody se zvýšila na hodnotu 17,9°C. Všechno teplo vzniklé proudem ve vodiči bylo předáno vodě.
Z hodnot odečtených na přístroji, jakož i z množství vody můžeme množství vzniklého tepla vypočítat. Mezi těmito hodnotami je určitá zákonitost. Z podobných pokusů ji nalezl r.1841 James Prescott Joule. Byl to sládek, který se začal zabývat fyzikou. Ovšem prováděl měření trochu přesněji než my. Nezávisle na něm objevil zákon o přeměně elektrické energie v tepelnou ruský akademik Emilij Christianovič Lenc, který žil v letech 1804 až 1865.
Podle příkladu obou badatelů jsme si zkontrolovali i my zákonitost přeměny elektrické energie v tepelnou a potvrdili si tak zákon nazvaný podle svých objevitelů zákonem Joule-Lencovým.