Meno Benjamina Franklina (1706 – 1790) pravdepodobne poznáte najmä v súvislosti s jeho mnohoročnou politickou kariérou, na ktorej vrchole bol jedným z tvorcov dokumentu o nezávislosti anglických kolónií v Amerike – Deklarácie nezávislosti, ktorou boli 4. júla 1776 vyhlásené Spojené štáty americké. Potom pôsobil niekoľko rokov ako ich veľvyslanec vo Francúzsku. V tomto článku sa však budeme venovať inej oblasti Franklinových záujmov – fyzike, predovšetkým však jej prebúdzajúcej sa novej disciplíne, elektrine.

Keď chceme opísať cestu Benjamina Franklina k pokusom s elektrinou, musíme vynechať prvých 40 rokov jeho života, aj keď i toto obdobie je naplnené zmysluplnou a usilovnou prácou v prospech vtedajších anglických kolónií v Severnej Amerike. Ako píše vo svojom životopise, pokusy s elektrinou robil akosi zo záľuby, s pocitom, že všetko dôležité v živote už vykonal: „Keď som sa zbavil starostí o svoje súkromné povolanie, lichotil som sám sebe, že som už majetkom dostatočným, aj keď skromným, ktorý som získal, získal pre zvyšok svojho života priestor na vedeckú prácu a premietanie.“ V jeho starostlivo vedenom denníku nachádzame myšlienku: „Voľný čas, to je dar, ktorý si venujem k štyridsiatym narodeninám.“ Tu musíme čitateľovi povedať, že Franklin ani od tohto času žiadny voľný čas nemal. Jeho verejná činnosť ho stále napĺňala najprv v prospech Filadelfie, neskôr v záujme rozvoja všetkých vtedajších anglických kolónií na východnom pobreží Severnej Ameriky.

Cesta k obdivuhodnému rozhľadu

Franklinovci pochádzajú z Anglicka. Joziáš Franklin odišiel do Ameriky v roku 1682 so ženou a tromi deťmi, ku ktorým na novom kontinente pribudli ďalšie štyri. Keď sa po smrti manželky oženil druhýkrát, rodina sa rozrástla o ďalších desať detí, pričom tým posledným, narodeným 17. januára 1706 v Bostone, bol Benjamin, ktorému podľa poradia hovorili desiatok. Otec pracoval ako mydlár a výrobca sviečok. Keď si vzal ako pomocníka syna, mal Benjamin 10 rokov a mal za sebou rok latinskej školy. Súčasne s prácou dochádzal do „školy počtovej a krasopisnej“, ako ju neskôr nazýval. Mal jednu veľkú vášeň – knihy. Bol nesmierne rád, keď ho otec dal do učenia za knihára k staršiemu synovi Jakubovi, majiteľovi tlačiarne vo Filadelfii. Bol veľmi učenlivý a skoro sa stal najšikovnejším sadzačom v bratovej tlačiarni. Vždy, keď bol s prácou hotový, čítal, časti kníh si prepisoval a potom sa poznámky učil naspamäť. Po 14 dňoch sa pokúšal pôvodný text znovu napísať. Získal tak neobyčajnú schopnosť zapamätávania a presného vyjadrovania myšlienok.

V roku 1728 si otvoril vlastnú knihársku dielňu s primeraným vybavením. Zostrojil si medený tlačiarenský lis (ktorý neskôr využíval na tlač bankoviek), odlieval si písmená, vyrábal tlačiarenskú čerň a zhotovoval ozdobné rytiny. Stal sa najlepším typografom na americkom kontinente. Začal vydávať vlastné noviny The Pennsylvania Gazette bohaté na
grafiku. Pozoruhodné bolo jeho heslo novinára: „Nepísať klamstvo a nepísať úplnú pravdu.“ V roku 1831 založil vo Filadelfii prvú verejnú knižnicu. Uviesť do života nápad s požičiavaním kníh mu pomohlo 50 darcov kníh a súčasne predplatiteľov drobných čiastok určených na nákup ďalších kníh.

Schopnosť vecne a presne diskutovať si rozvíjal v spolku Junto, ktorý založil spolu s jedenástimi ďalšími mladíkmi. Náplňou tejto malej intelektuálnej „učenej spoločnosti“ boli debaty o etike, filozofii i prírodných vedách. Franklin si cibril i charakter: Vytvoril si sústavu trinástich cností (striedmosť, mlčanlivosť, poriadok, odhodlanosť, šetrnosť, miernosť, príčinlivosť, úprimnosť, spravodlivosť, čistotnosť, pokojnosť, cudnosť, pokora) a dôkladne ich dodržiavanie v tabuľke vo svojom denníku týždenne vyhodnocoval. Robil si na to čas večer, keď robil, ako sám píše, „skúmanie dňa“.

Elektrina

Intenzívnemu skúmaniu elektriny sa venoval v rokoch 1747 – 1755. V tom čase mal za sebou niekoľko ciest do Anglicka, ktorých významným prínosom bolo okrem iného priateľstvo s členom londýnskej Kráľovskej spoločnosti Peterom Collinsonom. Práve záujem o elektrinu bol možno vzbudený listami tohto Angličana. Obaja si najprv písali o politických otázkach, ale korešpondencia sa postupne ustálila na fyzikálnych témach.

Skôr než opíšeme Franklinove pokusy, krátko si pripomenieme, čo bolo vtedy (na konci polovice 18. storočia) z elektriny známe. Nebolo toho veľa. Boli tu prvotné pokusy anglického fyzika a lekára Williama Gilberta s magnetmi a s trením jantáru, Ewald Georg von Kleist a Pieter van Musschenbroek zostavujú v Leidene prvé kondenzátory (tzv. leidenské fľaše), Petrus Cunaeus na tom istom mieste dostal silný elektrický úder, keď elektrinu vzniknutú trením zaviedol drôtom do fľaše s vodou a drôt chcel vytiahnuť. Angličan Benjamin Wilson objavil prvé vzťahy pre kapacitu kondenzátora (množstvo náboja v leidenskej fľaši je priamo úmerné veľkosti vodivého povrchu a nepriamo úmerné hrúbke fľaše). Bol tu i dobrý postreh nenápadného javu svetielkovania sklenenej trubice, v ktorej sa nachádzala ortuť, pri jej pretrepaní. Tento jav vysvetlil Francis Hauksbee ako vznik statickej elektriny.

Collinson poslal Franklinovi niekoľko pomôcok na realizáciu pokusov, okrem iného špeciálnu sklenenú trubicu na pokusy so statickou elektrinou, podľa ktorej si Franklin nechal u sklárov zhotoviť celú sadu, aby s nimi mohol experimentovať. Ako zdroj používal treciu elektriku so sklenenou guľou s priemerom 23 cm. Veľkosť náboja získaného z tohto zariadenia nakumulovaného v dvoch sériovo zapojených leidenských fľašiach demonštroval priateľom „elektrickým zabitím“ vianočného moriaka. Zhotovil plošný kondenzátor nalepením dvoch hliníkových fólií na tabuľové sklo. Zistil, že kapacita kondenzátora je priamo úmerná veľkosti vodivých plôch a nepriamo úmerná hrúbke dielektrika. Prišiel na to, že železná klietka je spoľahlivou ochranou pred elektrickým výbojom.

O pokusoch si viedol podrobné záznamy a svoje zistenia posielal do Anglicka v listoch členom Kráľovskej spoločnosti. Zásluhou grófa de Buffona bol súbor Franklinových zistení preložený do francúzštiny a priviedol za priazne Ľudovíta XV. k podobným pokusom Françoisa d´Alibarda a Jeana Nolleta v ich laboratóriu v Marly-le-Roi neďaleko Versailles.

Franklin nielen realizoval pokusy, ale snažil sa viac preniknúť aj do podstaty elektriny. Domnieval sa, že existuje elektrina len jedného druhu, akési fluidum, ale buď v nadbytku alebo nedostatku. Nemohol tušiť, že tento nadbytok alebo nedostatok nie je nič iné než bilancia elektrónov vyvolávajúcich elektrický dej. Prišiel na to, že hustota povrchového elektrického náboja sa zväčšuje s väčším zakrivením povrchu telesa, najvyššia je na hrote.

Cesta k bleskozvodu

Pri jednom z pokusov sa Franklinovi podarilo odsať elektrický náboj z nabitého telesa prostredníctvom kovového hrotu. Túto „zvláštnu silu“ špicatých telies opísal v jednom z listov Collinsonovi (1. septembra 1747). Možno sa vám dvojročný odstup zdá príliš dlhý, ale nápad využiť tento pokus vo veľkom – teda pri blesku (ak je vôbec elektrickej povahy) – Franklin dostal až v roku 1749. Vtedy začal s dôkladným pozorovaním búrkových bleskov a zaznamenával si ich vlastnosti. Dospel k tomu, že blesk je elektrický výboj, ktorý má nasledujúce vlastnosti: vyžaruje svetlo, má farbu svetla, jeho dráha je kľukatá, pohybuje sa rýchlo, môže byť vedený kovmi, sprevádza ho praskot, preniká vodou i ľadom, rozkladá látky, ktorými prechádza, zabíja živočíchy, taví kovy, zapaľuje horľavé látky, zapácha po síre (zápis v denníku 7. novembra 1749). Základnú myšlienku o možnej ochrane pred deštruktívnym účinkom atmosférickej elektriny píše opäť priateľovi Collinsonovi: „…na základe svojich pokusov som dospel k presvedčeniu, že hroty môžu zaistiť bezpečnosť domov, veží, kostolov a pod. pred úderom blesku.“ Ale pozor: očakával, že úderu blesku sa predíde: „Taká zahrotená tyč by asi elektrický oheň mraku rozptýlila tichšie a omnoho skôr, než by sa dostatočne priblížil, aby z neho vyšľahol blesk…“ Pretože to, že kovová tyč na streche domu odsáva zo vzduchu elektrinu priebežne, nebolo vidno, Franklin uskutočnil nasledujúci pokus. Na strechu svojho domu vo Filadelfii postavil neuzemnenú železnú tyč, dole vidlicovito rozvetvenú s rozpätím asi pol metra. Medzi hroty zavesil na hodvábnu niť bronzové zvončeky. Keď nad domom tiahli búrkové mraky, zvončeky sa rozozneli.

Pomerne známy je Franklinov pokus so šarkanom – takým, akým sa pri veternom jesennom počasí bavíme aj v súčasnosti. Na špicu šarkana upevnil kovový hrot, od ktorého viedol na zem konopný špagát, ktorý bol na konci zaťažený kovovým kľúčom. Ak draka vypustili do búrkových mrakov, vplyvom statickej elektriny sa zježili vlákna na špagáte a z kľúča začali vyskakovať iskry. Neprehliadnutým, ale nevyužitým zostal jav zmagnetizovania kľúča počas pokusu.

Všetky Franklinove práce z oblasti skúmania elektriny vyšli v roku 1751 v Londýne pod názvom Pokusy a pozorovania o elektrine robené vo Filadelfii v Amerike. Základom diela sú Franklinove listy Collinsonovi.

Rozhodujúcou ochranou pred bleskom, teda pred jeho neočakávaným úderom, bolo uzemnenie tyče umiestnenej na najvyššom mieste budovy.

Ďalšie zaujímavosti

Benjamin Franklin mal jedno oko krátkozraké a druhé ďalekozraké. Pre svoju potrebu si zhotovil bifokálne okuliare, aby ich nemusel neustále meniť. Na určenie najkratšej cesty pri doručovaní poštových zásielok vynašiel merač vzdialenosti – otáčkomer spojený s kolesom voza, ktorý signalizoval zvončekom prejdenie každých asi 100 metrov. Pri svojich častých cestách cez Atlantik získal mnoho informácií o stálom morskom prúde a podľa Mexického zálivu – Mexico Golf – ho nazval Golfským. Plavby priniesli i ďalší nápad: Vytvoriť v lodi priečkami oddelené komory, čím by sa významne zmenšilo riziko potopenia pri porušení trupu.
Zostavil hudobný nástroj – sklenenú harmoniku – z 32 sklenených dutých pologulí získaných z čiaš na víno s rôznym priemerom. Tie nasadil na spoločnú os a zaistil ich proti rotácii. Pri dotyku vlhkým prstom vydávali tóny v rozsahu troch oktáv. Nástroj bol obľúbený vo Versailles i na viedenskom dvore. Jeho využitie zakomponovali do svojich skladieb i L. van Beethoven a W. A. Mozart.

Zostrojil lepšie kachle a propagoval ich letákom Správa o novo objavených pensylvánskych kachliach. Na sneh kládol látky rôznych farieb a sledoval priebeh topenia snehu pod nimi. Sneh ubúdal najviac pod čiernou látkou a postupne menej pod farebnými látkami – tmavomodrou, zelenou, červenou, vínovou, žltou a bielou.

Bokom Franklinovho záujmu nezostali ani nové liečebné metódy. Ako prvý navrhol použitie katétra (vtedy pri liečení brata Johna), uvažoval o očkovaní proti kiahňam, keď na túto chorobu zomrel jeho štvorročný syn Francis. Propagoval citrusové plody ako prevenciu proti nachladnutiu a chrípke.

Odporúčal zavedenie letného času. „Idem raz o siedmej hodine ráno po londýnskom nábreží, videl som, že nebol ani jediný obchod otvorený, aj keď bol biely deň a slnko už tri hodiny putovalo po oblohe… Prečo spať, keď svieti slnko? Prečo platiť daň zo sviečok a vysokú cenu loja?“ píše vo svojom životopise.

Ocenenia

Aj keď Franklin žiadnu univerzitu neabsolvoval, hneď niekoľko mu udelilo doktorát. Toto vedecké uznanie získal na Harvardovej univerzite i na univerzite v Yale, pripojila sa i univerzita v Edinburgu a Oxforde. V roku 1753 ho prvýkrát vyznamenala Kráľovská spoločnosť zlatou medailou, o tri roky ho zvolila za svojho člena a medailové ocenenie zopakovala. Bol taktiež členom Petrohradskej akadémie vied. Získal aj medailu Godfreya Copleya – akejsi predchodkyne Nobelovej ceny.

Benjamin Franklin sa dožil 84 rokov, zomrel 17. apríla 1790. Za jeden zo spôsobov, ako sa dožiť vysokého veku, považoval cestovanie.

František Jáchim